一種鋅基犧牲陽極失效分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋅基犧牲陽極失效分析方法，屬于犧牲陽極分析技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬設備在環境介質作用下由于腐蝕而造成的安全問題、經濟損失和資源浪費等越來越受到人們的重視。電化學陰極保護法是減緩和阻止金屬設備腐蝕失效的措施中最有效的方法之一，其中犧牲陽極法由于設計簡單、安裝方便、無需外加電源等優點被廣泛應用于設備在海水的陰極保護中。
[0003]犧牲陽極的保護效果與陽極材料有著密不可分的聯系。良好的犧牲陽極材料應該具備如下特點:足夠負的陽極工作電位，在實際應用中，陽極電位應長期保持穩定，不應隨著陽極的消耗出現明顯的正移現象;在工作過程中陽極極化率小;犧牲陽極材料須有足夠大的實際電化學容量;不會出現較明顯的自腐蝕現象，腐蝕產物均勻，呈均勻的活化溶解狀態，表面不沉積難溶的腐蝕產物，沒有明顯的機械脫落和析氫自腐蝕，不會導致不必要的電流效率損失;原料豐富、易加工生產、價格低廉。
[0004]常用于保護金屬構件的犧牲陽極材料有鎂合金、鋅合金和鋁合金三大類。在海水中鎂合金陽極的壽命很短，費用高，易產生過保護，不宜采用;鋁合金陽極電容量大，電流效率高，重量輕，資源豐富，價格便宜，在近海工程中使用較多；鋅合金陽極電流效率高，腐蝕均勻，使用壽命長，是應用最廣泛的海水陰極保護犧牲陽極材料。但部分鋅基犧牲陽極在使用過程中，理應發生腐蝕，保護陰極材料，卻在短期內發生了嚴重的失效現象(表面腐蝕，但芯部未繼續腐蝕)。針對不同失效形式的鋅基犧牲陽極進行失效分析，確定其失效原因，預防失效的再次發生，然后對犧牲陽極進行改進，對于保障海洋金屬構件安全有極大的經濟效益。
【發明內容】
[0005]為此本發明對該鋅基犧牲陽極材料進行詳細的樣品形貌、成分和相態分析，并通過腐蝕電化學實驗獲得各種電化學參數，以分析該陽極裝置在保護傳熱管的過程中是否起到了其應有的陰極保護效果，犧牲陽極失效原因，并用電化學模擬試驗驗證了失效過程和結果。具體技術路線見圖1所示。
[0006]本發明一種鋅基犧牲陽極失效分析方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)收集技術資料
[0008](2)為從宏觀上了解失效犧牲陽極整體腐蝕狀況，用數碼相機對失效犧牲陽極試樣外表面進行拍照記錄，用視頻顯微鏡對具有不同腐蝕形貌特征的外表面進行顯微拍照，同時對試樣的尺寸、重量進行測量，對失效犧牲陽極表面銹蝕產物及基體(芯部未發生腐蝕部位)的導電性進行測量；
[0009](3)為了解犧牲陽極材料的各項基本性能是否符合海洋環境中的陰極保護使用標準，對失效犧牲陽極材料的基體成分、組織結構進行觀察；
[0010](4)結合掃描電子顯微鏡-能譜儀、X射線衍射儀及拉曼光譜儀對失效犧牲陽極材料表面不同形貌的腐蝕產物進行分析檢測，獲得失效犧牲陽極表面腐蝕產物元素組分、材料成分和結構信息；
[0011](5)通過對鋅基犧牲陽極材料的電化學極化曲線測試、交流阻抗譜測試、恒電流測試和自放電測試，獲取犧牲陽極材料電化學工作參數、表面溶解形貌、腐蝕產物沉積狀況、保護效果隨腐蝕時間的延長而發生的變化，模擬出犧牲陽極的保護及失效過程，分析該犧牲陽極的失效機理，揭示并驗證犧牲陽極失效原因。
[0012]上述步驟(5)中電化學極化曲線測試、交流阻抗譜測試和恒電流測試是對失效鋅基犧牲陽極基體(芯部未發生腐蝕部位)進行測試，自放電測試是失效鋅基犧牲陽極外表面和基體都進行測試。
[0013]進一步上述步驟(5)中電化學極化曲線測試、交流阻抗譜測試、恒電流測試和自放電測試方法，如下。
[0014]①極化曲線測試
[0015]本實驗采用電化學測試系統，工作電極為1mmX1mm面積大小的鋅基犧牲陽極材料(基體)，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極。試驗介質為天然海水，實驗溫度為24 °C。先將陽極樣品浸泡在天然海水中Ih測量開路電位，然后以1.67mV/s的掃描速率從相對開路電位-0.2V開始進行極化曲線測量。
