铝合金牺牲阳极的工作原理基于电化学腐蚀中的牺牲阳极保护法，其核心是通过阳极材料的优先腐蚀，为被保护的金属结构提供电子，从而抑制其电化学腐蚀过程。以下是详细解释：

一、电化学腐蚀基础

金属腐蚀的本质是电化学反应，即金属原子失去电子被氧化为金属离子（阳极反应），同时环境中的氧化剂（如氧气、水）在另一位置得到电子被还原（阴极反应）。例如，在储罐底部，铁（Fe）作为阳极被腐蚀：

Fe→Fe2++2e−

而氧气在阴极被还原：

O2+2H2O+4e−→4OH−

二、牺牲阳极保护原理

铝合金牺牲阳极通过以下步骤实现保护：

1. 电位差驱动

1.

铝合金的自然电位（约-1.05V vs SCE）比被保护金属（如钢，约-0.6V vs SCE）更负，形成电位差。

2.

3.

在电解质（如海水、土壤）中，铝合金作为阳极优先失去电子，被氧化为铝离子（Al³⁺）：

4.

Al→Al3++3e−

· 被保护的金属（如钢）作为阴极，接收铝合金释放的电子，抑制自身阳极反应（即腐蚀反应）。

1. 电流分布与保护范围

· 铝合金阳极通过电解质与被保护金属形成闭合电路，电流从阳极流向阴极。

· 电流密度分布影响保护效果：阳极附近电流密度高，保护作用强；远离阳极的区域电流密度低，需通过合理布局阳极（如多块分布）确保均匀保护。

2. 氧化产物的形成

· 铝合金腐蚀生成的Al³⁺与电解质中的阴离子（如Cl⁻、OH⁻）结合，形成不溶性腐蚀产物（如Al(OH)₃），沉积在阳极表面，形成保护膜。

· 保护膜可减缓阳极溶解速度，但长期使用后需更换阳极以维持保护效果。

三、铝合金阳极的特殊性

相比其他牺牲阳极材料（如镁、锌），铝合金具有以下优势：

1. 高电容量

· 铝合金的理论电容量达2980 A·h/kg，实际使用中可达2500 A·h/kg以上，单位重量发电量大，寿命长。

· 例如：一块5kg的铝合金阳极可提供约12,500 A·h的电量，而同等重量的镁阳极仅约8,000 A·h。

2. 适中的电位

· 铝合金电位（-1.05V vs SCE）介于镁（-1.5V）和锌（-1.0V）之间，既避免镁阳极电位过低导致的“过保护”（可能引发氢脆），又比锌阳极更适用于高电阻环境（如淡水）。

3. 耐腐蚀性

· 铝合金表面易形成致密氧化膜（Al₂O₃），减缓自身腐蚀速度，延长使用寿命。

· 在含氯离子环境中（如海水），铝合金的耐点蚀性能优于锌和钢。

4. 经济性

· 铝合金原料成本低于镁，且单位保护电流成本更低，适合大规模应用。

四、工作过程示例（储罐应用）

以原油储罐底部防腐为例：

1. 安装：将铝合金阳极块焊接或螺栓固定在储罐底部内壁。

2. 电解质接触：储罐内残留水分、盐分等形成电解质层，覆盖阳极和罐底板。

3. 电化学反应：

· 铝合金阳极释放电子，自身被腐蚀为Al³⁺。

· 罐底板（钢）接收电子，抑制Fe²⁺的生成，从而防止腐蚀。

4. 产物沉积：Al³⁺与Cl⁻结合生成AlCl₃，或与OH⁻结合生成Al(OH)₃，沉积在阳极表面。

5. 阳极消耗：随着反应进行，阳极逐渐变薄，需定期检测并更换。

五、关键参数与影响因素

1. 电位差：阳极与被保护金属的电位差需足够大（通常≥0.2V），以确保电流流动。

2. 电解质电阻：电阻越低，电流分布越均匀，保护效果越好（海水电阻率低，保护效果优于淡水）。

3. 阳极尺寸：尺寸越大，发电量越高，但需平衡安装空间和成本。

4. 温度：高温会加速阳极溶解，需根据环境温度调整阳极材料或设计。