牺牲阳极电化学性能测试研究

程斋庄

（胜利油田天峰科工贸钢构有限责任公司，东营257077）



牺牲阳极电化学性能测试研究

程斋庄

（胜利油田天峰科工贸钢构有限责任公司，东营257077）

摘要：根据国标GB/T 17848-1999《牺牲阳极电化学性能试验方法》对某公司研制的新型牺牲阳极试样进行开路电位、工作电位测试、单根阳极管的保护性能进行测试研究。

关键词：牺牲阳极开路电位电容量电流密度

1 测试过程

（1）试验方法。本实验采用4个平行样用于电流效率测试。将测试单位提供的样品加工为内径30.25 mm外径34.25 mm，弧度38°，长度为2mm弧状试样，用砂纸打磨至800#，然后分别用去离子水和酒精清洗、吹干，在烘箱内105℃温度下烘烤30 min，等冷却后对试样进行称重，再次烘烤、称重，直至两次的测量结果差在0.4 mg范围内，取两次结果的平均值作为试样的质量，然后露出试样长度为28 mm的弧面和矩形面，作为工作表面，其余都用硅胶封住。

（2）模拟溶液。实验模拟液采用GB/T 17848-1999要求的人造海水。

（3）装置。牺牲阳极电化学性能测试实验装置由直流数字恒压源、辅助阴极、参比电极、高阻抗数字万用表、实验容器组成，装置如图1所示。采用DH1719A-4型稳压稳流电源为测试过程提供电源，电压控制精度0.1 V。辅助阴极采用钢管圆筒，内外面均为工作面，总面积840cm2。以饱和甘汞电极（SCE）做为参比电极，采用高阻抗数字万用表测量牺牲阳极电位。实验容器采用容积为3 L的烧杯，使得牺牲阳极试样和辅助阴极完全浸没在试验溶液中，电量通过电流和实验时间来计算，电流通过数字万用表监测。

图1 实验电路图

（4）步骤。按照实验装置示意图连好后，牺牲阳极试样在人造海水中浸泡3 h后，用高阻抗数字万用表测量开路电位，通电，保证电流维持在1 mA/cm2，每天测量牺牲阳极工作电位，试验周期为240 h。实验结束后立即取出阳极试样，利用数码相机拍照。之后将1 #、2 #以及3 #试样浸入饱和乙酸胺溶液中2～3 h，用毛刷轻轻清除腐蚀产物，直至腐蚀产物完全清除后，用去离子水冲洗干净，无水乙醇脱水后放入恒温干燥箱中，105℃恒温30 min，取出后在干燥器内冷却至室温后，称重，随后继续105℃恒温30 min，取出后在干燥器内冷却至室温后，称重，两次差异小于0.4mg。

2 测试结果

2.1 开路电位测试

牺牲阳极样品开路电位测试结果如下表1所示。可以看出，阳极的开路电位全部正于-1.04VSSC，最正的开路电位达到了-1.01 VSSC。根据国标GB/T4950-2000中的规定，阳极的开路电位在-1.05 Vssc～-1.09 Vssc之间，故而该阳极的开路电位比国标GB/T 4950-2000中对开路电位的要求更正。

表1 开路点位测试结果

2.2 工作电位测试

牺牲阳极样品工作电位测试结果如图2所示，图中两直线所包含区域为GB/T4950-2000要求范围。可以看出，4个阳极的工作电位基本稳定在国标GB/T4950-2000中要求的-1.05 Vssc～-1.00 VSSC范围内，满足国标GB/T4950-2000中对阳极工作电位的要求。1 #试样的工作电位分布在-1.0Vssc～-1.05 VSSC之间，后期工作电位稳定在-1.00 VSSC；2 #试样的工作电位分布在-1. 02～-1.06 VSSC之间，后期工作电位稳定在-1.00 VSSC；3#试样的工作电位分布在-0.99 Vssc～-1.05 VSSC之间，后期工作电位稳定在-1.02 VSSC。

2.3 表面溶解性测试

电化学性能测试结束后，未清洗产物之前铝合金牺牲阳极试样表面照片如图3所示，有厚厚的一层腐蚀产物覆盖在阳极表面，容易脱落，浸入饱和乙酸胺溶液中2～3 h，用毛刷轻轻清除腐蚀产物，直至腐蚀产物完全清除后，用水冲洗烘干，表面形貌如图4，表面溶解比较均匀。

r0——沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径，可按计算，此处，A为降水井群连线所围面积，r0取12.18 m；

图2 各试样的工作电位：（a）1#;（b）2#;（c）3#

图3 除锈前阳极的腐蚀形貌

图4 除锈后阳极的腐蚀形貌

2.4 电容量、电流效率及消耗率

（1）实验前后阳极重量。实验前后各阳极的重量如表2所示。

表2 实验前后阳极的重量

（2）实际电容量及消耗率。牺牲阳极实际电容量计算如下：

式中，Q为牺牲阳极试样实际电容量，A·h·kg-1；C为试验周期内阳极试样通过的电量，A·h；m1为试验前阳极试样重量，g；m2为试验后阳极试样重量，g。

实验周期内阳极试样通过的电量为3.36 A·h，根据公式1及表2计算得到了3个平行试样的实际电容量，如表3所示。

表3 阳极的实际电容量

牺牲阳极消耗率计算如下：

根据公式（2）和表3计算得到了3个平行试样的阳极消耗率，如表4所示。

表4 阳极的消耗率

（3）电流效率。牺牲阳极理论电容量为：

式中，Q0为牺牲阳极的理论电容量，A·h·kg-1；A、B、C为合金成分的百分比，%；X、Y、Z为合金成分的理论电容量，A·h·kg-1。

根据公式（3）以及所提供的成分分析结果：Al 2.24%；Mg 0.247%；Cu 0.205%；Fe 0.174%；Si 0.0879%，其余为Zn，计算得到了该牺牲阳极的理论电容量Q0为869A·h·kg-1。

所以牺牲阳极的电流效率：

根据公式（4）及表3计算得到了3个平行试样的电流效率，如表5所示。

表5 阳极的电流效率

3 结论

（1）阳极的开路电位全部正于-1.04VSSC，最正的开路电位达到了-1.01 VSSC。故而该阳极的开路电位比国标GB/T 4950-2000中对开路电位在-1.05 Vssc～-1.09 Vssc之间要求更正。

（2）经测量实验测定阳极的实际电容量均值为770 A·h·kg-1，牺牲阳极消耗率均值为11.38 kg·（A·a）-1，电流效率均值为88.57%。

Study of Sacrificial Anode Electrochemical Performance Testing

CHENG Zhaizhuang
（Shengli Oil Tiantian Feng Steel Industry and Trade Co.Ltd,Dongy-

ing 257077）

Abstract:According to the national standard GB / T 17848-1999 "sacrificial anode electrochemical performance test method", new sacrificial anode samples developed by a company were studied in the open circuit potential, operating potential test, a single anode tube protection performance test.

Key words:sacrificial anode, the open circuit potential, capacitance, current density