評判の高い犠牲陽極カソード保護工場 - Wstitanium
Wstitaniumは、主にマグネシウム、亜鉛、アルミニウムを主体とした陰極防食用犠牲陽極を製造しています。これらの製品は、多くの主要分野で広く利用されています。エネルギー分野では、石油・ガスパイプラインや海上プラットフォームの安全な運用を保証しています。運輸分野では、船舶や橋梁基礎の腐食防止に役立っています。都市建設分野では、都市の上下水道パイプラインを保護しています。信頼性の高い製品品質とカスタマイズされたソリューションにより、Wstitaniumは着実にグローバル市場での地位を確立し、顧客基盤を拡大し続けています。世界30カ国以上の多くのお客様から、金属設備の腐食速度を低下させ、耐用年数を延ばし、メンテナンスとコストを大幅に削減する優れた製品性能が高く評価されています。
犠牲陽極の動作原理
犠牲陽極の動作原理は電気化学セルの動作原理に似ています。
ガルバニ電池を作成する
電解質環境において、より負の電位を持つ金属（亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなど）を保護された金属構造に接続します。2つの金属の電位差により、両者の間に電位差が生じ、ガルバニ電池が形成されます。より負の電位を持つ金属が陽極となり、保護された金属構造が陰極となります。
陽極腐食溶解
ガルバニ電池反応では、陽極は酸化反応を起こし、継続的に電子を失い、電解液に溶解します。鉄骨構造物を保護する犠牲陽極として亜鉛を例にとると、亜鉛陽極の反応は次のようになります。 Zn - 2e - =Zn2 +。
カソードは保護されている
陽極で失われた電子は電線を通して陰極に流れ、陰極金属表面に電子過剰を発生させ、陰極金属の酸化反応を抑制し、陰極金属を保護します。鋼構造物を陰極として使用すると、水中の溶存酸素が陰極表面で電子を得て、次のような還元反応を起こします。 O2,war+2H2,warO+4e - =4OH - 鉄が電子を失って腐食する代わりに、
犠牲陽極の利点
と比べて 印加電流陰極保護 （ICCP）犠牲陽極は外部電源を必要とせず、小規模または分散型構造に適しています。ICCPは外部電源を必要としますが、保護距離が長く、電流を調整できるため、大規模プロジェクトに適しています。合理的な設計と材料選択により、犠牲陽極は多くのシナリオにおいて効率的かつ経済的な長期保護を提供できます。
自発的な保護
外部電源や複雑な機器を必要とせず、保護対象の金属との電位差を利用して電流を生成します。
広く適用可能なシナリオ
特に、遠隔地、電源のない環境（埋設パイプライン、海上プラットフォームなど）、メンテナンスが困難な機器に適しています。遠隔地の埋設パイプラインなど。
均一な保護
保護対象金属の表面に保護電流をより均一に供給することができ、複雑な形状、隙間、行き止まりのある金属構造にも優れた保護を提供できます。
長期的な経済効率
初期投資が少なく、特に小規模または散在する保護対象に適しています。
簡単インストール
複雑な回路設計をすることなく、陽極を保護対象の金属に直接接続するだけです (溶接、ボルト締め)。
カスタム犠牲陽極カソード保護サービス
中国における主要な陰極防食ソリューションプロバイダーであるWstitaniumは、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム合金の犠牲陽極の研究開発と製造に注力しています。ISO 9001/14001認証システムに基づき、国際規格ASTM B418（マグネシウム合金）、ASTM B416（亜鉛合金）、GB/T 4950（アルミニウム合金）に準拠しています。
犠牲陽極材料
