海水介质中阴极保护用涂层钛阳极的制备及其性能研究

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1、海水介质中阴极保护用涂层钛阳极的制备及其性能研究海水介质中阴极保护用涂层 钛阳极的制备及其性能研究 康新婷.鞠鹤.武宏让 (西北有色金属研究院,陕西西安710016) [摘要]为了提高钛阳极在阴极保护中应用的可靠性和使用寿命,用热分解方法制备了复合金 属氧化物(MMO)涂层钛阳极,研究了阳极寿命与基材表面处理,涂敷量,温度,电流密度及涂层损耗 率之间的关系.结果表明:基材喷砂增强了钛基体与涂层的结合力,增加涂敷量能够提高阳极寿命, 而提高温度和电流密度对阳极寿命有不利影响,阳极涂层损耗率几乎为0.所研制的RuIrTisnco涂 层钛阳极具有良好的电化学稳定性和较长的

2、寿命,强化寿命达到96h,约为次氯酸钠发生器标准的5 倍,是海水介质外加电流阴极保护中比较理想的辅助阳极. [关键词]涂层钛阳极;辅助阳极;阴极保护;制备;性能;海水介质 [中图分类号]TG174.41[文献标识码]B[文章编号]1001—1560(2006)06—0055—04 O前言 海水中的氯离子含量较高,是一种腐蚀性较强 的电解质,大多数金属在海水中的腐蚀速度都比较 大,船舶,潜艇,石油平台,海水冷却系统和港口设 施等结构件都会产生严重的腐蚀.阴极保护是防 止海水介质中金属腐蚀的一种经济而有效的措 施. 为了减少海水环境中大型设施维护,维修的次 数和费用,常

3、采用保护寿命较长(15a以上)的 外加电流阴极保护法.外加电流阴极保护系统由 恒电位仪,辅助阳极,参比电极组成,其中辅助阳极 是关键部件之一,其寿命决定着外加电流阴极保护 系统的工作寿命.通常使用的辅助阳极有碳钢,石 墨,高硅铸铁,铅银合金,铅银嵌铂丝,镀铂钛,镀铂 钽及铂钯合金等],目前海水介质中应用较多的 是钌钛阳极,镀铂钛阳极和铂铌阳极.Mixed MetalOxide(MMO)涂层钛阳极也称DSA(Dimen- sionStableAnode)阳极,是采用传统的热分解方法 在钛基体表面涂敷贵金属氧化物,涂层而制成的具 有高催化活性的辅助阳极,具有新型,高效,

4、稳定的 [收稿Et期]2005—12—26 特点,在外加电流阴极保护中最具发展前景m引. 本试验用热分解方法制备了MMO涂层钛阳极,研 究了阳极寿命与基材表面处理,涂敷量,温度,电流 密度及涂层损耗率之间的关系. 1试验 I.IMMO涂层钛阳极的制备 采用传统的热分解方法制备氧化物涂层.将 工业纯钛TA1经金属清洗剂清洗,除油后,放入 10%一15%的草酸溶液中进行表面刻蚀3h,水洗 后晾干.将氯化钌,氯铱酸,钛酸四丁酯,氯化锡, 氯化钴等金属原料按照Ru:Ir:Ti:Sn:Co=X:(30一 X):(70一y—z):y:z(X≤30,y≤10,z≤10)(质量 比

5、)配制成正丁醇溶液,均匀地涂刷在钛基体上, 在红外灯下烘干,置于马弗炉内450℃下热分解 10min,取出冷却,然后重复刷涂至需要的厚度,最 后进行1h的氧化处理,即获得RulrTiSnCo氧化物 涂层钛阳极. 1.2MMO涂层钛阳极的性能测试 i.2.i强化寿命 MMO涂层钛阳极的实际使用时间长达几年到 海水介质中阴极保护用涂层钛阳极的制备及其性能研究 几十年,为了在实验室条件下快速检验涂层钛阳极 的性能,常根据涂层钛阳极的强化寿命来进行判 断.但是海水介质阴极保护中涂层钛阳极强化寿 命的测试方法国内外没有统一的评判标准,故本研 究拟参照次氯酸钠发生器GB121

6、76—90标准进行 测试. 测试条件:电解液为0.5mol/LHSO(GB 625),电解液温度为常温,阳极电流密度为20000 A/m. 阳极电位或槽电压高出初始值4V即判断阳 极失效.失效前的阳极极化时间即为涂层钛阳极 强化寿命.图1为海水介质中涂层钛阳极强化寿 命的测试装置,阳极为测试试样,阴极为2.5mm× 200.0mm的纯钛片,极间距为20mm,参比电极为 饱和甘汞电极. 图1海水介质中钛阳极强化寿命的测试装置 1.2.2阳极涂层损耗率 阴极保护中常采用阳极损耗率来推算阳极的 实际使用寿命,本研究参照船用辅助阳极技术条件 GB/T7388—1999进行测

7、试.具体方法为:阳极在 模拟海水(成分见表1)中极化一个月,根据极化前 后阳极质量的损失计算涂层损耗率,再根据涂层损 耗率换算阳极实际使用寿命.涂层损耗率按公式 (1)计算: V:— Wo- 一 Wt(1) :——=_——一f) 』?￡ 式中阳极损耗率,mr/(A?a) 一 阳极初始质量,mg —— 电解时间t时阳极的质量,mg f——电解时间,a ,——阳极电流,A 阳极使用年限按公式(2)计算: =丽W(2) 式中——阳极使用年限,a 单位面积阳极涂层质量,mg .卜阳极电流密度,A/dm 阳极年损耗率,mr,/(A?a) 表1GB/T7388—1999标准