Katodisk beskyttelse med påtrykt strøm for mekanisk

I produksjons-, infrastruktur- og avansert utstyrssektorer er korrosjon av mekaniske konstruksjoner fortsatt en kritisk flaskehals som begrenser utstyrets levetid. Imponerte nåværende katodisk beskyttelse (ICCP)-systemer har, som en aktiv korrosjonsbeskyttelsesteknologi, blitt en kjerneløsning for korrosjonsbeskyttelse av mekaniske strukturer. Innenfor ICCP-systemer, blandede metalloksid (MMO) anoder har overlegen elektrokjemisk ytelse, ultralang levetid og utmerket mekanisk stabilitet.

MMO-anoder er funksjonelle elektroder dannet ved å belegge et titansubstrat med et komposittbelegg av metalloksider som rutenium (Ru), iridium (Ir) og titan (Ti). Dette belegget har høy katalytisk aktivitet, lavt oksygen-/klorutviklingspotensial og sterk korrosjonsbestandighet, noe som gir kontinuerlig og jevn katodisk beskyttelse for mekaniske konstruksjoner selv under ekstreme driftsforhold.

MMO-anoder klassifiseres primært basert på struktur, belegg og anvendelse. Ulike typer anoder varierer i størrelse, ytelse og installasjon for å møte de ulike behovene innen mekanisk korrosjonsbeskyttelse.

1. Rørformede MMO-anoder

Rørformede anoder er den mest brukte typen innen mekanisk korrosjonsbeskyttelse. De bruker titanrør som substrat, med en ytre diameter som vanligvis varierer fra 12 mm til 25 mm, en lengde fra 1 m til 3 m og en beleggtykkelse fra 20 μm til 50 μm.

Kjernefordeler: Stort overflateareal, jevn strømfordeling, høy mekanisk styrke, fleksibel installasjon; kan brukes individuelt eller i serie/parallell for å danne et anodelag; egnet for ulike miljøer som jord og under vann.

Strukturelle egenskaper: Titanrørsubstratet har en veggtykkelse på 1 mm til 2 mm, noe som kombinerer fleksibilitet og stivhet, slik at det kan bøyes for å tilpasses komplekse installasjonsrom; belegget fester seg godt til underlaget og løsner ikke lett.

Installasjon: Vertikalt/horisontalt installert i jord via boring, med petroleumskoksfylling for å redusere kontaktmotstand; direkte nedsenket under vann eller festet til overflaten av mekaniske konstruksjoner; egnet for dype brønner (dybde > 10 m).

Typiske bruksområder: Langdistanserørledninger, chassis for tekniske maskiner, mekaniske konstruksjoner for offshore-plattformer, underjordiske mekaniske anlegg.

2. Stavformet MMO-anode

Stavformede anoder Bruk titanstenger som substrat, med en diameter på 6 mm ~ 16 mm og en lengde på 0.5 m ~ 2 m. Belegget dekker jevnt hele overflaten av stangen.

Kjernefordeler: Kompakt størrelse, lettvekt, praktisk transport og installasjon, egnet for plassbegrensede mekaniske konstruksjoner (som indre hulrom i utstyr, smale rør), høy strømtetthet og rask responshastighet.

Strukturelle egenskaper: Titanstangsubstratet har en strekkfasthet ≥450 MPa, er motstandsdyktig mot bøying og støt, har lav beleggporøsitet (≤5 %) og utmerket korrosjonsbestandighet.

Installasjon: Direkte festet til overflaten av mekaniske deler (via sveising eller boltforbindelse), eller innebygd i konstruksjonen, egnet for lokalisert korrosjonsbeskyttelse og forsterkning.

Bruksområder: Presisjonsmekaniske deler, hydrauliske systemkomponenter, små utstyrshulrom og korrosjonsbeskyttelse i interne ventiler.