犠牲陽極材料の選択は製造プロセス全体の基礎であり、製品の性能と寿命に直接関係します。アルミニウム、マグネシウム、亜鉛などの高純度金属を基本原料として選択します。例えば、アルミニウム陽極を製造する場合は、純度99％以上のアルミニウムインゴットを使用します。同時に、亜鉛やインジウムなどの必要な合金元素を準備します。これらの合金元素の純度も、陽極の電気化学的性能を確保するために、対応する基準を満たす必要があります。結晶粒微細化剤、フラックスなど、陽極性能を向上させる添加剤も準備します。
マグネシウム犠牲陽極
マグネシウム犠牲陽極は駆動電位が高く、開路電位は-1.55V（飽和硫酸銅参照電極を基準として、以下同じ）以上で、強力な保護電流を提供できます。密度は約1.74g/cm³と小さく、輸送や設置が容易です。マグネシウム陽極は、淡水、湿潤土壌など、土壌抵抗率の高い環境に適しており、埋設パイプライン、地下貯蔵タンクなどの陰極保護によく使用されます。しかし、マグネシウム陽極の電流効率は比較的低く、通常50％～70％です。これは、陽極の消費プロセス中に、電流の一部が保護金属の保護に使用されず、他の副反応が発生することを意味します。
亜鉛犠牲陽極
亜鉛犠牲陽極の電位は比較的低く、開路電位は約-1.10Vですが、電流効率は高く、通常90%以上です。亜鉛陽極は均一に溶解し、腐食生成物は環境に優しく、土壌や水質を汚染しません。海水や低抵抗土壌などの環境に適しており、海洋工学、船舶、港湾施設などの陰極防食に広く使用されています。亜鉛陽極の密度は約7.14g/cm³と比較的高いため、重量要件が厳しい用途には適さない場合があります。
アルミニウム犠牲陽極
アルミニウム犠牲陽極は、密度が低い（約2.7g/cm³）ことと理論容量が大きいことが特徴です。開放電位は一般的に-1.05V～-1.15Vです。アルミニウム陽極は海水中での性能が良好で、安定した保護電流を提供し、長寿命です。特に、海洋石油プラットフォームや海底パイプラインなど、海洋環境における大型金属構造物に適しています。しかし、アルミニウム陽極の製造工程は比較的複雑であり、原材料の純度と合金組成を高く設定する必要があります。そうでないと、性能が不安定になるという問題が生じやすくなります。
犠牲陽極材料の選定にあたっては、Wstitaniumがお客様の具体的なニーズと適用環境に基づき、包括的な評価を実施いたします。例えば、埋設パイプラインプロジェクトにおいて、土壌抵抗率が高い場合はマグネシウム系犠牲陽極が適しています。一方、オフショアプラットフォームプロジェクトの場合は、アルミニウム系犠牲陽極がより良い選択肢となります。同時に、材料コストや供給安定性といった要素も考慮し、最も費用対効果の高い製品をご提供いたします。
補助材料
製造工程では、犠牲陽極材自体に加えて、いくつかの補助材料も必要です。これらの材料の使用量は比較的少量ですが、製品の品質に重要な役割を果たします。
フィラー
充填剤は主に犠牲陽極を包むために使用され、陽極の作業環境を改善し、陽極の電流効率と寿命を向上させる役割を果たします。一般的な充填剤には、石膏粉末、ベントナイト、硫酸ナトリウムなどがあります。例えば、石膏粉末は硫酸イオンを供給し、陽極の溶解反応を促進します。ベントナイトは優れた吸水性と保水性を備えており、陽極の水分を保持し、導電性を向上させます。
ワイヤー
犠牲陽極と保護金属を接続するために電線が用いられます。銅は導電性と耐腐食性に優れているため、一般的には銅または銅合金が用いられます。電線の断面積は、陽極の動作電流と使用環境に応じて選定され、長期使用による過熱や腐食による保護効果の低下を防ぎます。特殊なケースでは、漏電を防止するために電線を絶縁する必要があります。
シーリング
シーリング材は、電線と陽極間の接続部を保護し、湿気や酸素などの腐食性媒体の侵入を防ぎ、接続部の信頼性に影響を与えるのを防ぎます。一般的なシーリング材には、エポキシ樹脂や熱収縮チューブなどがあります。エポキシ樹脂は優れた接着性と耐薬品性を備え、強固なシーリング層を形成できます。熱収縮チューブは加熱によって収縮し、接続部をしっかりと包み込むことで、防水性と絶縁性を発揮します。
