阴极保护用大排流量阳极组件制造技术

本发明专利技术涉及一种阴极保护用大排流量阳极组件，由阳极体、导电杆、阳极托架、涂封料和套管所组成，阳极体采用长条板状的钛基体，表面复合有导电的陶瓷混合金属氧化物；导电杆为实心钛棒或铜芯复合钛棒，焊接在钛基体上；阳极托架采用模压成型的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，将带有导电杆的阳极体嵌入模压成型的阳极托架中，采用环氧树脂涂封料进行封装固定。该发明专利技术装置具有良好的电化学性能，并能在大排流量下可靠工作，使用寿命长，稳定性好，便于安装。适用于防止大型船舶、浮船坞、储油轮、以及水工闸门等金属结构物的电化学腐蚀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阴极保护用大排流量阳极组件，适用于外加电流阴极保护系统，用于防止大型船舶、浮船坞、储油轮以及水工闸门等金属结构物的电化学腐蚀。属电化学保护

技术介绍
阴极保护和涂料相结合可以有效地防止钢铁等金属结构物在海水、咸水、淡水等介质中的腐蚀。依据提供保护电流的方式不同，阴极保护可以分为牺牲阳极和外加电流两种方法。牺牲阳极是通过电负性的阳极材料自身的溶解消耗来产生阴极保护电流；而外加电流阴极保护方法是通过外部的直流电源来提供所需的保护电流，其特点是驱动电压高、输出电流大、保护寿命长，并且可随外界工况条件的变化而自动调节输出电流的大小，使被保护的金属结构物一直处于最佳的保护状态。对于大型海军舰艇或大型海洋船舶，通常均采用外加电流阴极保护系统。辅助阳极组件是船体外加电流阴极保护系统中的重要组成部分，其作用是将电源设备提供的保护电流经由介质传递到被保护的船体及附体的表面。一些大型船舶需要的保护电流非常大，例如，一艘大型储油轮所需保护电流可高达数百安培至上千安培(考虑后续油漆破损的情况)。这就要求单只阳极组件的排流量比较大，以减少在船体上开孔的数目和安装阳极组件的数量。此外，由于受到船体结构的限制，有些大型船舶不允许安装大量的阳极(在某些部位甚至不允许在船体上开孔安装阳极)，这种情况下也需要采用大排流量阳极组件，要求单只阳极的排流量甚至达到100安培以上。辅助阳极组件通常由起排流作用的阳极体和起固定和绝缘作用的阳极托架所构成。作为阳极体的材料应具有小的消耗速率、良好的稳定性和长的使用寿命以及良好的电导性和电化学活性，同时还应具有良好的经济性和高的性能价格比。目前在船舶外加电流阴极保护系统中经常使用的阳极体材料主要有铅银合金和铂钛、铂铌复合阳极。铅银合金阳极属于微溶性阳极，但比重大，笨重，不便于安装，而且铅具有毒性，对环境有污染，在实际工程中的使用正越来越少，逐渐被性能更好的阳极材料所取代。铂钛、铂铌复合阳极是在惰性金属钛或铌基体上用冶金拉拔或轧制等方法复合一层铂层而构成，具有良好的电化学性能和长的使用寿命，但制备工艺较为复杂，价格较昂贵。由于阳极在工作的过程中表面会发生电化学反应，生成氯气、氧气、次氯酸等，因此阳极托架必须在这种介质条件下具有良好的化学稳定性，同时还应具有足够的介电性能和较好的机械性能。阳极绝缘托架材料曾采用过聚氯乙烯、尼龙、层压酚醛玻璃钢等，这些材料在大排流量条件下工作时，容易老化、性能不稳，产生失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有阳极组件存在的上述不足，提供一种具有较大排流量，良好的电化学性能，并能在大排流量下可靠工作的阴极保护用大排流量阳极组件，适用于防止大型船舶、浮船坞、储油轮、以及水工闸门等金属结构物的电化学腐蚀。该阴极保护用大排流量阳极组件由阳极体、导电杆、阳极托架、涂封料和套管所组成；阳极体采用长条板状的钛基体，其表面复合有导电的陶瓷混合金属氧化物；导电杆为实心钛棒或铜芯复合钛棒，焊接在钛基体上；将带有导电杆的阳极体嵌入模压成型的长条形阳极托架中，采用环氧树脂涂封料进行封装固定；导电杆外部套有塑料套管用于保护导电杆，防止导电杆与船体上的密封罩短路；阳极托架上制有安装孔，可采用螺栓将大排流量阳极组件固定在船体壳板上。阳极体采用钛为基体，其纯度应高于99％。采用长条的板状结构以降低阳极的接水电阻。与圆盘状以及其它形状的阳极结构相比，细长条状的阳极具有更低的接水电阻，并且便于做成流线型以降低航行时水流的阻力。但太长的阳极将增加阳极体和阳极托架制造成型的难度，并且不便于阳极组件的成型与安装，尤其是在有曲率的表面如船头或船尾处安装，因此阳极体的尺寸可根据所要求的排流量的大小在长1500mm×宽150mm的范围内进行剪裁，其厚度为1.5mm～10mm，以保证阳极体具有足够的结构强度。