什麼是犧牲陽極

將比欲保護之金屬活潑的鋅、鋁合金、鎂等電性連接,使其先溶解,讓金屬成為陰極而防蝕的陽極。

日文名稱: 犠牲陽極

「犧牲陽極」出現在1領域的1道練習題中(腐蝕與表面處理等)。

這個名詞所屬的領域: 腐蝕與表面處理

犧牲陽極法與外加電流法

陰極防蝕有2種:連接比欲保護之金屬更活潑的金屬、利用其溶解產生之電流的犧牲陽極法(流電陽極法),以及從直流電源通入電流的外加電流法。犧牲陽極不需要電源與配線的管理,安裝簡單,也較不必擔心對其他結構物流出雜散電流,這是它的優點。另一方面,可取出的電壓小,在電阻大的土壤或淡水中電流容易不足,因此大型結構物或高電阻的環境會選擇外加電流法。

陽極材料的選擇

在海水中,主要使用鋅,以及添加In或Zn的鋁合金陽極。純鋁表面會形成鈍化膜而變得不易溶解,因此添加In等使膜不易形成,讓它能穩定地溶解。鎂的電位最活潑、可取出的電壓大,因此用於高電阻土壤中的管線或淡水的設備。不過在海水中電流流得太多,消耗快,還可能使鋼過度防蝕,因此很少使用。陽極依電位、單位質量可放出的電量與價格來選擇。

陽極壽命的估算

陽極可放出的電量由法拉第定律決定,理論值鋅約為820 Ah/kg,鋁約為2980 Ah/kg,鎂約為2200 Ah/kg。實際上有一部分因自我腐蝕等而沒有用於防蝕就損失掉,因此可取出的電量比理論值小,特別是鎂,一般認為只有理論值的一半左右。例如要讓1 A的防蝕電流流1年,需要8760 Ah,即使以理論值計算也需要約11 kg的鋅。在設計上,由所需電流、年數與陽極可利用的比例,決定陽極的數目與更換的時期。

確認是否達到防蝕的方法

犧牲陽極是否發揮保護作用,以參考電極量測結構物的電位來判斷。鋼的防蝕基準,在海水中常用相對於銀/氯化銀電極比−0.80 V更負的電位,在土壤中常用相對於飽和硫酸銅電極比−0.85 V更負的電位。電位過負時,表面會產生氫,引起高強度鋼的氫脆或塗膜的剝離,因此也要注意防蝕過度。陽極是消耗品,要定期檢查剩餘的量,在用完之前更換。

練習犧牲陽極的題目

在海水中的鋼結構物上安裝鋅犧牲陽極。設標準電極電位 Fe²⁺/Fe 為 −0.44 V,Zn²⁺/Zn 為 −0.76 V,視為標準狀態的電池時,電動勢與溶解金屬的組合,下列何者正確?

  1. A約0.32 V,鋅溶解而鋼受到保護
  2. B約0.32 V,鋼溶解而鋅受到保護
  3. C約1.20 V,鋅溶解而鋼受到保護
查看答案與解析

正確答案:A. 約0.32 V,鋅溶解而鋼受到保護

電動勢是以陰極側(較惰性的鐵)的電位減去陽極側(較活潑的鋅)的電位,E = −0.44 − (−0.76) = 0.32 V。較活潑的鋅成為陽極,以 Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ 溶解,其電子流入鋼而使鋼成為陰極,因此鋼的溶解受到抑制。這就是以犧牲陽極的防蝕(犧牲陽極法),用於船體、港灣鋼結構物、地下管線等,陽極會消耗,因此需定期更換。約1.20 V是把2個電位的大小相加的錯誤。約0.32 V而鋼溶解的選項,把惰性與活潑的方向弄反了。實際海水中的電位與標準電極電位不同,但鋅比鋼活潑的關係不變。

常見問題

犧牲陽極與鍍鋅是相同的原理嗎?

是相同的原理。鍍鋅可視為在整個鋼表面加上一層犧牲陽極,即使傷痕使鋼露出,周圍的鋅也會先溶解而保護鋼。

犧牲陽極大約能用多久?

由防蝕所需的電流與陽極的質量決定,依設計從數年到數十年都有。在船體上,一般在每次進塢時檢查消耗的情形並更換。

為什麼不能在犧牲陽極上塗裝?

因為陽極是藉由自身溶解放出電流,以塗裝覆蓋表面時電流就無法流動,失去防蝕作用。重新塗裝船體時,陽極也不塗而保留原狀。

解析中的「犧牲陽極」

出現「犧牲陽極」的題目(1題)

  1. 在海水中的鋼結構物上安裝鋅犧牲陽極。設標準電極電位 Fe²⁺/Fe 為 −0.44 V,Zn²⁺/Zn 為 −0.76 V,視為標準狀態的電池時,電動勢與溶解金屬的組合,下列何者正確?

相關名詞

標準電極電位 孔蝕 局部電池 法拉第定律 鈍態 電偶腐蝕 應力腐蝕破裂

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