犠牲陽極製造プロセス
選択された犠牲陽極の種類に応じて、様々な原材料が正確に添加されます。マグネシウム陽極の場合、主原料はマグネシウムインゴットですが、陽極の性能を向上させるために、アルミニウム、亜鉛、マンガンなどの合金元素を添加する必要がある場合があります。これらの合金元素の添加量は厳密に管理する必要があり、誤差は通常±0.05%以内に抑えられています。原材料は検査され、純度と品質が要求を満たしていることを確認しています。例えば、マグネシウムインゴットの純度は99.9%以上である必要があります。
融解
製錬工程では、温度、時間、撹拌速度などのパラメータを厳密に制御する必要があります。マグネシウム陽極を例にとると、製錬温度は通常720℃～750℃に制御されます。温度が低すぎると原料の溶融が不完全になり、合金組成の均一性に影響を及ぼします。一方、温度が高すぎるとマグネシウム液の酸化が促進され、生産コストが増加します。製錬工程では、マグネシウム液を継続的に撹拌し、合金元素を完全に溶解させて均一に分散させる必要があります。撹拌速度は通常100r/min～150r/minに制御され、撹拌時間は炉の容量と原料の総量によって決まり、通常は30分～60分です。
製錬工程におけるマグネシウム溶湯の酸化を抑制するため、通常、アルゴンなどの保護ガスが炉内に導入されます。保護ガスはマグネシウム溶湯の表面に保護膜を形成し、酸素がマグネシウム溶湯と接触するのを防ぎ、酸化損失を低減します。同時に、ヘキサクロロエタンなどの精製剤をマグネシウム溶湯に添加することで、マグネシウム溶湯中の不純物やガスを除去し、マグネシウム溶湯の品質を向上させることができます。
製錬後、マグネシウム溶湯を予め用意された鋳型に流し込み、鋳造します。鋳型の設計は、犠牲陽極の形状とサイズによって異なります。一般的な鋳型には、砂型、金型、ダイカスト型などがあります。砂型はコストが低く、形状が単純で少量生産の陽極製造に適しています。金型は生産効率が高く、鋳造品の寸法精度も高いですが、コストが高くなります。砂型は複雑な形状の陽極や大量生産の陽極製造に適しており、ダイカスト型は航空宇宙分野で使用されるような高精度・高性能な犠牲陽極の製造に適しています。
鋳造工程では、鋳造温度、鋳造速度、冷却速度などのパラメータを制御する必要があります。鋳造温度は通常、製錬温度よりわずかに低く、鋳造工程中にマグネシウム溶湯に過剰な酸化スケールが発生しないように、700℃～720℃に制御されます。鋳造速度は適度にする必要があります。鋳造速度が速すぎると、鋳型内の空気が適切に排出されず、気孔が発生します。一方、鋳造速度が遅すぎると、マグネシウム溶湯が鋳型内で不均一に凝固し、鋳物の品質に影響を与えます。冷却速度も鋳物の組織と性能に大きな影響を与えます。一般的に、冷却には空冷または水冷が用いられます。空冷は鋳物の性能要件がそれほど高くない場合に適しており、水冷はより微細な結晶構造を実現し、鋳物の強度と靭性を向上させることができますが、鋳物の割れを防ぐために冷却速度を制御する必要があります。
機械加工
鋳造後、犠牲陽極ブランクは必要なサイズと形状に切断する必要があります。切断設備には、一般的に鋸引き機、プラズマ切断機、レーザー切断機が用いられます。鋸引き機は厚い陽極の切断に適しており、切断精度は通常±1mm程度です。プラズマ切断機は切断速度が速く、様々な形状の陽極の切断に適していますが、切断面には一定の熱影響部が生じます。レーザー切断機は±0.1mmの高い切断精度を誇り、寸法精度が求められる陽極に適していますが、設備コストが高くなります。
