鋁和鋁陽極

       鋁也是典型的輕金屬，原子序數(shù)13，相對(duì)原子質(zhì)量26.98，密度2.7g/cm3，熔點(diǎn)660℃。鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為一1.66V（SHE），在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V（SHE）。鋁的理論電容量是鋅的3.6倍，鎂的1.35倍。鋁的原料易得，制造工藝較簡單，價(jià)格低廉，是發(fā)展?fàn)奚枠O的良好材料。

　　鋁是自鈍化金屬，未經(jīng)合金化的工業(yè)純鋁和普通鋁合金的表面極易鈍化，即使在空氣中也易在金屬表面自發(fā)地形成一層致密的、厚度為5～200nm的氧化膜，此即所謂鈍化膜。鈍極化后的鋁電位較正，在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V（SHE），而且易于極化。在海水中用0～10A/m2的電流密度使鋁陽極極化時(shí)，鋁的電極電位正移到-0.71V（SHE），此值比鋼的保護(hù)電位還要正。所以未合金化的鋁，單就其本身的電位值來說，就不可能用作犧牲陽極。

　　為研制具有實(shí)用價(jià)值的鋁基犧牲陽極，必須通過合金化的方法，在鋁中添加具有活化作用的合金元素，發(fā)展新型鋁合金，以限制或阻止在合金表面形成連續(xù)的保護(hù)性氧化膜，促進(jìn)和保持表面活化，使合金具有較負(fù)的電位和較高的電流效率。一般在鋁中添加8%Zn或5%Mg就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。此外，還要添加如Cd、Ga、In、Hg和Ti等合金元素，以便陽極長期保持活性。這些合金化元素也稱為晶格變形元素，起到防止形成連續(xù)氧化膜的作用?；罨诒举|(zhì)上也促進(jìn)了陽極材料的腐蝕。因此，為了維持陽極的電流輸出達(dá)到最佳效果，還要添加Mn與Si等進(jìn)一步合金化，這些元素也稱為晶格限制元素。

　　各種鋁合金陽極的行為是很不一樣的。電極電位一般在-0.75～-1.30V（SHE）之間；電流效率則在95%（含Hg合金）和70%～80%（含Cd、In、Sn合金）之間。在鋁中添加兩種或兩種以上合金元素可以使?fàn)奚枠O性能得到很大改善，既能使電位足夠負(fù)，又能使電流效率達(dá)到較高的程度。有三種這樣的鋁合金具有重要的實(shí)際意義，即Al-Zn-Hg系合金、Al-Zn-In系合金和Al-Zn-Sn系合金。它們有一個(gè)共同點(diǎn)，即都添加有一定含量的Zn。

　　溶液pH值對(duì)鋁的腐蝕速度和電位有很大影響。pH值在3～9范圍內(nèi)時(shí)，鋁溶解而在其防腐用鋁基陽極材料表面形成含水氧化鋁（ALbO）HO），從而形成高電阻膜，導(dǎo)致鋁的鈍化。該鈍化膜電位較高，溶解速度很慢。當(dāng)pH>9時(shí)，鋁的溶解產(chǎn)物部分形成鋁酸鹽，含水氧化物開始溶解，這時(shí)鋁的溶解速度增大，電位急劇地負(fù)移。在實(shí)際的海水、淡水或土壤中，pH值很少大于9，也很少小于3。因此鋁在這些環(huán)境中通常呈鈍性。作為犧牲陽極使用時(shí)，應(yīng)通過合金化使鋁合金表面活化。

　　Zn是鋁合金陽極中主要的合金元素。在Al-Zn合金中，Zn含量小于40%時(shí)，合金易汗化。Zn含量小于10%的Al-Zn合金具有較高的電流效率。含5%Zn的Al-Zn合金組織為單相固溶體，具有很好的電化學(xué)性能和較大的陽極活性，鈍化傾向非常小。因此，作為犧牲陽極的各種鋁合全都有一定的Zn含量，一般為5%左右。

　　In對(duì)這類合金的陽極性能有較大影響。當(dāng)合金中Si和雜質(zhì)Fe的含量較多時(shí)，可以增加In的含量來抵消其有害作用。而當(dāng)Si和雜質(zhì)Fe的含量較少時(shí)，增加In含量反而會(huì)使合金性能下降。所以，鋁合金中的In含量要適度，既要考慮使合金具備足夠的活性，又要滿足對(duì)電流效率的要求。In在鋁合金以第二相的形式存在，在第二相中，In、Si、Fe、Cu的含量均高于合金的平均值。這類鋁合金的活化很可能與第二相的作用有關(guān)。美國化學(xué)公司于1976年推出的Galvallum型鋁合金就是這類合金的典型代表，其成分為Al-3Zn-0.015In 0.1Si。它在海水中具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，此外在海泥、熱鹽水及淡海水中也表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，并已獲得廣泛應(yīng)用。