鎂陽極常規(guī)試驗(yàn)與加速試驗(yàn)對比研究

李 杰 劉波麟 唐 菊 劉彬彬 蔡 霞 張 楠

（浙江鈺烯腐蝕控制股份有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

鎂陽極是陰極保護(hù)系統(tǒng)中最常用的犧牲陽極，具有驅(qū)動電位高，安裝簡便，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，常用于埋地鋼制構(gòu)筑物、淡水環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的防腐 保護(hù)[1-3]。

在陰極保護(hù)工程中，為了使被保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)效果滿足設(shè)計要求，首先要保證鎂陽極本身的性能參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求或相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。因此，在鎂陽極的生產(chǎn)制造過程中，要對鎂陽極的尺寸、重量、化學(xué)成分、電化學(xué)性能等指標(biāo)進(jìn)行取樣測試。在判定電化學(xué)性能指標(biāo)上，一般通過鎂陽極的電流效率來判斷產(chǎn)品是否在電化學(xué)性能上滿足技術(shù)要求。

在GB/T 17848中，雖然也提出在生產(chǎn)過程中可以通過加速試驗(yàn)對陽極進(jìn)行質(zhì)量分析；但是，大家普遍認(rèn)為加速試驗(yàn)測得的電化學(xué)效率往往是達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)要求的，因此也就無法準(zhǔn)確進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量判定；所以迄今為止大家都是依據(jù)14d的常規(guī)試驗(yàn)來對鎂陽極進(jìn)行電化學(xué)性能的質(zhì)量控制[4]，這樣做會增加了檢測、制造成本和生產(chǎn)周期。

對此，我們經(jīng)過長期的對比研究和分析，找出兩種試驗(yàn)方法下所測得陽極電化學(xué)效率數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性和規(guī)律性，通過相關(guān)數(shù)學(xué)公式進(jìn)行換算，可以將加速試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)換算為常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可在實(shí)際生產(chǎn)過程中用加速試驗(yàn)替代常規(guī)試驗(yàn)，具有指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試樣制作

常規(guī)試驗(yàn)的鎂陽極加工為φ12.7×152mm的棒狀標(biāo)準(zhǔn)試樣，加速試驗(yàn)的鎂陽極加工成Φ16.0×48mm的棒狀標(biāo)準(zhǔn)試樣。

1.2 試樣篩選

為了消除試驗(yàn)過程中因試樣鑄造過程中不均勻性對結(jié)果造成的不利影響，需要在試驗(yàn)前進(jìn)行試樣篩查。所取試樣應(yīng)為同一批次的產(chǎn)品，并通過測定試樣不同部位的開路電位來進(jìn)行篩選，試樣篩選裝置如圖1所示。

圖1 試樣篩選裝置示意圖

試驗(yàn)介質(zhì)為人造海水，參比電極采用飽和甘汞電極，將甘汞電極測試端頭插入到PVC管槽中，使電極端頭盡量靠近或貼近樣品表面進(jìn)行測試；待萬用表中顯示電位值在3mV范圍內(nèi)波動時進(jìn)行讀數(shù)并做好記錄；測量完成后按90°旋轉(zhuǎn)陽極繼續(xù)測試4個點(diǎn)的電位，按此方法依次旋轉(zhuǎn)測試，最后選取各個面電位相差5mV以內(nèi)的陽極作為測試試樣。

1.3 試驗(yàn)方法

（1）常規(guī)試驗(yàn)

用導(dǎo)電膠帶纏繞試樣距加工面103.2mm處開始到距未加工端面10mm的部分，將試樣浸入人造海水溶液，采用直流電源為12V，最大電流強(qiáng)度310A，36Ah的蓄電池進(jìn)行通電，試驗(yàn)過程中保持0.039mA/cm2的恒定電流密度，分別記錄第1、7、14天陽極的閉路電位。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出銅庫侖計，用水清洗，在烘箱中105℃干燥10min，冷卻后稱重，計算陽極電流效率；

（2）加速試驗(yàn)

將試樣浸入電解液之中，通電使其恒電流運(yùn)行，保持第一天恒定電流密度1.5mA/cm2，第二天 0.4mA/cm2，第三天4.0mA/cm2，第四天1.5mA/cm2。在試驗(yàn)每一天用甘汞電極測試陽極的閉路電位并 記錄。

試驗(yàn)結(jié)束后將陽極試樣放入鉻酸溶液中浸泡15～20min，同時取出銅庫侖計，再用自來水清洗試樣，最后放入烘箱中于105℃干燥30min，冷卻，稱重。

每一種牌號的鎂陽極分別取樣60個進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)和加速試驗(yàn)，測試結(jié)束后計算鎂陽極的電流 效率[5,6]。

1.4 結(jié)果與討論

試驗(yàn)完成后，對試樣進(jìn)行處理和分析計算，得到三種牌號的鎂陽極在兩種試驗(yàn)方法下的電流效率，測試結(jié)果參如圖2所示。

圖2 三種鎂合金陽極不同試驗(yàn)方法下電流效率

從圖2中可以看出，無論哪一種鎂陽極，在加速試驗(yàn)下測得的電流效率都要低于常規(guī)試驗(yàn)的結(jié)果。特別是AZ31型鎂陽極，在加速試驗(yàn)測試下得到的電流效率均低于標(biāo)準(zhǔn)要求的（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電流效率≥55%），顯然無法以此來判斷該批鎂陽極是否合格，而常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果顯示98%的鎂陽極是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的。

此外，數(shù)據(jù)曲線分布表明為兩種試驗(yàn)下鎂陽極的電流效率差值在一定范圍內(nèi)。其中，MIC鎂陽極在加速試驗(yàn)下的電流效率要比常規(guī)試驗(yàn)下低1.11%～3.35%，AZ63和AZ31分別偏低2.09%～3.06%，2.82%～3.99%?；诙嘟M試樣的偏差走向具有一定的規(guī)律性，可采用數(shù)學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合分析，得到三種型號鎂陽極的效率換算方程：

其中：y為常規(guī)試驗(yàn)下鎂陽極電化學(xué)效率，x為加速試驗(yàn)下電流效率，a為方程斜率、b為方程截距。

三種類型鎂合金犧牲陽極方程系數(shù)如表1所示。

表1 效率換算方程系數(shù)

將加速試驗(yàn)的電流效率數(shù)值帶入到方程中，計算得到的電流效率值與實(shí)際測量值相差較小，其中MIC型鎂陽極為-1.34%～1.04%，AZ63型鎂陽極為-0.58%～0.4%，AZ31型鎂陽極為-0.75%～0.52%?？梢詰?yīng)用該方程來判定鎂陽極的電化學(xué)性能指標(biāo)。

2 結(jié)論

（1）通過常規(guī)試驗(yàn)和加速試驗(yàn)的測量結(jié)果可以看出，加速試驗(yàn)下鎂陽極的電流效率與常規(guī)試驗(yàn)相比，表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)的負(fù)偏差，多組試樣的偏差走向具有一定的規(guī)律性；

（2）對兩種試驗(yàn)方法下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到效率換算方程；通過方程計算的結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行對比，兩者之間偏差很小，表明擬合曲線方程是可行的；

（3）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過加速試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)，結(jié)合擬合曲線方程來得到常規(guī)試驗(yàn)下鎂陽極的電流效率，可以快速判定鎂陽極產(chǎn)品電化學(xué)性能的有效性，一定程度上可以控制生產(chǎn)質(zhì)量，節(jié)約檢測檢驗(yàn)費(fèi)用和生產(chǎn)周期。為鎂陽極生產(chǎn)廠家提供了借鑒和參考。