切断工程では、陽極の材質や厚さに応じて、切断速度や切断電流などの適切な切断パラメータを選択する必要があります。同時に、切断面の洗浄、切断工程中に発生した酸化スケールや不純物の除去、そして後続加工の円滑な進行を確保することにも留意する必要があります。
研削と研磨
切断後、陽極表面にバリ、酸化スケール、凹凸が生じる場合があり、これらを研磨して陽極表面品質を向上させる必要があります。研磨では、一般的に砥石グラインダーを使用し、異なる粒径の砥石で陽極表面を研削・微研磨して表面欠陥や不純物を除去します。研磨では、研磨機を使用し、研磨ペーストまたは研磨液を使用して陽極表面を微加工し、陽極表面が必要な仕上がりになるようにします。船舶用陽極など、表面品質が求められる陽極の中には、海水中での陽極の抵抗を低減するために鏡面研磨が必要なものもあります。
脱脂
機械加工後、犠牲陽極表面には油や切削液などの不純物が残ります。これらの不純物は、後続のコーティングの密着性や保護効果に影響を与えるため、脱脂が必要です。脱脂方法は一般的に化学脱脂と超音波脱脂の2種類があります。化学脱脂は、脱脂剤を含む溶液に陽極を浸漬し、化学反応によって表面の油分を除去します。超音波脱脂は、超音波のキャビテーション効果を利用して脱脂剤をより効果的に油分に浸透させ、陽極表面から油分を除去します。
酸洗
脱脂後、陽極表面には酸化膜や錆が残っている場合があります。これらの不純物を除去し、陽極表面の活性を高めるために、酸洗を行う必要があります。酸洗液には、一般的に硫酸、塩酸、リン酸などの酸性溶液が用いられます。陽極の材質や表面状態に応じて、適切な酸濃度と酸洗時間を選択します。酸洗工程では、温度と運転条件の管理に注意し、過剰な酸洗によって陽極表面が腐食しないようにする必要があります。酸洗が完了したら、残留酸を除去するために、陽極表面をきれいな水で洗い流す必要があります。
アセンブリ
表面処理された犠牲陽極を電線に接続します。接続方法には、一般的に溶接、リベット接合、圧着接合があります。溶接は最も一般的に使用される接続方法であり、接続が強固で導電性に優れているという利点があります。溶接を行う際には、電線と陽極間の接続品質を確保するために、適切な溶接材料と溶接プロセスを選択する必要があります。海上石油プラットフォームの陰極防食システムなど、導電性に対する要求が高い場合は、通常、銅溶接または銀溶接で接続します。リベット接合と圧着接合は、接続強度が高くない場合に適しています。操作は比較的簡単ですが、導電性は溶接ほど良くありません。
電線接続が完了したら、接続部を密閉する必要があります。これにより、湿気や酸素の侵入を防ぎ、接続部の信頼性を損ないます。密閉材として、一般的にエポキシ樹脂や熱収縮チューブなどが用いられます。まず、接続部にエポキシ樹脂を塗布し、次に熱収縮チューブで接続部を覆い、熱収縮チューブを加熱して収縮させ、接続部をしっかりと包み込むことで、良好な密閉層を形成します。
犠牲陽極品質検査
原材料調達において、Wstitaniumは原材料の各バッチを厳格に検査し、品質が要件を満たしていることを確認します。検査項目には、化学組成分析、物理的特性試験などが含まれます。化学組成分析では、分光計などの高度な機器を用いて原材料中の様々な元素の含有量を正確に検出し、原材料の化学組成が適格かどうかを判断します。物理的特性試験には、密度、硬度、引張強度などの指標の試験が含まれます。これらの指標を試験することにより、原材料の物理的特性が生産要件を満たしているかどうかを評価します。
溶解工程検査
製錬工程では、マグネシウム溶湯の化学組成を定期的にサンプリングし、合金組成が設計要件を満たしていることを確認します。同時に、マグネシウム溶湯の製錬状態、例えばスラグ介在物や気泡などの欠陥の有無を観察し、適切なタイミングで対策を講じます。例えば、マグネシウム溶湯にスラグ介在物が見つかった場合は、スラグ介在物が鋳物に混入するのを防ぐため、速やかにスラグ除去を行います。
