鋁和鋁陽極

       鋁也是典型的輕金屬，原子序數(shù)13，相對原子質(zhì)量26.98，密度2.7g/cm3，熔點660℃。鋁的標準電極電位為一1.66V（SHE），在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V（SHE）。鋁的理論電容量是鋅的3.6倍，鎂的1.35倍。鋁的原料易得，制造工藝較簡單，價格低廉，是發(fā)展犧牲陽極的良好材料。

　　鋁是自鈍化金屬，未經(jīng)合金化的工業(yè)純鋁和普通鋁合金的表面極易鈍化，即使在空氣中也易在金屬表面自發(fā)地形成一層致密的、厚度為5～200nm的氧化膜，此即所謂鈍化膜。鈍極化后的鋁電位較正，在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V（SHE），而且易于極化。在海水中用0～10A/m2的電流密度使鋁陽極極化時，鋁的電極電位正移到-0.71V（SHE），此值比鋼的保護電位還要正。所以未合金化的鋁，單就其本身的電位值來說，就不可能用作犧牲陽極。

　　為研制具有實用價值的鋁基犧牲陽極，必須通過合金化的方法，在鋁中添加具有活化作用的合金元素，發(fā)展新型鋁合金，以限制或阻止在合金表面形成連續(xù)的保護性氧化膜，促進和保持表面活化，使合金具有較負的電位和較高的電流效率。一般在鋁中添加8%Zn或5%Mg就可以實現(xiàn)這一目標。此外，還要添加如Cd、Ga、In、Hg和Ti等合金元素，以便陽極長期保持活性。這些合金化元素也稱為晶格變形元素，起到防止形成連續(xù)氧化膜的作用?；罨诒举|(zhì)上也促進了陽極材料的腐蝕。因此，為了維持陽極的電流輸出達到最佳效果，還要添加Mn與Si等進一步合金化，這些元素也稱為晶格限制元素。

　　各種鋁合金陽極的行為是很不一樣的。電極電位一般在-0.75～-1.30V（SHE）之間；電流效率則在95%（含Hg合金）和70%～80%（含Cd、In、Sn合金）之間。在鋁中添加兩種或兩種以上合金元素可以使犧牲陽極性能得到很大改善，既能使電位足夠負，又能使電流效率達到較高的程度。有三種這樣的鋁合金具有重要的實際意義，即Al-Zn-Hg系合金、Al-Zn-In系合金和Al-Zn-Sn系合金。它們有一個共同點，即都添加有一定含量的Zn。

　　溶液pH值對鋁的腐蝕速度和電位有很大影響。pH值在3～9范圍內(nèi)時，鋁溶解而在其防腐用鋁基陽極材料表面形成含水氧化鋁（ALbO）HO），從而形成高電阻膜，導(dǎo)致鋁的鈍化。該鈍化膜電位較高，溶解速度很慢。當pH>9時，鋁的溶解產(chǎn)物部分形成鋁酸鹽，含水氧化物開始溶解，這時鋁的溶解速度增大，電位急劇地負移。在實際的海水、淡水或土壤中，pH值很少大于9，也很少小于3。因此鋁在這些環(huán)境中通常呈鈍性。作為犧牲陽極使用時，應(yīng)通過合金化使鋁合金表面活化。

　　Zn是鋁合金陽極中主要的合金元素。在Al-Zn合金中，Zn含量小于40%時，合金易汗化。Zn含量小于10%的Al-Zn合金具有較高的電流效率。含5%Zn的Al-Zn合金組織為單相固溶體，具有很好的電化學(xué)性能和較大的陽極活性，鈍化傾向非常小。因此，作為犧牲陽極的各種鋁合全都有一定的Zn含量，一般為5%左右。

　　In對這類合金的陽極性能有較大影響。當合金中Si和雜質(zhì)Fe的含量較多時，可以增加In的含量來抵消其有害作用。而當Si和雜質(zhì)Fe的含量較少時，增加In含量反而會使合金性能下降。所以，鋁合金中的In含量要適度，既要考慮使合金具備足夠的活性，又要滿足對電流效率的要求。In在鋁合金以第二相的形式存在，在第二相中，In、Si、Fe、Cu的含量均高于合金的平均值。這類鋁合金的活化很可能與第二相的作用有關(guān)。美國化學(xué)公司于1976年推出的Galvallum型鋁合金就是這類合金的典型代表，其成分為Al-3Zn-0.015In 0.1Si。它在海水中具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，此外在海泥、熱鹽水及淡海水中也表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，并已獲得廣泛應(yīng)用。