MMO titaniumanode til broer

Broer, som centrale knudepunkter i transportinfrastrukturen, er afgørende for en stabil drift af transportnetværk og offentlig sikkerhed. Under den langvarige erosion af det naturlige miljø og belastninger er korrosion blevet den primære trussel mod broernes strukturelle integritet. Kystbroer står over for vedvarende erosion fra kraftig saltsprøjt og tidevandsnedsænkning. Indlandsbroer modstår de kombinerede virkninger af industrielle forurenende stoffer, sur regn og jordelektrolytter, hvilket fører til hyppige problemer såsom stålkorrosion og betonkarbonisering og afskalning.

Traditionelle korrosionsbeskyttende metoder, såsom belægninger og offeranoder, har betydelige begrænsninger: belægninger er modtagelige for svigt på grund af konstruktionsfejl eller ydre skader. Offeranoder (såsom aluminium- og zinkanoder) har en kort levetid (typisk 5-8 år) og ustabil strømafgivelse, hvilket gør dem ude af stand til at opfylde de århundrede lange driftskrav til broer med lange spændvidder. På denne baggrund... MMO titanium anoder (titanbaserede metaloxidbelagte anoder) er med deres kernefordele såsom dimensionsstabilitet, lang levetid og høj strømeffektivitet blevet en vigtig teknologisk støtte til langsigtet beskyttelse mod brokorrosion.

MMO-titaniumanoden er baseret på industrielt rent titanium og belagt med en blandet belægning af ædelmetaloxider såsom iridium, ruthenium og tantal. Som kernekomponenten i det katodiske beskyttelsessystem mod påtrykt strøm kan den tilpasse sig en række komplekse miljøer såsom havvand, jord og ferskvand.

Funktionsprincip for MMO-titananoder

Anvendelsen af ​​MMO-titaniumanoder i korrosionsbeskyttelse af broer er baseret på katodisk beskyttelsesteknologi drevet af påtrykt strøm. Denne elektrokemiske proces ændrer broens metalstrukturs (primært stålstænger og -pæle) potentiale til at hæmme korrosionsreaktioner.

(I) Katodisk polarisering

Korrosion af stålbrokonstruktioner er i bund og grund en redoxreaktion, der forekommer på metaloverfladen: jern (Fe) mister elektroner og danner jernioner (Fe²⁺). Dette er kendt som den anodiske reaktion (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻). Elektroner strømmer gennem metalmatricen til katodeområdet, hvor de kombineres med ilt og vand og danner hydroxidioner (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻), hvilket i sidste ende danner rust (Fe(OH)₃).

Funktionen af ​​MMO-titaniumanoden er at tvinge denne reaktion til at ændre retning ved hjælp af en ekstern jævnstrømsforsyning: strømforsyningens positive terminal er forbundet til MMO-titaniumanoden, og den negative terminal er forbundet til broens stålkonstruktion. Når den tilsluttes strøm, frigiver MMO-titaniumanoden elektroner, der bliver strømudgangsterminalen. Elektroner strømmer gennem elektrolytmiljøet (havvand, jord, betonporevæske) til stålkonstruktionens overflade, hvilket får den til at optage overskydende elektroner og undergå katodisk polarisering. Stålkonstruktionens overfladepotentiale falder til under -0.85 V (i forhold til en Cu/CuSO₄-referenceelektrode). På dette tidspunkt undertrykkes metallets oxidationsreaktion, hvor elektroner går tabt, og korrosionen ophører.

(II) Anodisk katalyse

MMO-belægningens katalytiske aktivitet er nøglen til at sikre effektiv systemdrift. I forskellige medier katalyserer belægningen specifikke oxidationsreaktioner: I kloridholdige miljøer såsom havvand, ruthenium-iridium Belægningen katalyserer omdannelsen af ​​kloridioner (Cl⁻) til klorgas (2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻); i jord og ferskvand katalyserer iridium-tantalbelægningen omdannelsen af ​​vandmolekyler til ilt (2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻). Disse reaktioner frigiver effektivt elektroner, hvilket sikrer, at anoden opretholder et stabilt potentiale selv ved høje strømtætheder, hvilket forhindrer polarisering i at forårsage henfald af beskyttelsesstrømmen.

MMO titaniumanodetyper

Baseret på broers strukturelle egenskaber (såsom stålpæle, betonbjælker og pyloner) og driftsmiljøet (havvand, jord eller ferskvand) er MMO-titaniumanoder blevet klassificeret i fire hovedtyper.

(I) Lineær MMO titaniumanode

Lineære anoder er den mest almindeligt anvendte type til beskyttelse mod brokorrosion. De består af et titaniumtrådsubstrat (1.5-3.0 mm diameter), en MMO-belægning og en ydre beskyttende kappe. Hjælpematerialer såsom ledende polymerer og aktivt kul bruges til at skabe et fleksibelt og bøjeligt anodesystem. Belægningen er en iridium-tantal (IrO₂/Ta₂O₅) belægning, egnet til forskellige miljøer såsom jord, ferskvand og brakvand. Dens beskyttelsesradius kan nå 3-5 meter. De er begravet i jorden omkring bropillefundamenter eller viklet omkring stålpæle på offshorebroer.

(II) Rørformede MMO-titananoder

Baseret på et industrielt rent titaniumrør (10-50 mm diameter), er den indre eller ydre overflade belagt med en MMO-belægning. Disse anoder tilbyder høj styrke og slagfasthed, hvilket gør dem velegnede til at beskytte bropiller i barske miljøer. Belægningen bruger en ruthenium-iridium-belægning (IrO₂/RuO₂/TiO₂), som prioriterer klorudvikling. En iridium-tantal-belægning bruges til forbedret korrosionsbestandighed i jordmiljøer. Den bruges som anode til dybvandsbropiller og begraves lodret i havslam eller flodlejer.

(III) Strip MMO titaniumanode

Strip-anoden er lavet af et titaniumbåndsubstrat (6.35-12.7 mm bredt, 0.635 mm tykt) belagt med en MMO-belægning, hvilket gør den nem at anvende over store områder. Den ensartede iridium-tantalbelægning giver enestående korrosionsbestandighed og viser ingen væsentlig slitage efter en 5000-timers accelereret korrosionstest. Det store overfladeareal muliggør en mere ensartet strømfordeling og en levetid på op til 50 år. Den installeres inde i betonbrokassebjælker eller ved foden af ​​piller for at beskytte tæt fordelt stålnet.

(IV) Stang MMO Titanium Anode

Stanganoden er en massiv titanstang (3.2-25 mm diameter). En ruthenium-iridium-belægning bruges til havvandsmiljøer. Iridium-tantal-belægninger bruges til ferskvands-/jordmiljøer. En stanganode med en diameter på 25 mm har en nominel strøm på op til 44.1 A/m i havvand. Den bruges i områder med høj korrosionsrisiko, såsom brobunde og samlinger i stålkonstruktioner.

Titanium anvender et titansubstrat med høj renhed på over 99.9%. Dets udmattelsesstyrke er øget med 40%, hvilket gør det mindre modtageligt for deformation og revner i komplekse stressmiljøer såsom jordkompression og påvirkning fra havvand. Belægningen anvender en gradientbelægningsteknologi: en gradientfordeling af ruthenium, iridium og tantal forbedrer bindingsstyrken mellem belægning og substrat til over 50 MPa. Ved en høj strømtæthed på 15 A/dm² er belægningstabet så lavt som 1 mg/Aa, hvilket forlænger levetiden med 50% sammenlignet med brancheførende produkter – op til 40 år i jord og 25 år i havvand.