一、電化學性能：保護能力的核心指標

電極電位（驅動電壓）

1. 需選擇電位比被保護金屬更負的材料，電位差越大，驅動電流越強。

1. 鎂陽極（-1.5V CSE）適用于保護鋼鐵（-0.5V CSE），電位差達 1V，可提供強保護電流；

2. 鋅陽極（-1.1V CSE）與鋼鐵電位差約 0.6V，適用于低腐蝕環境（如海水、淡水中）。

理論電容量與實際電效率

1. 理論電容量：單位質量陽極材料完全氧化時釋放的電量，單位為 A?h/kg（安時 / 千克）。

1. 鎂（2200 A?h/kg）＞鋁（2980 A?h/kg）＞鋅（820 A?h/kg），鋁的理論電容量最高，但實際應用中受表面鈍化影響，電效率可能降低。

2. 實際電效率：陽極材料在實際環境中可釋放的電量占理論值的比例。

1. 鎂陽極在土壤中電效率約 50%~70%，鋅在海水中電效率可達 95% 以上（因表面腐蝕產物疏松，不易鈍化）。

工作電流密度與輸出穩定性

1. 電流密度需匹配被保護金屬的表面積和環境腐蝕速率：

1. 高腐蝕環境（如含 Cl?的土壤）需高電流密度陽極（如鎂合金）；

2. 低腐蝕環境（如淡水）可選低電流密度的鋅陽極。

二、環境適應性：材料與工況的匹配性

1. 介質類型（土壤、海水、淡水等）

2. 環境參數（溫度、pH、離子濃度等）

· 溫度：

· 鋅陽極在 60℃以上海水中可能因腐蝕產物（Zn (OH)?）溶解加快，導致消耗異常；

· 鎂陽極在低溫（＜0℃）土壤中電流輸出降低，需考慮保溫措施。

· pH 值：

· 鎂陽極適合中性至弱堿性環境（pH 7~10），酸性環境（pH＜5）中會發生析氫反應（2H? 2e? → H?↑），加速消耗且保護電流不穩定。

3. 陽極表面狀態與鈍化傾向

· 鋅、鋁在某些環境中易形成鈍化膜（如鋁在淡水中），需通過合金化改善（如鋅中添加 0.03%~0.06% 的鎘或銦，鋁中添加鋅、銦、錫等元素），抑制鈍化并提高電流輸出均勻性。

三、經濟性與實用性：成本、壽命與維護

材料成本與保護周期

· 單位保護電流的成本：鋅陽極＜鎂陽極＜鋁合金陽極（鋁的理論電容量高，但材料成本也較高）。

· 例：保護 1 平方米鋼鐵，使用鋅陽極的年成本約為鎂陽極的 60%，但鋅的保護周期可能更短（因電容量低）。

陽極尺寸與安裝便利性

· 土壤環境中常使用棒狀或帶狀鎂陽極（如 Φ110mm×1500mm 鎂棒），便于埋設在管道附近；

· 海洋環境中多用塊狀鋅陽極（如 50kg 鋅塊），通過焊接固定在鋼樁上。

消耗速率與更換頻率

· 鎂陽極在土壤中年消耗率約 1~2mm，鋅在海水中年消耗率約 0.5~1mm，需根據保護周期（如 20 年）計算陽極用量，避免頻繁更換增加成本。

四、安全性與環保要求

陽極材料的毒性

· 傳統鋅陽極含鎘（約 0.05%），可能污染土壤或水源，目前逐步被無鎘鋅合金（如鋅 - 銦 - 鋁 - 鎘替代體系）取代；

· 鎂合金通常添加錳（提高耐蝕性），無毒性，適用于環保要求高的場景（如飲用水管道）。

電化學兼容性

· 避免陽極與被保護金屬之間形成大的電位差導致過保護（如鎂陽極保護銅合金時，電位差過大可能導致銅表面析氫，影響力學性能），需通過計算限制電流密度。

五、典型材料選擇案例

犧牲陽極材料的選擇需以 “電化學性能為核心、環境匹配為前提、經濟實用為目標”，通過電位差、電容量、環境耐受性、成本等多維度對比，結合具體工況（如介質、溫度、pH）和保護需求（如保護周期、電流密度），選擇最優方案。同時，需關注環保標準和材料兼容性，確保系統長期有效運行。