犧牲陽極的陰極保護電位的測定與比較

黃燕濱，宋高偉，丁華東，劉學斌，邊飛龍

（裝甲兵工程學院 裝備再制造工程系，北京 100072）

兩棲車輛主要的服役環境是高溫、高濕、高鹽霧和高日照的惡劣海洋環境。兩棲車輛在海上作業時，具有周期性干濕交替的特點，腐蝕較為嚴重。為了有效防止車體的腐蝕，實踐證明，除了采用涂層防護外，犧牲陽極保護也是一種有效的保護方法，具有工藝簡單、費用低等優點[1－2]。

近年來，隨著新型車輛的出現，車體結構和材料有了很大程度的改進，但對犧牲陽極保護方案還沒有針對性的研究，只是執行老型號兩棲車輛犧牲陽極保護設計與安裝保護方案。因此，檢驗原犧牲陽極保護方案在新車輛上使用的可靠性、準確性和有效性是十分必要的。

1 測試方案

1.1 測試對象

××型號新型兩棲車輛A和B，車輛A的車體上安裝原來的Al-Zn-In-Mg-Ti 五元陽極塊，車輛B 的車體上安裝Al-Zn-In-Mn-Ga-Mg新型六元陽極塊，為新研制材料。安裝方式和位置均為原犧牲陽極保護方案，陽極塊具體布置如圖1所示。

圖1 陽極安裝位置Fig.1 Fixing position of anode

Al-Zn-Mg-In-Ti 材料的電化學性能如下：開路電位為-1.0～-1.18 V（文中所涉及的電位都是相對于海水銀/氯化銀參比電極）；工作電位為-0.9～-1.03 V；實際電容量≥2 400 A·h/kg；電流效率≥85%；驅動電位為0.25 V[3]。

Al-Zn-In-Mn-Ga-Mg 六元合金犧牲陽極為針對兩棲車輛設計的新型陽極材料，其電化學性能參數如下：開路電位為-1.07～-1.21 V；工作電位為-1.03～-1.11 V；實際電容量≥2 637 A·h/kg；電流效率≥92%；驅動電位為0.25 V。

1.2 測試儀器

測試的儀器主要有：725CCY-1 海水銀/氯化銀參比電極，725CPM-1 型陰極保護狀態自動測量儀（14路）。

1.3 測試點的布置

考慮到測試的目的主要是考察陽極材料的活化性能和被保護結構的電位平衡時間，測試點的位置選擇以下幾個區域：陽極附近區域、兩個陽極的中間區域、裙板區域。由于陽極安裝位置比較隱蔽，無法將參比電極安裝在陽極附近。具體安裝位置如圖2所示。

1.4 測試方式

圖2 測試點布置位置Fig.2 The position of measuring

利用725CPM-1 型陰極保護狀態自動測量儀，采取連續監測的方式對車體電位進行采集，無需人員跟車，不影響正常作業。試驗完畢后用計算機將數據取出，并采用計算機處理，自動形成圖表。

2 測試結果與分析

2.1 數據采集結果

根據車輛下海作業的時間和周期，選擇測試周期為30 min。設定725CPM-1 型陰極保護狀態自動測量儀的測量頻率為1次/min，1個周期采集30組數據，由于篇幅限制，下面只列出部分采集結果，見表1、表2。

2.2 數據分析

根據陰極保護狀態自動測量儀對車輛車體電位的測試數據，獲得了車體各個部位電位隨時間的變化規律，如圖3、圖4 所示。從圖3 中可以看出，在測試開始時和測試結束時，由于車輛下水和上岸時，所有測試點的測試值波動都比較大，車輛完全進入水上狀態后，車體電位值經過10～12 min 才達到穩定。在測試周期內，測試車輛在水中保持正常行進狀態時，測試的各個點電位較穩定，車體電位在-770 mV左右波動，在進水口附近由于水流原因，導致參比電極擺動，因此電極電位（6#，9#測試點）有波動。

從圖4 可以看出，在測試開始時車體各點的電位同樣出現較大波動。由于此次訓練時間的延長，在測試周期結束時，車輛還在正常作業，測試結果沒有像車輛A 那樣出現較大波動；車輛進入水上狀態后，車體電位值在5 min 內就達到穩定。在測試周期內，測試車輛保持訓練行進狀態，布置在車體前部的測試點電位值比較穩定，車體電位在-750 mV 左右波動。在進水口附近及尾部的測試點的電位值（6#，7#，8#測試點）有較為明顯的波動，可能與車輛在水中擋水板和后滑行板的收放狀態及在水中的行進速度有關（參比電極9#和14#因為損壞，沒有收集到數據）。

表1 五元犧牲陽極車體電位采集結果Table 1 The measuring result of body potential with quinary alloy anode mV

表2 六元犧牲陽極車體電位采集結果Table 2 The measuring result of body potential with hexahydroxy alloy anode mV

圖3 車輛A車體電位隨時間變化曲線Fig.3 The body potential of vehicle A with time

圖4 車輛B車體電位隨時間的變化曲線Fig.4 The body potential of vehicle B with time

3 結果對比與討論

從車體實測電位隨時間的變化曲線可以看出，新型六元犧牲陽極和五元犧牲陽極給車體提供的陰極保護電位值差別不大，分布在-750～-780 mV 之間，電位較為穩定。不過，車體材料7A52 鋁合金陰極保護電位要求在-860～-1 060 mV之間[4]，兩者都沒有達到最低陰極保護電位-860 mV的要求。陰極保護方案需要在陽極塊數量和位置上進行重新設計。

兩棲車輛屬于干濕交替作業，并且浸水時間較短，要求犧牲陽極極化性能較好，能使車體電位在最短時間里達到穩定。通過電位隨時間變化曲線可以看出，安裝五元犧牲陽極的車輛A 的車體達到平衡電位需要10～12 min時間，而安裝新型六元犧牲陽極的車輛B 在5 min 內車體電位就達到平衡。六元犧牲陽極在極化性能上明顯優于五元犧牲陽極，能使車體在較短時間內電位穩定，六元犧牲陽極更適合應用在兩棲車輛上。

4 結語

兩棲車輛作業主要面向沿海環境，屬于干濕交替作業，要求陰極保護用犧牲陽極不僅能夠提供車體足夠負的電位，還要能使車體在較短時間內電位平衡。通過對安裝不同材料犧牲陽極車輛車體電位的測試得出：

1）五元和六元犧牲陽極保護電位都不能滿足要求，需要在陽極塊數量上進行重新設計；

2）新型六元犧牲陽極極化速度較五元犧牲陽極提高了2～3 倍，新型六元犧牲陽極更適合應用于干濕交替作業的兩棲車輛。

[1]趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護[M].北京：國防工業出版社，2008：172.

[2]黃燕濱，劉學斌，丁華東，等.海洋環境Al-Zn-Mg-In-Ti犧牲陽極腐蝕防護研究[J].裝備環境工程，2010，7（5）：46—48，72.

[3]GJB 5832—2006，兩棲裝備犧牲陽極保護設計與安裝[S].

[4]貝克曼W V，施文克W，普林茲W，等. 陰極保護手冊[M].北京：化學工業出版社，2005：47.