隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬材料的用量越來越多，腐蝕與腐蝕防護(hù)問題越來越受到重視。陰極保護(hù)是一種有效的保護(hù)金屬不被腐蝕的方法，陰極保護(hù)方法分為犧牲陽極的陰極保護(hù)方法和外加電流陰極保護(hù)方法。鈦陽極是外加電流陰極保護(hù)常用的輔助電極，文中主要介紹鈦陽極的制備方法和強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法，鈦陽極的使用壽命關(guān)系到整個(gè)陰極保護(hù)體系的保護(hù)年限，正確評(píng)判鈦陽極使用壽命是科研工作者長久以來關(guān)心的問題。國內(nèi)外文章很少介紹鈦陽極的壽命評(píng)判方法，文中通過相關(guān)文獻(xiàn)資料以及筆者的長期實(shí)踐，給出了3種常用介質(zhì)環(huán)境的鈦陽極強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法。同時(shí)，通過對(duì)常用的幾種外加電流陰極保用輔助電極的比較，說明了鈦陽極是外加電流陰極保護(hù)中最有前途的輔助電極 。

1、鈦陽極制備方法

鈦陽極是以鈦為基體，表面涂敷貴金屬氧化物涂層的一種不溶性電極，外加電流陰極保護(hù)用鈦陽極根據(jù)介質(zhì)環(huán)境大致分為3類：土壤或淡水介質(zhì)環(huán)境、鋼筋混凝土環(huán)境、海水介質(zhì)環(huán)境。由于使用環(huán)境介質(zhì)不同，鈦陽極的涂層體系也不同。在土壤或淡水介質(zhì)中由于不存在氯離子或氯離子含量比較低，陽極主要發(fā)生析氧反應(yīng)，鈦陽極涂層體系以氧化銥 為主。在鋼筋混凝土介質(zhì)中氯離子含量一般不高，陽極上主要發(fā)生的也是析氧反應(yīng)，采用的鈦陽極涂層體系也以氧化銥為主。氧化銥在析氧環(huán)境中既有良好的電催化活性，又有極好的耐蝕性。在海水介質(zhì)中氯離子含量較高，陽極上發(fā)生的主要是析氯反應(yīng)，陽極涂層體系以氧化釕為主。電極制備工藝如下：基材選用工業(yè)純鈦TA1或TA2，基材經(jīng)除油、噴 砂酸洗后晾干備用，氯銥酸或三氯化釕和其他金屬鹽按照一定比例溶解在正丁醇和異丙醇溶劑中，配成涂刷液，用毛刷刷于處理好的鈦基體上，在200℃烘干，然后在400～500℃ 的電阻爐中燒結(jié)10 rain，重復(fù)以上過程直至所配涂刷液刷完為止 。

2、鈦陽極強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法

外加電流陰極保護(hù)用鈦陽極的強(qiáng)化壽命要求一般都在20 a以上，陽極的壽命檢測(cè)是非常重要的。

由于陽極的實(shí)際使用壽命要長達(dá)20 a以上，而此種陽極幾乎無質(zhì)量損失，所以陽極的壽命不能用實(shí)際使用的電流密度通過外推法算得，只能采用大電流測(cè)強(qiáng)化壽命，直到通過的電荷量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。下面分別介紹在土壤或淡水介質(zhì)環(huán)境、鋼筋混凝土環(huán)境、海水介質(zhì)環(huán)境中鈦陽極強(qiáng)化壽命的檢測(cè)方法。

2.1 土壤或淡水環(huán)境中鈦陽極強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法

如下：電解質(zhì)用濃度為1mol/L的Na₂SO₄溶液，電流密度為10000 A／m ，水浴溫度保持在(30±5)℃。檢測(cè)裝置如圖1所示

強(qiáng)化壽命檢測(cè)完成時(shí)，在10000A/m2的電流密度下，陽極表面通過的總電荷密度和陽極實(shí)際使用壽命期限內(nèi)陽極表面通過的總電荷密度有如下關(guān)系：

j_at_a≥j_st_s    (1)

式中： j_a為強(qiáng)化壽命檢測(cè)中陽極表面的電流密度，A/m²；j_s為實(shí)際使用過程中陽極表面的電流密度，A/m；t_a為強(qiáng)化壽命，h;t_a為實(shí)際使用壽命，h。