3. Plate-/ark-MMO-anoder

Plateanoder Bruk titanplater som underlag, med en tykkelse på 0.8 mm ~ 2 mm. Størrelsene kan tilpasses (standardstørrelser 300 mm × 500 mm, 500 mm × 1000 mm). Belegg kan dekke begge sider eller én side.

Kjernefordeler: Glatt overflate, jevn strømutgang, egnet for store plane konstruksjoner, kan monteres direkte på mekaniske overflater uten å ta opp ekstra plass.

Strukturelle egenskaper: Titanplatesubstratet har god duktilitet og kan skjæres i alle former. Belegget fester seg tett til underlaget, noe som gir slitestyrke og ripebestandighet.

Installasjon: Festes til overflaten av mekaniske konstruksjoner (som utstyrsskall, tankbunnplater, mekaniske brokoblinger) ved hjelp av bolter eller klips, eller forhåndsinnstøpes i mekaniske betongfundamenter.

Bruksområder: Store maskinbaser, innervegger i tanker, mekaniske betongfundamenter og korrosjonsbeskyttelse for platevarmevekslere.

4. Netting/rutenett MMO-anode

Nettanoder bruke titantråd vevd inn i en nettstruktur, med tråddiametre fra 1 mm til 3 mm, maskestørrelser fra 10 mm × 10 mm til 50 mm × 50 mm, og beleggtykkelser fra 15 μm til 30 μm.

Kjernefordeler: Utmerket fleksibilitet, bøybar og sammenleggbar, stort overflateareal og jevn strømfordeling, egnet for uregelmessig formede mekaniske konstruksjoner (som buede overflater og komplekse hulrom).

Strukturelle egenskaper: Høy strekkfasthet for titantråd, god stabilitet i nettstrukturen og jevnt belegg på trådoverflaten, noe som forhindrer løsning på grunn av bøying.

Installasjon: Pakket rundt overflaten av mekaniske deler, innebygd i strukturelle hull eller forhåndsinnbygd i komposittmaterialer, tilpasningsdyktig til dynamiske mekaniske strukturer (som roterende aksler og teleskopiske komponenter).

Typiske bruksområder: Mekaniske drivaksler, teleskopiske robotarmer, buede utstyrshus og mekaniske strukturer forsterket med komposittmateriale.

5. Strip-/filament-MMO-anoder

Stripanoder bruker titanstrimler som basismateriale, med en bredde på 10 mm ~ 50 mm, en tykkelse på 0.5 mm ~ 1 mm og en lengde opptil 100 m/rull; filamentanoder bruker titantråd med en diameter på 0.5 mm ~ 2 mm, levert i ruller.

Kjernefordeler: Lang lengde, kontinuerlig leggingskapasitet, høy installasjonseffektivitet, egnet for lineære mekaniske konstruksjoner over lange avstander (som rørledninger og jernbaner), og relativt lav kostnad.

Strukturelle egenskaper: Titanstrimmelen/-filamentet er svært fleksibelt og kan bøye seg med deformasjon av den mekaniske strukturen; belegget er tynt og tett, noe som resulterer i høy strømledningseffektivitet.

Installasjon: Legges langs den mekaniske konstruksjonens lengde, festes til overflaten eller legges i spor, egnet for kontinuerlige korrosjonsbeskyttelseskrav.

Typiske bruksområder: Innervegger i transportrørledninger, mekaniske jernbaner, beskyttelseshylser for langdistansekabler og kontinuerlig produksjonsutstyr.

6. Belegg med høyt ruteniuminnhold (RuO₂-overveiende, 60 % ~ 80 %)

Kjerneegenskaper: Lavt klorutviklingspotensial (omtrent 1.1 V vs. Ag/AgCl), sterk katalytisk aktivitet, høy strømeffektivitet (≥95 %), egnet for miljøer med høyt klorinnhold.

Typiske bruksområder: Marint maskineri, klorholdig industrielt avløpsrenseutstyr, kystnære maskinkonstruksjoner.