鋳造工程検査
鋳造が完了した後、鋳物は目視検査を行い、気孔、砂穴、引け巣などの欠陥の有無を確認します。欠陥のある鋳物は、欠陥の程度に応じて修理または廃棄されます。同時に、鋳物の寸法を測定し、設計要件を満たしていることを確認します。寸法測定には、ノギスやマイクロメーターなどの測定工具を使用します。主要な寸法については、測定精度を±0.1mm以内に管理する必要があります。
機械加工工程検査
機械加工工程では、切断、研削、穴あけなどの加工品質を検査します。切断面が平滑であるか、研削後の表面仕上げが要求を満たしているか、穴あけ穴の位置とサイズが正確であるかを確認します。要求を満たさない加工部品については、適時に手直しを行い、各加工部品の品質が基準を満たすようにします。
表面処理工程検査
表面処理が完了した後、陽極の表面品質を検査します。脱脂が徹底されているか、酸洗後の表面に酸化膜や錆が残留していないか、不動態皮膜の色と厚さが均一かどうかなどを確認します。これらの検査項目を通じて、陽極の表面処理品質が要求を満たしていることを確認し、その後の組み立てと使用を保証します。
犠牲陽極の数の決定
犠牲陽極の種類によって消費量は異なります。例えば、亜鉛系犠牲陽極の消費量は約1.1kg/(A・a)、アルミニウム系犠牲陽極の消費量は約0.5kg/(A・a)、マグネシウム系犠牲陽極の消費量は約2.0kg/(A・a)です。犠牲陽極システムを設計する際には、陽極の種類と想定される保護期間に基づいて、陽極の消費質量を計算する必要があります。
陽極質量
陽極出力電流と消費率に基づいて、保護期間内の陽極10個に必要な質量（m）は、m = I×t×rで計算できます。ここで、Iは陽極出力電流、tは保護期間、rは陽極消費率です。例えば、0.5年間の保護期間が必要で、陽極出力電流が0.5Aの亜鉛系犠牲陽極システムの場合、陽極10個に必要な質量は、m = 1.1A×5.5a×XNUMXkg/(A・a) = XNUMXkgとなります。
陽極の数
陽極の数を決定する際には、保護対象金属の表面積、構造形状、陽極分布の均一性といった要素を考慮する必要があります。陽極の数は、保護対象金属の表面積と陽極100個あたりの有効保護面積に基づいて事前に推定されます。例えば、表面積5m²の金属貯蔵タンクの場合、亜鉛系犠牲陽極100個あたりの有効保護面積は5m²であり、必要な陽極の数は20m²÷XNUMXm²＝XNUMX個となります。
犠牲陽極の応用
重要な防食方法として、犠牲陽極は多くの分野で重要な役割を果たしています。これは電気化学的腐食の原理に基づいています。より負の電位を持つ金属を接続することで、保護された金属が陰極となり、腐食プロセスを抑制します。
海洋プラットフォームは長期間にわたり過酷な海洋環境下に置かれ、海水腐食、波浪の影響、海洋生物の付着など、様々な要因の影響を受けます。大型海洋石油生産プラットフォームを例に挙げると、ジャケット、杭脚などの各部に多数のアルミニウム製犠牲陽極が設置されています。これらの陽極は、プラットフォームの構造特性と海水腐食に応じて合理的に配置され、プラットフォームの鉄骨構造を効果的に保護します。長年の運用を経て、プラットフォームの腐食速度は大幅に抑制され、プラットフォームの安全で安定した運用が確保され、腐食によるメンテナンスや交換コストが削減されています。
海底パイプライン
海底パイプラインは海洋石油・ガス資源輸送の重要な経路であり、その腐食対策は極めて重要です。海底石油パイプラインプロジェクトでは、亜鉛系犠牲陽極を用いて保護しています。パイプラインに沿って一定の距離を置いて複数の犠牲陽極を設置することで、海水中におけるパイプラインの完全な保護を確保しています。同時に、遠隔監視システムを用いてパイプラインの電位と陽極の動作状況をリアルタイムで監視し、潜在的な問題を早期に発見・対処しています。長期運用後も海底パイプラインの腐食状況は良好で、腐食による漏洩などの事故は発生していません。