2.2 鋼筋混凝土環(huán)境中鈦陽極強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法

加速陽極壽命檢測(cè)不能應(yīng)用于混凝土中，大電流會(huì)導(dǎo)致混凝土的提早破壞，加速實(shí)驗(yàn)必須在水溶液中完成。參考NACE標(biāo)準(zhǔn) ，陽極壽命檢測(cè)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的NaCl溶液、4％的NaOH溶液和模擬孔隙液中進(jìn)行。模擬孑L隙液的成分配比為：每升溶液中含有NaOH 26.3g，KC1 10.74g．Ca(OH)：2.15g。進(jìn)行模擬孔隙液環(huán)境檢測(cè)前，應(yīng)先注入符合標(biāo)準(zhǔn)ASTM C 788的砂，再注人配好的模擬孔隙液。NaC1和NaOH環(huán)境的檢測(cè)不需要加人砂，所用的化學(xué)藥品均為化學(xué)純?cè)噭┘?jí)。檢測(cè)過程中溶液的蒸發(fā)損耗用去離子水補(bǔ)充。檢測(cè)裝置 如圖1所示。

強(qiáng)化壽命檢測(cè)完成時(shí)，在實(shí)驗(yàn)的電流密度下。陽極表面通過的總電荷密度和陽極實(shí)際使用壽命期限內(nèi)陽極表面通過的總電荷密度的關(guān)系見式(1)。

2.3 海水介質(zhì)中鈦陽極強(qiáng)化壽命檢測(cè)

海水介質(zhì)強(qiáng)化壽命檢測(cè)條件：電解液為0.5 mol／L的H2SO4溶液；電解液溫度為(40±5)℃，電流密度為20kA/m2 。海水介質(zhì)中，鈦陽極一般實(shí)際使用電流密度300~600A/m2，電極壽命要求10 a左右，鈦陽極強(qiáng)化壽命要求大于150h。

3、鈦陽極和其他外加電流用輔助電極的比較

輔助電極是外加電流陰極保護(hù)中的重要部件，良好的輔助電極應(yīng)當(dāng)具有如下性質(zhì)：1)良好的導(dǎo)電性能，工作電流密度大，極化率?。?)在苛刻的環(huán)境中，有良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，消耗率低、壽命長；3)機(jī)械性能好，不易損壞，便于加工制造、運(yùn)輸和安裝；4)綜合保護(hù)費(fèi)用低。廢鋼鐵陽極、石墨陽極、高硅鑄鐵陽極、柔性陽極、鈦陽極都可作為外加電流陰極保護(hù)用輔助電極。

廢鋼鐵陽極是早期外加電流陰極保護(hù)用陽極材料，其來源廣泛，價(jià)格低廉。由于溶解性陽極表面很少析出氣體，因而在地床中不存在氣阻問題。其缺點(diǎn)是消耗速率大，在土壤中為5～10 kg／(A·a) ，使用壽命較短，多用于臨時(shí)性保護(hù)或高電阻率土壤中。

石墨陽極是由碳素在高溫加熱后形成的晶體材料，通常用石蠟、亞麻油或樹脂進(jìn)行浸漬處理，以減少電解質(zhì)的滲入，增加機(jī)械強(qiáng)度。石墨陽極價(jià)格低廉，易于加工，但軟而脆，在運(yùn)輸安裝時(shí)易于損壞，隨著新的陽極材料的出現(xiàn)，在地床中的應(yīng)用逐漸減少。高硅鑄鐵陽極也是常用的一種輔助電極，當(dāng)陽極電流通過時(shí)在其表面會(huì)發(fā)生氧化，形成一層薄的SiO：多孔保護(hù)膜，可阻止基體材料的腐蝕，降低陽極的溶解速率，具有良好的導(dǎo)電性能。高硅鑄鐵硬度很高，耐磨蝕和沖刷性好，但不宦機(jī)械加工，只能鑄造成型，另外脆性大，搬運(yùn)和安裝時(shí)易損壞 。

柔性陽極是在銅芯上包覆導(dǎo)電聚合物而構(gòu)成的連續(xù)性陽極，也稱柔性陽極或纜形陽極，其中銅芯起導(dǎo)電作用，確保了縱向低電阻，可以把電流傳到很遠(yuǎn)；而導(dǎo)電聚合物確保了橫向有一較高電阻接地，使銅芯中的電流慢慢地“滴入”地中。聚合物陽極在土壤中使用時(shí)，需在其周圍填充焦碳粉末而構(gòu)成陽極地床，其在地床中最大允許工作電流為52mA/m，其工作電流密度很低，可靠近被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋪設(shè)連續(xù)地床，因此可提供均勻、有效的保護(hù)。聚合物陽極安裝簡便，特別適于裸管或涂層嚴(yán)重破壞的管道、受屏蔽的復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)、中小型儲(chǔ)罐的保護(hù)以及高電阻率的土壤中。柔性陽極早期的主要應(yīng)用是為解決覆蓋層老化的舊管道陰極保護(hù)問題，現(xiàn)在在罐底的陰極保護(hù)中也有應(yīng)用，但導(dǎo)電聚合物容易老化，其壽命不是最長，加上投資較大、埋設(shè)較深，因而目前較多罐底工程沒有采用。

