牺牲阳极保护的防腐热水器内胆研究与应用分析

严培棉 严克友 向贤平

摘 要：本文首先讨论了牺牲阳极保护防腐法的阳极材料选取，通过对比分析镁、锌、铝及其合金作为阳极材料的优缺点，最终确定选择镁棒作为阳极材料，对热水器内胆进行抗电化学腐蚀保护。然后，本文通过分析镁阳极棒的加工工艺与安装方式，以及牺牲阳极保护法的原理，确定采用铸造工艺加工镁棒，并将其安装在内胆的排污口处。最后，本文着重分析市场上可采用牺牲阳极保护的防腐热水器内胆的种类及其应用前景。全文通过分析提出了一种热水器内胆采用牺牲阳极保护的方法，能够极大提高内胆的抗电化学腐蚀能力，从而保障热水器具有足够的使用寿命。

关键词：热水器内胆、镁阳极棒、不锈钢内胆、应用前景

1.引言

随着社会的快速发展，热水器的普及率越来越高，不断提高热水器的使用寿命是目前热水器研究领域的热点。然而，热水器内胆在长期使用过程中容易被水中的大量离子腐蚀，导致内胆出现局部小凹洞，从而使得整体热水器直接报废。因此，提高热水器内胆的抗腐蚀能力是提高热水器使用寿命的关键所在。

2.牺牲阳极保护的防腐热水器内胆研究分析

2.1牺牲阳极保护防腐法的阳极材料选取

在金属腐蚀防护领域，牺牲阳极、保护阴极的抗腐蚀法是最常见、最有效的方法，而阳极材料常采用镁、锌、铝等及其合金。

镁及镁合金作为阳极材料时，由于镁元素的化学性质活泼，与内胆内表面的铁元素组成电路后，其阳极电位较低，从而对内胆中铁元素进行牺牲阳极保护的作用明显可靠。而且，镁元素是人体不可或缺的矿物质元素，对人体没有伤害。

锌及锌合金作为阳极材料时，锌元素会与内胆内表面的铁元素组成保护电路，随着锌阳极的不断消耗，附近的温度也会不断升高，这时其阳极电位会发生正向移动，从而使得锌—铁两极的电位发生逆转，从而加快内胆中铁元素的电化学腐蚀，导致内胆破裂。

铝及铝合金作为阳极材料时，由于铝元素比内胆中的铁元素化学性质活泼，从而可以通过不断电腐蚀铝元素来保护内胆。但是，铝合金在淡水中容易发生钝化，其表面形成一层保护膜，从而使得保护电路工作一段时间后失效，内胆仍会被水中微量的离子腐蚀。而且铝元素过量溶解在水中后，对人体伤害较大，造成人的记忆力不断衰退。

综上分析，热水器内胆中常采用镁或镁合金制成的镁棒作为阳极材料，从而镁阳极棒可与不锈钢内胆内表面的铁元素组成牺牲阳极保护电路，通过电腐蚀镁棒的方法来保护内胆，提高其抗电化学腐蚀能力。

2.2镁阳极棒的加工工艺与安装方式

镁阳极棒的主要加工方式一般有挤压与铸造两种。当镁阳极棒采用挤压加工时，需要先加工一根足够长的细钢芯，然后在细钢芯外圆表面挤压加工出镁棒。当镁阳极棒采用铸造加工时，需先铸造一根空心镁棒，然后内部浇注出约镁棒长度一半的钢芯。生产上为了考虑内胆具有足够的使用寿命，且降低生产成本，一般采用铸造加工工艺。

在热水器内胆中，作为牺牲阳极保护的镁阳极棒一般有两种安装方法。第一种是将镁阳极棒与内胆中的加热管并排安装。另一种是将镁阳极棒装在排污口位置。当镁阳极棒采用与加热管并排安装时，通常会因为需要并装的装置过多，镁阳极棒的位置不好排列，且当内胆与加热管是绝缘安装时，镁阳极棒只能对加热管形成局部保护，无法避免整个内胆被腐蚀。若将镁阳极棒安装在排污口位置，则镁阳极棒靠近内胆的中心位置，从而保证牺牲阳极保护电路形成的电流均匀分布，对内胆的保护效果明显，且镁阳极棒消耗后容易定期更換。