阳极体工作表面面积的大小直接影响阳极的排流量。在阳极体的工作表面复合有导电的陶瓷混合金属氧化物，主要由氧化钌、氧化铱、氧化钯等铂族金属氧化物中的一种或多种和氧化钛、氧化锡、氧化钽等非贵金属氧化物中的一种或多种构成。由于该混合金属氧化物涂层具有大的比表面积和极高的化学和电化学稳定性，因此该钛基氧化物涂层阳极具有比铂钛阳极更高的电催化活性和更小的消耗率，是一种高性能的辅助阳极材料，同时其价格也比铂阳极低。导电杆起导电的作用，将阳极电缆和阳极体电性连接在一起。可采用实心钛棒或采用铜芯复合钛棒以降低电阻，这在大排流量的情况下是有益的。对于长条的大排流量阳极，为使阳极体工作表面的电流分布更均匀，改善钛基体本身的导电性，在阳极体的背面采用铜芯钛丝或棒将导电杆和阳极体的远端连接。阳极托架采用模压成型的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，选用改性环氧树脂为阳极托架基本材料，以短切玻璃纤维为增强材料，滑石粉为填料，并加入硅烷偶联剂以提高其耐水性，采用高温固化剂和热压工艺成型。该阳极托架具有优异的机械性能、耐水性及化学稳定性，同时具有良好的电绝缘性能，适于做大排流量阳极组件。阳极托架为长条形，为减小对水流的阻力，托架两端采用圆弧状，呈流线型，这样也减少了阳极组件受机械损坏的可能性。本专利技术与现有技术相比具有如下的优点(1)采用钛作阳极体，具有良好的机械性能，并易于加工；阳极重量轻，可替代笨重的铅银合金阳极，便于搬运和安装；(2)采用了导电的混合金属氧化物做阳极涂层，使该阳极具有极高的稳定性和很低的消耗率，因而可具有长的使用寿命；由于氧化物涂层具有高的电化学活性，可采用较大的工作电流密度和较低的电源输出电压，因而具有更高的效率；而且价格较铂阳极便宜，可节约贵金属资源；(3)采用了玻璃纤维增强环氧树脂复合材料和热压成型工艺制造阳极托架，具有优异的机械性能、耐水性、电绝缘性能及化学稳定性，在大排流量的情况下可以长期可靠地工作；(4)采用大排流量阳极组件，可减少在船体上开孔的数量和安装辅助阳极的个数，因此可降低阴极保护系统的安装费用(5)由于阳极体和阳极托架是在工厂封装成一体化的组件，增加了其可靠性，并便于现场安装。附图说明图1为本专利技术装置的结构原理示意图。具体实施方案下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术由阳极体1、导电杆2、阳极托架3、涂封料4、套管5和安装孔6所组成。采用钛板做阳极体1，其尺寸为1000mm(长)×140mm(宽)×2mm(厚)，其背面焊接有直径为20mm的钛导电杆2，导电杆2外部套有塑料套管5，起绝缘保护作用，在阳极体1的工作表面被覆含有氧化钌、氧化铱、氧化钛、氧化钽、氧化锡的混合金属氧化物导电涂层。采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料经模压成型制造阳极托架3，其尺寸为1200mm(长)×250mm(宽)×33mm(厚)。用环氧树脂涂封料4将阳极体1封装在成型的阳极托架3中，制成阴极保护用大排流量阳极组件。以海边钢质浮码头模拟船体，该码头长70m，宽5m，吃水深度0.5m。将阴极保护用大排流量阳极组件安装在码头中间的浸水部位。采用一台额定输出为150A/48V的恒流源做试验电源，其正极与大排流量阳极相连，负极接到浮码头上，测量阳极组件的输出特性和工作稳定性。表1为大排流量阳极的输出电流和阳极电位(相对于Cu/CuSO4参比电极，含IR降)之间的关系，可见该阳极的排流量可达到120A以上。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阴极保护用大排流量阳极组件，其特征在于由阳极体、导电杆、阳极托架、涂封料和套管所组成；阳极体采用长条板状的钛基体，其表面复合有导电的陶瓷混合金属氧化物；导电杆为实心钛棒或铜芯复合钛棒，焊接在钛基体上；将带有导电杆的阳极体嵌入模压成型的长条形阳极托架中，采用环氧树脂涂封料进行封装固定；导电杆外部套有塑料套管；阳极托架上制有安装孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许立坤，王廷勇，魏军光，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]