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锌合金牺牲阳极的纯度要求及杂质影响?

锌合金牺牲阳极的纯度要求围绕基体锌纯度和有益合金元素占比制定,同时对有害杂质实施严苛限量,这些杂质会破坏阳极电化学性能、

锌合金牺牲阳极的纯度要求围绕基体锌纯度和有益合金元素占比制定,同时对有害杂质实施严苛限量,这些杂质会破坏阳极电化学性能、阻碍保护电流稳定输出,我国 GB/T 4950 - 2021、YS/T 1439 - 2021等标准对此作出了明确规范,具体的纯度要求及杂质影响如下:

纯度要求

基体锌与核心合金元素纯度:锌作为阳极基体,含量需达到极高水平以保障基础电化学性能,主流的 Zn - Al - Cd系锌合金牺牲阳极中锌含量≥99.0%,而纯锌阳极的锌纯度更是要求≥99.99%。同时会搭配特定比例的有益合金元素优化性能,铝含量控制在0.1% - 0.5%,用于细化晶粒、抑制异常腐蚀;镉含量处于0.025% - 0.07%,可降低自腐蚀速率、提升电流输出稳定性。此外YS/T 1439 - 2021标准中Zn99.98牌号阳极,锌纯度≥99.98%,进一步适配不同场景的基础纯度需求。

杂质含量的严格限定:对有害杂质的限量精准到 0.001%级别。其中铁和铜的含量均不得超过0.005%;铅含量控制在≤0.006%;硅含量≤0.125%;锡、镍这类影响极大的杂质,含量需控制在0.001% - 0.003%,如此严苛的限制正是为了避免杂质破坏阳极的保护性能。

各类杂质的具体影响

铁:铁是锌合金牺牲阳极中危害最突出的杂质。当铁含量超出 0.005%的标准时,会与锌形成Fe - Zn金属间化合物,这些化合物会成为局部微电池的阴极。在电化学作用下,锌会在这些微阴极周围加速腐蚀,不仅让阳极表面出现不均匀的腐蚀坑,还会加快腐蚀产物沉积,形成坚固的覆盖层,阻碍锌的进一步溶解,导致保护电流输出中断,电流效率大幅下降,严重时会让阳极提前失效。

铜:铜同样是需严格管控的杂质,微量铜就会显著提高阳极的开路电位,打破其与被保护钢铁构件的电位匹配平衡。同时铜还会和锌形成 Cu - Zn合金相,这种合金相的电化学活性与锌基体差异较大,会引发阳极局部腐蚀不均,出现局部区域快速损耗、部分区域却几乎不溶解的情况,既降低阳极利用率,又无法为被保护构件提供均匀稳定的保护电流。

铅:铅虽能在极微量时略微改善铸造性能,减少铸造缩孔,但含量超标后危害显著。过量铅会偏聚在阳极的晶粒边界处,与镉细化晶粒、促进均匀腐蚀的作用相悖,反而会诱发晶间腐蚀。这种腐蚀会沿着晶粒边界深入阳极内部,导致阳极出现 “穿孔式” 损坏,使得大块未参与牺牲反应的阳极材料提前脱落,严重缩短阳极使用寿命。

锡与镍:这两种杂质属于 “低耐受度” 有害杂质,即便含量仅为0.001% - 0.003%的微量水平,也会对阳极性能造成致命影响。它们会显著降低锌合金的电化学活性,促使阳极表面快速形成钝化膜,导致阳极的电流输出骤降,甚至完全无法释放保护电流。一旦出现这种情况,阳极将失去牺牲保护的核心功能,被保护的金属构件也就会面临腐蚀风险。

其他微量杂质:除上述杂质外,若合金中混入其他未管控的微量杂质,可能会引发杂质间的协同危害。比如多种杂质共同存在时,会加剧晶粒细化不均、微电池反应紊乱等问题,不仅会让阳极的开路电位波动超出 - 1.05V - 1.15V(vs CSE)的正常范围,还可能导致阳极在海水、土壤等不同环境中出现电位异常漂移,最终造成整个阴极保护系统失效。