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提高鋅陽(yáng)極的耐腐蝕性,核心是在保證其作為犧牲陽(yáng)極能有效輸出保護(hù)電流的前提下,減少非保護(hù)性自腐蝕(無(wú)效溶解)、優(yōu)化腐蝕形態(tài)(避免局部過(guò)度消耗),從而延長(zhǎng)其有效使用壽命。具體方法可從材料改性、表面處理、環(huán)境調(diào)控、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多維度入手:
一、合金化改性:優(yōu)化鋅陽(yáng)極的成分與微觀結(jié)構(gòu)
通過(guò)添加特定合金元素,改善鋅的電化學(xué)性能,降低自腐蝕速率,同時(shí)保持較高的電流效率(犧牲陽(yáng)極的核心指標(biāo),一般需≥65%)。
添加鋁(Al)和鎘(Cd):
工業(yè)中常用的鋅 - 鋁 - 鎘合金陽(yáng)極(如 Zn-0.3% Al-0.02% Cd)是典型代表。鋁可細(xì)化鋅的晶粒,減少晶界雜質(zhì)(如 Fe、Cu)的偏聚(雜質(zhì)會(huì)形成微電池,加速自腐蝕);鎘能降低鋅的腐蝕電位,抑制 “枝晶腐蝕”(局部不均勻溶解),使腐蝕更均勻。相比純鋅陽(yáng)極,其自腐蝕速率降低約 20%~30%,電流效率提升至 75%~85%。
控制有害雜質(zhì)含量:
鋅中的鐵(Fe)、銅(Cu)、鉛(Pb)等雜質(zhì)是強(qiáng)陰極相,會(huì)與鋅形成微電池(如 Fe-Zn 原電池),加速鋅的自溶解。通過(guò)精煉工藝將雜質(zhì)含量控制在極低水平(如 Fe≤0.005%,Cu≤0.002%,Pb≤0.006%),可顯著減少微電池腐蝕,降低無(wú)效消耗。
添加微量稀土元素(如 Ce、La):
稀土元素可凈化晶界、細(xì)化晶粒,同時(shí)在腐蝕過(guò)程中形成穩(wěn)定的氧化膜(含稀土氧化物),阻礙鋅離子的擴(kuò)散,減緩腐蝕速率。實(shí)驗(yàn)表明,添加 0.1%~0.3% 稀土的鋅合金,自腐蝕電流密度可降低 15%~25%。
二、表面處理:構(gòu)建保護(hù)性膜層,抑制過(guò)度溶解
通過(guò)化學(xué)或物理方法在鋅陽(yáng)極表面形成一層薄而致密的保護(hù)膜,既允許鋅緩慢溶解以輸出電流,又能阻擋有害離子(如 Cl?)或酸性介質(zhì)的侵蝕,減少局部腐蝕。
化學(xué)鈍化處理:
用鉻酸鹽(如重鉻酸鉀)或磷酸鹽溶液對(duì)鋅陽(yáng)極表面進(jìn)行鈍化,形成一層以 Cr?O?或 Zn?(PO?)?為主的氧化膜。這層膜能隔絕鋅與電解質(zhì)的直接接觸,降低自腐蝕速率,但膜層需保持一定的多孔性(避免完全阻斷電流輸出)。例如,鉻酸鹽鈍化可使鋅在中性鹽霧環(huán)境中的腐蝕速率降低 30%~50%。
陽(yáng)極氧化處理:
通過(guò)電解(以鋅為陽(yáng)極,在硫酸或草酸溶液中)在表面形成多孔的氧化膜(ZnO),膜層厚度可控(一般 5~20μm)。多孔結(jié)構(gòu)允許離子通過(guò)(保證電流輸出),而膜本身能減緩鋅的溶解,尤其在低濃度 Cl?環(huán)境中效果顯著。
有機(jī)涂層修飾:
涂覆一層薄而透氣的有機(jī)涂層(如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯),利用涂層的屏蔽作用阻擋 H?、Cl?等腐蝕介質(zhì),同時(shí)通過(guò)涂層的微孔隙保證鋅離子的緩慢釋放。適用于低電阻率環(huán)境(如土壤),需注意涂層厚度(過(guò)厚會(huì)降低電流輸出),通常控制在 10~30μm。
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