Katodisk beskyttelse mod påtrykt strøm til mekanisk

Inden for fremstillings-, infrastruktur- og avanceret udstyrssektor er korrosion af mekaniske strukturer fortsat en kritisk flaskehals, der begrænser udstyrets levetid. Imponeret nuværende katodisk beskyttelse (ICCP)-systemer er som en aktiv korrosionsbeskyttelsesteknologi blevet en kerneløsning til korrosionsbeskyttelse af mekaniske strukturer. Inden for ICCP-systemer, blandede metaloxid (MMO) anoder udviser overlegen elektrokemisk ydeevne, ultralang levetid og fremragende mekanisk stabilitet.

MMO-anoder er funktionelle elektroder dannet ved at belægge et titansubstrat med en kompositbelægning af metaloxider såsom ruthenium (Ru), iridium (Ir) og titanium (Ti). Denne belægning har høj katalytisk aktivitet, lavt ilt-/klorudviklingspotentiale og stærk korrosionsbestandighed, hvilket giver kontinuerlig og ensartet katodisk beskyttelse af mekaniske strukturer, selv under ekstreme driftsforhold.

MMO-anoder klassificeres primært baseret på struktur, belægning og anvendelse. Forskellige typer anoder varierer i størrelse, ydeevne og installation for at imødekomme de forskellige behov inden for mekanisk korrosionsbeskyttelse.

1. Rørformede MMO-anoder

Rørformede anoder er den mest anvendte type inden for mekanisk korrosionsbeskyttelse. De bruger titaniumrør som substrat med en ydre diameter, der typisk varierer fra 12 mm til 25 mm, en længde fra 1 m til 3 m og en belægningstykkelse fra 20 μm til 50 μm.

Kernefordele: Stort overfladeareal, ensartet strømfordeling, høj mekanisk styrke, fleksibel installation; kan bruges individuelt eller i serie/parallel til at danne et anodelag; egnet til forskellige miljøer såsom jord og undervandsmiljøer.

Strukturelle egenskaber: Titanrørsubstratet har en vægtykkelse på 1 mm til 2 mm, hvilket kombinerer fleksibilitet og stivhed, så det kan bøjes for at tilpasse sig komplekse installationsrum; belægningen klæber fast til substratet og løsnes ikke let.

Installation: Vertikalt/horisontalt installeret i jord via boring, med brug af petroleumkoks-tilfyldningsmateriale for at reducere kontaktmodstand; direkte nedsænket under vand eller fastgjort til overfladen af ​​mekaniske strukturer; egnet til dybe brøndlejer (dybde > 10 m).

Typiske anvendelser: Langdistancerørledninger, chassis til maskinanlæg, mekaniske strukturer til offshore platforme, underjordiske mekaniske faciliteter.

2. Stangformet MMO-anode

Stavformede anoder Brug titaniumstænger som substrat med en diameter på 6 mm ~ 16 mm og en længde på 0.5 m ~ 2 m. Belægningen dækker ensartet hele stangens overflade.

Kernefordele: Kompakt størrelse, letvægtsevne, bekvem transport og installation, egnet til pladsbegrænsede mekaniske strukturer (såsom indvendige hulrum i udstyr, smalle rør), høj strømtæthed og hurtig responshastighed.

Strukturelle egenskaber: Titanstangsubstratet har en trækstyrke på ≥450 MPa, er modstandsdygtigt over for bøjning og slag, har lav belægningsporøsitet (≤5%) og fremragende korrosionsbestandighed.

Installation: Direkte fastgjort til overfladen af ​​mekaniske dele (via svejsning eller boltforbindelse) eller indlejret i strukturen, egnet til lokal korrosionsbeskyttelse og forstærkning.

Anvendelser: Præcisionsmekaniske dele, hydrauliske systemkomponenter, små udstyrshulrum og intern korrosionsbeskyttelse i ventiler.

3. Plade/ark MMO-anoder

Pladeanoder Brug titaniumplader som substrat med en tykkelse på 0.8 mm ~ 2 mm. Størrelserne kan tilpasses (standardstørrelser 300 mm × 500 mm, 500 mm × 1000 mm). Belægninger kan dække begge sider eller den ene side.

Kernefordele: Glat overflade, ensartet strømudgang, egnet til store plane strukturer, kan monteres direkte på mekaniske overflader uden at optage ekstra plads.

Strukturelle egenskaber: Titanpladesubstratet har god duktilitet og kan skæres i enhver form. Belægningen klæber tæt til substratet, hvilket giver slidstyrke og ridsefasthed.

Installation: Fastgjort til overfladen af ​​mekaniske strukturer (såsom udstyrsskaller, tankbundplader, mekaniske broforbindelser) ved hjælp af bolte eller klips, eller præ-indlejret i mekaniske betonfundamenter.

Anvendelser: Store maskinfundamenter, indvendige vægge i tanker, mekaniske betonfundamenter og korrosionsbeskyttelse til pladevarmevekslere.

4. Mesh/Grid MMO-anode

Netanoder anvende titantråd vævet ind i en netstruktur med tråddiametre fra 1 mm til 3 mm, maskestørrelser fra 10 mm × 10 mm til 50 mm × 50 mm og belægningstykkelser fra 15 μm til 30 μm.

Kernefordele: Fremragende fleksibilitet, bøjelig og foldbar, stort overfladeareal og ensartet strømfordeling, velegnet til uregelmæssigt formede mekaniske strukturer (såsom buede overflader og komplekse hulrum).

Strukturelle egenskaber: Høj trækstyrke af titantråd, god stabilitet i netstrukturen og ensartet belægningsdækning af trådoverfladen, hvilket forhindrer afløsning på grund af bøjning.

