MMO titananode for broer

Broer, som sentrale knutepunkter i transportinfrastrukturen, er avgjørende for stabil drift av transportnettverk og offentlig sikkerhet. Under den langvarige erosjonen av naturmiljøet og belastningene har korrosjon blitt den primære trusselen mot broenes strukturelle integritet. Kystbroer står overfor vedvarende erosjon fra høy saltsprut og tidevannsnivåer. Innlandsbroer tåler de kombinerte effektene av industrielle forurensninger, sur nedbør og jordelektrolytter, noe som fører til hyppige problemer som stålkorrosjon og betongkarbonisering og avskalling.

Tradisjonelle korrosjonsbeskyttelsesmetoder, som belegg og offeranoder, har betydelige begrensninger: belegg er utsatt for svikt på grunn av konstruksjonsfeil eller ytre skader. Offeranoder (som aluminium- og sinkanoder) har kort levetid (vanligvis 5–8 år) og ustabil strømutgang, noe som gjør dem ute av stand til å oppfylle de hundre år lange servicekravene til broer med lange spenn. På denne bakgrunnen, MMO titan anoder (titanbaserte metalloksidbelagte anoder), med sine kjernefordeler som dimensjonsstabilitet, lang levetid og høy strømeffektivitet, har blitt en viktig teknologisk støtte for langsiktig beskyttelse mot brokorrosjon.

MMO-titananoden er basert på industrielt rent titan og belagt med et blandet belegg av edle metalloksider som iridium, rutenium og tantal. Som kjernekomponenten i det påtrykte strøm katodiske beskyttelsessystemet, kan den tilpasse seg en rekke komplekse miljøer som sjøvann, jord og ferskvann.

Arbeidsprinsipp for MMO-titananoder

Bruken av MMO-titananoder i korrosjonsbeskyttelse av broer er basert på katodisk beskyttelsesteknologi med påtrykt strøm. Denne elektrokjemiske prosessen endrer potensialet til broens metallstruktur (primært stålstenger og -peler) for å hemme korrosjonsreaksjoner.

(I) Katodisk polarisering

Korrosjon av stålkonstruksjoner i broer er i hovedsak en redoksreaksjon som oppstår på metalloverflaten: jern (Fe) mister elektroner for å danne jernioner (Fe²⁺). Dette er kjent som den anodiske reaksjonen (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻). Elektroner strømmer gjennom metallmatrisen til katodeområdet, hvor de kombineres med oksygen og vann for å danne hydroksidioner (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻), og til slutt danner rust (Fe(OH)₃).

Funksjonen til MMO-titan-anoden er å tvinge denne reaksjonen til å endre retning ved hjelp av en ekstern likestrømsforsyning: den positive terminalen på strømforsyningen er koblet til MMO-titan-anoden, og den negative terminalen er koblet til broens stålkonstruksjon. Når den er slått på, frigjør MMO-titan-anoden elektroner, og blir dermed strømutgangsterminalen. Elektroner strømmer gjennom elektrolyttmiljøet (sjøvann, jord, betongporevæske) til stålkonstruksjonens overflate, noe som fører til at den tilegner seg overflødige elektroner og gjennomgår katodisk polarisering. Overflatepotensialet til stålkonstruksjonen faller under -0.85 V (i forhold til en Cu/CuSO₄-referanseelektrode). På dette tidspunktet undertrykkes metallets oksidasjonsreaksjon, der elektroner går tapt, og korrosjonen opphører.

(II) Anodisk katalyse

Den katalytiske aktiviteten til MMO-belegget er nøkkelen til å sikre effektiv systemdrift. I forskjellige medier katalyserer belegget spesifikke oksidasjonsreaksjoner: I kloridholdige miljøer som sjøvann, rutenium-iridium Belegget katalyserer omdannelsen av kloridioner (Cl⁻) til klorgass (2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻); i jord og ferskvann katalyserer iridium-tantalbelegget omdannelsen av vannmolekyler til oksygen (2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻). Disse reaksjonene frigjør elektroner effektivt, noe som sikrer at anoden opprettholder et stabilt potensial selv ved høye strømtettheter, og forhindrer at polarisering forårsaker at beskyttelsesstrømmen avtar.

MMO titananodetyper

Basert på de strukturelle egenskapene til broer (som stålpeler, betongbjelker og pyloner) og driftsmiljøet (sjøvann, jord eller ferskvann), har MMO-titananoder blitt klassifisert i fire hovedtyper.

(I) Lineær MMO-titananode

Lineære anoder er den mest brukte typen for korrosjonsbeskyttelse mot broer. De består av et titantrådsubstrat (1.5–3.0 mm diameter), et MMO-belegg og en ytre beskyttende kappe. Hjelpematerialer som ledende polymerer og aktivert karbon brukes til å lage et fleksibelt og bøyelig anodesystem. Belegget er en iridium-tantal (IrO₂/Ta₂O₅)-belegg, egnet for ulike miljøer som jord, ferskvann og brakkvann. Beskyttelsesradiusen kan nå 3–5 meter. De er begravd i jorden rundt bropilarfundamenter eller viklet rundt stålpæler på offshorebroer.

(II) Rørformede MMO-titananoder

Basert på et industrielt rent titanrør (10–50 mm diameter), er den indre eller ytre overflaten belagt med et MMO-belegg. Disse anodene gir høy styrke og slagfasthet, noe som gjør dem egnet for å beskytte bropilarer i tøffe miljøer. Belegget bruker et rutenium-iridium-belegg (IrO₂/RuO₂/TiO₂), som prioriterer klorutvikling. Et iridium-tantal-belegg brukes for forbedret korrosjonsbestandighet i jordmiljøer. Det brukes som anode for dypvannsbropilarer og graves vertikalt ned i sjøslam eller elveleier.

(III) Strip MMO titananode

Strip-anoden er laget av et titanbåndsubstrat (6.35–12.7 mm bredt, 0.635 mm tykt) belagt med et MMO-belegg, noe som gjør den enkel å distribuere over store områder. Det ensartede iridium-tantalbelegget gir eksepsjonell korrosjonsbestandighet og viser ingen betydelig slitasje etter en 5000-timers akselerert korrosjonstest. Det store overflatearealet gir en jevnere strømfordeling og en levetid på opptil 50 år. Den installeres inne i betongbrokassebjelker eller ved bunnen av pilarer for å beskytte tett fordelt stålnett.

(IV) Stang MMO Titananode

Stavanoden er en solid titanstang (3.2–25 mm diameter). Et rutenium-iridiumbelegg brukes i sjøvannsmiljøer. Iridium-tantalbelegg brukes i ferskvanns-/jordmiljøer. En stavanode med 25 mm diameter har en nominell strøm på opptil 44.1 A/m i sjøvann. Den brukes i områder med høy korrosjonsrisiko, for eksempel brobunner og skjøter i stålkonstruksjoner.

Wstitanium bruker et titansubstrat med høy renhet som overstiger 99.9 %. Utmattingsstyrken økes med 40 %, noe som gjør den mindre utsatt for deformasjon og sprekker i komplekse stressmiljøer som jordkompresjon og påvirkning fra sjøvann. Belegget bruker en gradientbeleggteknologi: en gradientfordeling av rutenium, iridium og tantal forbedrer bindingsstyrken mellom belegg og substrat til over 50 MPa. Ved en høy strømtetthet på 15 A/dm² er beleggstapet så lavt som 1 mg/Aa, noe som forlenger levetiden med 50 % sammenlignet med bransjeledende produkter – opptil 40 år i jord og 25 år i sjøvann.