混合金屬氧化物陽極是在鈦基體上包覆一層具有電催化活性的混合金屬氧化物而構(gòu)成，最早應(yīng)用于氯堿丁業(yè)，后來推廣應(yīng)用于其它工業(yè)，包括陰極保護(hù)領(lǐng)域。電極表面為高催化活性的氧化物層所覆蓋，因此具有極優(yōu)異的物理、化學(xué)和電化學(xué)性能，極化小并且消耗率極低。若其表面有輕微損壞，在其基材表面就會(huì)生成一種惰性的不導(dǎo)電的氧化物，這樣陽極的整體性能不會(huì)減弱。通過調(diào)整氧化物層的成分，可以使其適用于不同的環(huán)境，如海水、淡水、土壤中。目前大型儲(chǔ)罐底大多數(shù)均采用此陽極，它已成為目前最為理想和最有前途的輔助陽極材料 。

4、結(jié)論

鈦陽極是外加電流陰極保護(hù)常用的一種輔助電極，隨著鈦陽極技術(shù)的不斷進(jìn)步，已設(shè)計(jì)出越來越多的適合各種環(huán)境使用的陰極保護(hù)鈦陽極，鈦陽極的制備方法采用熱分解方法，鈦陽極的涂層成分要根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行選擇，析氧環(huán)境選擇以二氧化銥為主的涂層體系，析氯環(huán)境選擇以二氧化釕為主的涂層體系。不同的使用環(huán)境，使用不同的鈦陽極，強(qiáng)化壽命檢測(cè)方法也不同。鈦陽極由于其易于加工成各種形狀，電極表面涂敷有高催化活性的貴金屬氧化物，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和電化學(xué)性能，使用壽命長，通過調(diào)整表面電催化活性氧化物的成分，可以應(yīng)用于各種不同的環(huán)境，目前已成為外加電流陰極保護(hù)用最為理想和最有前途的輔助陽極材料。

參考文獻(xiàn)：

【1】貝克曼wV，施文克w，普林茲W．陰極保護(hù)手冊(cè)[M】．胡士信，王向農(nóng)，譯．北京：化學(xué)T業(yè)出版社，2005．

【2】胡學(xué)文，吳麗蓉，許崇武．外加電流陰極保護(hù)用輔助陽極的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)lJJ|腐蝕與防護(hù)，2000，21(12)：546— 548．

【3】黃永昌．金屬氧化物陽極及其在陰極保護(hù)rII的應(yīng)用IJJ_臘蝕與防護(hù)，2008，29(增刊)：32—36．f

【4】張玉萍，武志紅，鞠鶴，等．濕法冶煉中電沉積鉆用鈦陽極研究 稀有金屬，2009，33(6)：898—890．

【5】NACE Standard TMO108—2008，Testing of Catalyzed Titani—Unl Anodes f0r Use in Soils or Natural Waters[S]．

【6】 NACE Standard TM0294—2007，Testing of Embeddahle hnpressedCurrent Anodes for Use in Cathodic Protection ofAtmf1spherirafly Exposed Steel-reinforced Concrete[S]．

【7】 NACE Standard TM0294—200 1，Testing of Embeddable Im—pressed Current Anodes fnr Use in Cathodic Pr()tection ofAtmospherically Exposed Steel—reinforced Concrete[S]．

【8】GB 9844—88，隔膜法金屬陽極電解槽制造技術(shù)條件 ．

【9】HG／T 247 1—200l，電解槽金屬陽極涂層ls]．

【10】顏琦．電極的強(qiáng)化檢測(cè)與析氯壽命的表征 福建]二程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，5(1)：29—31．

【11】郭超，左禹，翟克剛，等．混合金屬氧化物涂層存酸堿和中性環(huán)境巾的電化學(xué)行為lJl_材料保護(hù)，2008，41(8)：10一l2．

【12】孫明燁，陳敏，游世瑩．柔性陽極在城市燃?xì)廨斉涔芫€上的應(yīng)用fJ1．燃?xì)饧夹g(shù)，2006(381)：12-14．

【13】馮洪臣，曹崇珍．網(wǎng)狀陽極在儲(chǔ)罐底板陰極保護(hù)中的作用[J]．浦氣儲(chǔ)運(yùn)，1999，18(10)：34-36．

【14】過夢(mèng)飛．混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽極的設(shè)計(jì)和安裝[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2001，20(6)：20-22．

相關(guān)鏈接