Installation: Viklet omkring overfladen af ​​mekaniske dele, indlejret i strukturelle mellemrum eller præ-indlejret i kompositmaterialer, tilpasningsdygtig til dynamiske mekaniske strukturer (såsom roterende aksler og teleskopiske komponenter).

Typiske anvendelser: Mekaniske drivaksler, teleskopiske robotarme, buede udstyrshuse og mekaniske strukturer forstærket med kompositmaterialer.

5. Strip/filament MMO-anoder

Stripanoder bruger titanstrimler som basismateriale med en bredde på 10 mm ~ 50 mm, en tykkelse på 0.5 mm ~ 1 mm og en længde på op til 100 m/rulle; filamentanoder bruger titantråd med en diameter på 0.5 mm ~ 2 mm, leveret i ruller.

Kernefordele: Lang længde, kontinuerlig lægningskapacitet, høj installationseffektivitet, egnet til lineære mekaniske strukturer over lange afstande (såsom rørledninger og jernbaner) og relativt lave omkostninger.

Strukturelle egenskaber: Titanstrimlen/filamentet er meget fleksibelt og kan bøjes med deformation af den mekaniske struktur; belægningen er tynd og tæt, hvilket resulterer i høj strømledningseffektivitet.

Installation: Lægges langs den mekaniske strukturs længde, fastgjort til overfladen eller indlejret i riller, egnet til kontinuerlige korrosionsbeskyttelseskrav.

Typiske anvendelser: Indvendige vægge i transportrørledninger, mekaniske jernbaner, beskyttelsesmuffer til langdistancekabler og kontinuerligt produktionsudstyr.

6. Belægning med højt rutheniumindhold (RuO₂ overvejende, 60%~80%)

Kerneegenskaber: Lavt klorudviklingspotentiale (ca. 1.1 V vs. Ag/AgCl), stærk katalytisk aktivitet, høj strømeffektivitet (≥95 %), egnet til miljøer med højt klorindhold.

Typiske anvendelser: Marinemaskiner, klorholdigt industrielt spildevandsrensningsudstyr, kystnære maskinstrukturer.

7. Belægning med højt iridiumindhold (IrO₂ overvejende, 50%~70%)

Kerneegenskaber: Lavt iltudviklingspotentiale (ca. 1.4 V vs. Ag/AgCl), fremragende stabilitet, syre- og alkaliresistens, høj temperaturresistens (≤150 °C), ekstremt lav korrosionshastighed (≤0.01 mg/A・år).

Typiske anvendelser: Maskiner i stærke syre-/alkalimiljøer, industrielt udstyr med høj temperatur, korrosionsbeskyttelse af præcisionsmaskiner.

8. Ruthenium-iridium-kompositbelægning (RuO₂ + IrO₂, forhold 3:7~7:3)

Kerneegenskaber: Balancerer klor-/iltudviklingsaktiviteten, kombinerer korrosionsbestandighed og stabilitet, er velegnet til forskellige komplekse miljøer, hvilket gør den til den mest alsidige belægningstype.

Typiske anvendelser: Generel korrosionsbeskyttelse af maskiner, multimediekontaktudstyr, udendørs mekaniske strukturer.

9. Titaniumkompositbelægning (TiO₂ + RuO₂/IrO₂, TiO₂-indhold 30%~50%)

Kerneydelse: Relativt lav pris, høj mekanisk styrke, stærk belægningsvedhæftning, egnet til lav strømtæthed, langvarige korrosionsbeskyttelsesscenarier.

Typiske anvendelser: Generelle industrimaskiner, udstyr i miljøer med lav korrosion, masseproducerede maskiner til generelle formål.

Working Princip

Kernen i korrosionsbeskyttelsen for den påtrykte strøm ICCP MMO-anode er at hæmme den oxidative korrosionsreaktion i den mekaniske struktur gennem en elektrokemisk katodisk beskyttelsesmekanisme. Under drift skal den danne et komplet lukket kredsløbssystem med ensretteren, den beskyttede mekaniske struktur og referenceelektroden. Det specifikke princip er som følger:

Korrosion af metalstrukturer er i bund og grund en anodisk oxidationsreaktion (metallet mister elektroner og danner opløselige ioner): M → Mⁿ⁺ + ne⁻ (M er metalmatricen, såsom stål, aluminium eller kobber). ICCP-systemet tvinger elektroner fra en ekstern strømkilde, hvilket gør den beskyttede mekaniske struktur til katoden og derved hæmmer oxidationsreaktionen. MMO-anoden, der fungerer som systemets anode, gennemgår en oxidationsreaktion, hvorved strøm frigives. Den specifikke reaktionstype afhænger af miljømediet:

1. Miljø med højt klorindhold (havvand, klorholdige industrielle medier): Den dominerende reaktion er oxidation af kloridioner til klorgas (ikke-giftigt biprodukt). Reaktionen er yderst effektiv, uden faste aflejringer, der tilstopper anoden: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. Kompositbelægninger med højt ruthenium- eller ruthenium-iridiumindhold kan reducere kloridudviklingspotentialet betydeligt, forbedre reaktionseffektiviteten og reducere energiforbruget.

2. Neutralt/alkalisk miljø (ferskvand, jord, svagt alkaliske medier): Den dominerende reaktion er oxidation af vand til ilt- og hydrogenioner. Reaktionen er mild og påvirker ikke det omgivende miljø: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Højiridiumbelægninger har fremragende katalytisk aktivitet med iltudvikling og er egnede til langvarig drift i sådanne miljøer.

3. Surt miljø (stærkt surt medium, industrielt surt spildevand) Reaktionen er hovedsageligt baseret på oxidation af vand, samtidig med at den er kompatibel med ioniske reaktioner i sure medier. Den høje iridiumbelægning kan modstå stærk syrekorrosion og opretholde en stabil strømstyrke: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.