7. Belegg med høyt iridiuminnhold (IrO₂-overveiende, 50 %–70 %)

Kjerneegenskaper: Lavt oksygenutviklingspotensial (omtrent 1.4 V vs. Ag/AgCl), utmerket stabilitet, syre- og alkaliresistens, høy temperaturbestandighet (≤150 °C), ekstremt lav korrosjonshastighet (≤0.01 mg/A・år).

Typiske bruksområder: Maskiner i sterke syre-/alkalimiljøer, industrielt utstyr med høy temperatur, korrosjonsbeskyttelse for presisjonsmaskiner.

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

Kjerneytelse: Balanserer klor-/oksygenutviklingsaktiviteten, kombinerer korrosjonsbestandighet og stabilitet, egnet for ulike komplekse miljøer, noe som gjør den til den mest allsidige beleggtypen.

Typiske bruksområder: Generell korrosjonsbeskyttelse for maskiner, multimediekontaktutstyr, utendørs mekaniske konstruksjoner.

9. Titankomposittbelegg (TiO₂ + RuO₂/IrO₂, TiO₂-innhold 30%~50%)

Kjerneytelse: Relativt lav kostnad, høy mekanisk styrke, sterk beleggheft, egnet for lav strømtetthet, langsiktige korrosjonsbeskyttelsesscenarier.

Typiske bruksområder: Generelle industrimaskiner, utstyr i miljøer med lav korrosjon, masseproduserte maskiner til generell bruk.

Working Prinsipp

Kjernen i korrosjonsbeskyttelsen for den påtrykte strøm ICCP MMO-anoden er å hemme den oksidative korrosjonsreaksjonen i den mekaniske strukturen gjennom en elektrokjemisk katodisk beskyttelsesmekanisme. Under drift må den danne et komplett lukket sløyfesystem med likeretteren, den beskyttede mekaniske strukturen og referanseelektroden. Det spesifikke prinsippet er som følger:

Korrosjon av metallstrukturer er i hovedsak en anodisk oksidasjonsreaksjon (metallet mister elektroner for å danne løselige ioner): M → Mⁿ⁺ + ne⁻ (M er metallmatrisen, for eksempel stål, aluminium eller kobber). ICCP-systemet tvinger elektroner fra en ekstern strømkilde, noe som gjør den beskyttede mekaniske strukturen til katoden, og dermed hemmer oksidasjonsreaksjonen. MMO-anoden, som fungerer som systemets anode, gjennomgår en oksidasjonsreaksjon, og frigjør strøm. Den spesifikke reaksjonstypen avhenger av miljømediet:

1. Miljø med høyt klorinnhold (sjøvann, klorholdige industrielle medier): Den dominerende reaksjonen er oksidasjon av kloridioner til klorgass (ikke-giftig biprodukt). Reaksjonen er svært effektiv, uten faste avleiringer som tetter igjen anoden: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. Komposittbelegg med høyt rutenium- eller rutenium-iridiuminnhold kan redusere kloridutviklingspotensialet betydelig, forbedre reaksjonseffektiviteten og redusere energiforbruket.

2. Nøytralt/alkalisk miljø (ferskvann, jord, svakt alkaliske medier): Den dominerende reaksjonen er oksidasjon av vann til oksygen- og hydrogenioner. Reaksjonen er mild og påvirker ikke omgivelsene: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Belegg med høyt iridiuminnhold har utmerket katalytisk oksygenutviklingsaktivitet og er egnet for langvarig drift i slike miljøer.

3. Surt miljø (sterkt surt medium, industrielt surt avløpsvann) Reaksjonen er hovedsakelig basert på oksidasjon av vann, samtidig som den er kompatibel med ioniske reaksjoner i sure medier. Belegget med høyt iridiuminnhold kan motstå sterk syrekorrosjon og opprettholde en stabil strømutgang: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.