商船
大型コンテナ商船は、長期間の海水浸漬により船体が腐食しやすいため、船体を保護するために、船体喫水線下に亜鉛系犠牲陽極を均一に設置しています。これらの陽極は船体を保護するだけでなく、海水バルブ、海水冷却器など、船体上の各種補機類も保護します。船舶の航行中は、定期的に陽極の消耗状況を点検し、摩耗が激しい陽極は実際の状況に応じて適時に交換します。これにより、船体の腐食速度が大幅に低下し、船舶のメンテナンスサイクルが延長され、船舶の運航効率が効果的に向上し、全体的な運航コストが削減されます。
軍艦
軍艦は特殊な使用環境と戦闘ニーズのため、耐腐食性能に対する要求が極めて高い。新型駆逐艦では、船体保護に従来の亜鉛系犠牲陽極に加え、推進システムのプロペラや軸系などの主要部品に特殊な高活性犠牲陽極が使用されている。これらの部品は航行中に複雑な応力と高速水流にさらされるため、腐食リスクがより高い。特殊陽極は過酷な条件下でも継続的かつ安定的に作動し、主要部品を確実に保護することで、様々な複雑な海況下でも軍艦が良好な性能と戦闘力を維持できるようにする。
石油パイプライン
長距離石油パイプラインは、砂漠、塩性アルカリ性土壌など、地質条件の異なる地域を通過します。地域によって土壌抵抗率と腐食性が異なるため、マグネシウム系と亜鉛系の犠牲陽極がそれぞれ選定されました。土壌抵抗率の高い砂漠地帯では、マグネシウム系犠牲陽極がその高い駆動電位特性を活かしてパイプラインに十分な保護電流を供給します。一方、亜鉛系犠牲陽極は、塩性アルカリ性土壌など、腐食が強いものの抵抗率が比較的低い地域に設置されます。適切な陽極の選択と配置により、パイプラインは土壌腐食から効果的に保護され、原油の安全輸送が確保されるとともに、パイプラインの腐食や漏洩による環境汚染や経済的損失が軽減されます。
都市給水パイプライン
都市の給水システムでは、地下に埋設された鋳鉄管が広く使用されています。都市の複雑な土壌環境、様々な汚染物質や微生物の存在により、管路は腐食しやすい状態にあります。ある都市の給水管改修プロジェクトでは、新旧の管路に犠牲陽極保護対策が採用されました。亜鉛系犠牲陽極を管路に沿って一定間隔で設置し、防錆コーティングと組み合わせることで、二重の保護システムを構築しています。管路電位と水質は定期的に検査され、陽極が正常に機能し、水質を汚染しないことを確認しています。これにより、給水管の耐用年数が延長され、都市の給水システムの安定性と安全性が保証されています。
結論
マグネシウム、亜鉛、アルミニウムは、一般的な犠牲陽極材料です。マグネシウム陽極は負電位を有し、高抵抗環境に適していますが、自己腐食が激しく、コストも高くなります。亜鉛陽極は海水中での電流効率が高く、価格も手頃で、広く使用されています。アルミニウム系陽極は軽量で大容量であるため、重量要件のある用途では明らかな利点があります。設計時には、保護電流を正確に計算し、陽極の数、サイズ、配置分布を決定する必要があります。設置前に表面処理や品質検査などの準備を行い、溶接やボルト締めなどの適切な方法を用いて、信頼性の高い電気接続と良好な絶縁を確保する必要があります。
運用中は、電位、電流、陽極消費量などのパラメータを監視することで、不具合を迅速に診断・対処します。定期メンテナンスには点検、陽極交換などが含まれ、記録と報告書が保管されます。海上プラットフォームから埋設パイプラインまで、犠牲陽極は様々なプロジェクトで効果的に活用され、施設の安全性を確保し、メンテナンスコストを削減しています。今後、材料の研究開発、設計の最適化、インテリジェントな監視・メンテナンス技術の発展により、犠牲陽極はより多くの分野でより効率的で信頼性の高い防食を実現し、インフラの長期的かつ安定した運用に貢献するでしょう。
