鎂陽極常規試驗與加速試驗對比研究

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

鎂陽極是陰極保護系統中最常用的犧牲陽極，具有驅動電位高，安裝簡便，免維護等優點，常用于埋地鋼制構筑物、淡水環境中鋼結構的防腐 保護[1-3]。

在陰極保護工程中，為了使被保護鋼結構的陰極保護效果滿足設計要求，首先要保證鎂陽極本身的性能參數達到設計要求或相關產品標準。因此，在鎂陽極的生產制造過程中，要對鎂陽極的尺寸、重量、化學成分、電化學性能等指標進行取樣測試。在判定電化學性能指標上，一般通過鎂陽極的電流效率來判斷產品是否在電化學性能上滿足技術要求。

在GB/T 17848中，雖然也提出在生產過程中可以通過加速試驗對陽極進行質量分析；但是，大家普遍認為加速試驗測得的電化學效率往往是達不到產品技術要求的，因此也就無法準確進行產品質量判定；所以迄今為止大家都是依據14d的常規試驗來對鎂陽極進行電化學性能的質量控制[4]，這樣做會增加了檢測、制造成本和生產周期。

對此，我們經過長期的對比研究和分析，找出兩種試驗方法下所測得陽極電化學效率數據之間的相關性和規律性，通過相關數學公式進行換算，可以將加速試驗的測試數據換算為常規試驗數據，可在實際生產過程中用加速試驗替代常規試驗，具有指導意義。

1 試驗過程

1.1 試樣制作

常規試驗的鎂陽極加工為φ12.7×152mm的棒狀標準試樣，加速試驗的鎂陽極加工成Φ16.0×48mm的棒狀標準試樣。

1.2 試樣篩選

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

圖1 試樣篩選裝置示意圖

試驗介質為人造海水，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行測試；待萬用表中顯示電位值在3mV范圍內波動時進行讀數并做好記錄；測量完成后按90°旋轉陽極繼續測試4個點的電位，按此方法依次旋轉測試，最后選取各個面電位相差5mV以內的陽極作為測試試樣。

1.3 試驗方法

（1）常規試驗

用導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，最大電流強度310A，36Ah的蓄電池進行通電，試驗過程中保持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。實驗結束后，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

將試樣浸入電解液之中，通電使其恒電流運行，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。在試驗每一天用甘汞電極測試陽極的閉路電位并 記錄。

試驗結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個進行常規試驗和加速試驗，測試結束后計算鎂陽極的電流 效率[5,6]。

1.4 結果與討論

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

圖2 三種鎂合金陽極不同試驗方法下電流效率

從圖2中可以看出，無論哪一種鎂陽極，在加速試驗下測得的電流效率都要低于常規試驗的結果。特別是AZ31型鎂陽極，在加速試驗測試下得到的電流效率均低于標準要求的（標準規定電流效率≥55%），顯然無法以此來判斷該批鎂陽極是否合格，而常規試驗結果顯示98%的鎂陽極是滿足標準要求的。

此外，數據曲線分布表明為兩種試驗下鎂陽極的電流效率差值在一定范圍內。其中，MIC鎂陽極在加速試驗下的電流效率要比常規試驗下低1.11%～3.35%，AZ63和AZ31分別偏低2.09%～3.06%，2.82%～3.99%。基于多組試樣的偏差走向具有一定的規律性，可采用數學軟件對數據進行線性擬合分析，得到三種型號鎂陽極的效率換算方程：

其中：y為常規試驗下鎂陽極電化學效率，x為加速試驗下電流效率，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如表1所示。

表1 效率換算方程系數

將加速試驗的電流效率數值帶入到方程中，計算得到的電流效率值與實際測量值相差較小，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%。可以應用該方程來判定鎂陽極的電化學性能指標。

2 結論

（1）通過常規試驗和加速試驗的測量結果可以看出，加速試驗下鎂陽極的電流效率與常規試驗相比，表現為一定范圍內的負偏差，多組試樣的偏差走向具有一定的規律性；

（2）對兩種試驗方法下的試驗數據進行線性擬合，得到效率換算方程；通過方程計算的結果與實際測試結果進行對比，兩者之間偏差很小，表明擬合曲線方程是可行的；

（3）在實際生產過程中，通過加速試驗的測試數據，結合擬合曲線方程來得到常規試驗下鎂陽極的電流效率，可以快速判定鎂陽極產品電化學性能的有效性，一定程度上可以控制生產質量，節約檢測檢驗費用和生產周期。為鎂陽極生產廠家提供了借鑒和參考。