[0016]②電化學交流阻抗測試
[0017 ]本實驗采用電化學交流阻抗法(EIS)研究犧牲陽極樣品(基體)在海水腐蝕介質中的腐蝕產物信息和電極過程動力學規律。本實驗的工作體系和試驗介質同極化曲線測試。由于犧牲陽極的安裝位置及設備運行過程中會遇到流動海水和靜止海水的狀況，因此分別在靜態和動態條件下進行交流阻抗測試。試樣先在靜態和動態的海水中浸泡lh，待開路電位穩定后開始測量。電化學阻抗譜測試時，激勵信號的正弦波幅值設為10mV，頻率掃描范圍為 15Hz ?10—2Hz。
[0018]③恒電流腐蝕試驗
[0019]根據國標GB 17848-2000的規定和方法，對陽極樣品(基體)進行犧牲陽極電化學性能加速測試。陰極為被保護金屬樣品(如白銅管)，陽極為提供的犧牲陽極樣品(基體)，陰陽極面積比為60:1，總的測試時間為96h。參比電極為飽和甘汞電極，實驗介質為天然海水，實驗溫度為室溫，每24小時測量一次陽極試樣的工作電位。試驗結束后用照相機拍下犧牲陽極試樣的溶解形貌，再用飽和氯化銨溶液浸泡兩小時后，用乙醇和清水清洗，清除腐蝕產物后稱重，根據銅電量計陰極增重和鋅陽極失重計算犧牲陽極的電流效率。
[0020]④自放電測試
[0021]為了驗證有腐蝕產物覆蓋情況下鋅基犧牲陽極保護作用是否失效，實驗中陰極為被保護金屬(如白銅管)，陽極分別為不同腐蝕形貌特征的失效鋅基犧牲陽極樣品和基體樣品，陰陽極面積比為60:1，用導線連接犧牲陽極和陰極;實驗介質為天然海水，實驗溫度為24°C，實驗時間為168h，每12h測量一次陽極工作電位、發生電流以及保護電位，最后觀察陽極的形貌變化。
[0022]本發明的優點:測試方法比較全面，能更準確地分析失效原因，本發明方法可以標準化，能夠快速得到結果。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明鋅基犧牲陽極失效分析方法的技術路線圖。
【具體實施方式】
[0024]下面具體說明本發明技術方案，但并不限于以下實施例。
[0025]實施例1
[0026](I)收集技術資料，主要包括的內容有:
[0027]①鋅基犧牲陽極材料的技術要求，制造和處理工藝，型號，規格，成分等；
[0028]②服役情況收集:了解鋅基犧牲陽極的安裝方式，運行環境，服役時間等。
[0029](2)形貌分析，主要包括的內容如下:
[0030]①宏觀檢查:為了解失效犧牲陽極整體腐蝕狀況，用數碼相機對失效犧牲陽極試樣外表面(正立面、背立面及側立面)進行拍照記錄；
[0031]②微觀檢查:觀察失效犧牲陽極外表面不同腐蝕形貌特征，用70倍和200倍視頻顯微鏡對失效犧牲陽極的外表面進行顯微拍照記錄；
[0032]③尺寸測量:測量失效犧牲陽極的尺寸，每個試樣測三次，計算其算術平均值，該數值與技術資料中未失效時犧牲陽極的尺寸進行對比，獲取失效犧牲陽極尺寸變化程度；
[0033]④重量測量:測量失效犧牲陽極的重量，每個試樣測三次，計算其算術平均值，該數值與技術資料中未失效時犧牲陽極的重量進行對比，獲取失效犧牲陽極重量變化程度；
[0034]⑤導電性測量:為獲得失效犧牲陽極表面腐蝕產物的導電性，用萬用表在犧牲陽極外表面腐蝕產物任意兩處測量其導電性;將失效犧牲陽極進行切割，露出芯部未失效的犧牲陽極基體，對基體的任意兩處測量其導電性;若失效犧牲陽極表面腐蝕產物間導電性為零，則說明該犧牲陽極已完全未發揮保護陰極的作用。
[0035](3)為了解犧牲陽極材料的各項基本性能是否符合傳熱管使用環境中的陰極保護使用標準，在失效犧牲陽極材料的中心部位取15mmX 15mmX 15mm未失效基體試樣，進行如下分析:
[0036]①成分分析:使用金屬元素分析儀(如金屬元素分析儀、SEM_EDS、XRF等)對犧牲陽極基體成分進行分析，與技術要求中的成分進行對比，若發現有某些元素(如Fe)超標，則說明該犧牲陽極失效是由于材質原因；
[0037]②組