根据上述分析可知，热水器内胆采用镁阳极棒作为阳极材料，对内胆进行牺牲阳极保护时，可选择铸造加工的镁棒，并将其安装在内胆的排污口位置。

2.3使用镁阳极棒进行牺牲阳极保护的原理分析

热水器的不锈钢内胆中可采用镁阳极棒作为阳极材料，由于镁元素的化学活泼性比铁元素强，从而内胆中发生电化学腐蚀时会优先腐蚀镁棒，避免内胆内表面的铁元素被腐蚀，从而实现对热水器内胆的抗电化学腐蚀保护。

在热水器内胆的排污口处安装镁阳极棒后，镁阳极棒可与内胆内表面形成牺牲阳极保护电路，其中镁阳极棒中的镁元素会不断失去电子被氧化，内胆内表面的氧气会不断得到电子被还原，且少量的水会被电离析出氢气。

阳极反应：Mg-2e-=Mg2+（镁阳极棒失去电子被氧化）

阴极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-（氧气得到电子被还原，主要反应）

2H2O+2e-=H2+2OH-（水电离析出氢气，次要反应）

上述是牺牲阳极保护电路中阳极端与阴极端的电化学反应方程式，从中可以看出镁阳极棒在不断融解，因此需要定期更换镁阳极棒，确保热水器内胆的抗电化学腐蚀能力。

3.牺牲阳极保护的防腐热水器内胆的应用前景分析

3.1牺牲阳极保护的防腐热水器内胆的种类

如表3.1所示，市面上的热水器内胆一般有四种类型：第一种是不锈钢内胆，其主要采用钛铁合金钢板，具有耐高温、抗腐蚀等优点。第二种是搪瓷内胆，其内表面涂覆一层瓷釉材料，具有耐高压、难生锈等优点。第三种是钛金内胆，其是直接由钛金属制成，成本较高，具有强度高、耐高温、抗腐蚀、寿命长等优点。第四种是晶硅内胆，其内表面涂覆有一层经高温烘烤过的硅晶，价格较高，具有抗腐蚀等优点。

上述四种类型的热水器内胆通常都可以采用牺牲阳极保护法进行抗电化学腐蚀保护。钛金内胆与晶硅内胆的价格高昂，搪瓷内胆的制作工艺复杂，通常都不适用于大众消费。不锈钢内胆的抗腐蚀性强、综合性能好，因此市场占有率较高。

3.2防腐热水器内胆的应用前景分析

综合前文所述，若热水器的不锈钢内胆排污管处安装有经过铸造加工成型的镁阳极棒，对内胆内表层进行牺牲阳极保护，将极大提高内胆的抗电化学腐蚀能力。

随着生活水平的不断提高，居民对生活质量的要求也越来越高，购买热水器时会着重考虑其使用寿命。市场上出售的热水器一般有储水式电热水器、即热式电热水器、太阳能热水器等类型，而这些类型的热水器都需要依靠内胆储存热水。因此，内胆的抗电化学腐蚀能力直接影响着该种类热水器的售价与销量。相对与传统的热水器内胆，防腐热水器内胆应用前景广阔，只需定期从排污口处更换镁阳极棒，就能保证内胆不被水中的离子腐蚀，提高其使用寿命。

目前，国内市场上的热水器生产商有两百多家，其中大型的品牌商有海尔、美的、格力等。这些企业都在不断的研发新材料、新技术，以求提高内胆的抗腐蚀能力，极其看好防腐热水器内胆的应用前景。

总结

全文通过分析提出了一种热水器内胆采用牺牲阳极保护的方法，即采用将铸造加工的镁棒安装在内胆的排污口位置，使其与内胆内表面形成牺牲阳极保护电路，从而能够对内胆进行抗电化学腐蚀保护，提高热水器的使用寿命。随着热水器在家庭生活中的普及，相关企业与学者对热水器内胆防腐蚀技术的深入研究，采用牺牲阳极保护的防腐热水器内胆将具很好的市场应用前景。

参考文献：

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