電熱水器不銹鋼內(nèi)膽的陰極保護

　　電熱水器用于家庭和工業(yè)用水的加熱，決定電熱水器使用壽命與制造成本的關鍵部件即是熱水器的內(nèi)膽。內(nèi)膽材料有不銹鋼內(nèi)膽、搪瓷內(nèi)膽、鍍鋅內(nèi)膽和特殊噴涂內(nèi)膽幾種。根據(jù)有關市場調查，目前中國電熱水器市場上采用不銹鋼內(nèi)膽和搪瓷內(nèi)膽兩種類型居多。內(nèi)膽采用何種材料，相關制造工藝及保護措施至關重要。

　　通常認為，不銹鋼在許多環(huán)境中是不需要什么方式保護的，但伴隨著不銹鋼內(nèi)膽熱水器的市場的不斷擴大，腐蝕穿孔的事故時有發(fā)生，并且集中在特定的地區(qū)或者城市的生活小區(qū)。經(jīng)檢查，熱水器不銹鋼內(nèi)膽的腐蝕95％以上發(fā)生在焊縫附近。因此，弄清電熱水器不銹鋼內(nèi)膽腐蝕的原因及找到適合的防護方法有著十分重要的意義。

　　通常不銹鋼表面可生成保護性的鈍化膜，而且此膜還有自我修補的機能，這就可使鈍化膜在溶液中處于不斷溶解和隨時形成的動態(tài)平衡狀態(tài)。但是在含C1ˉ的中性水中，由于C1ˉ的離子半徑較小，容易穿透不銹鋼的鈍化膜，破壞鈍化膜的平衡狀態(tài)。如果不銹鋼表面存在硫化物夾雜，晶介碳化物或其它弱點，孔蝕就先在這些地方形成，并能使蝕孔不斷擴大和加深。

　　不銹鋼內(nèi)膽是由不銹鋼板材經(jīng)過氬弧焊接而成，焊接溫度在1300℃左右，自然冷卻，在焊接熱影響區(qū)，不銹鋼的組織結構必然發(fā)生變化，形成貧鉻區(qū)或碳化物、硫化物夾雜，這些夾雜物極有可能成為孔蝕的活性點，這也就是不銹鋼內(nèi)膽在焊縫附近產(chǎn)生孔蝕的重要原因。在腐蝕較為嚴重的水介質中，不銹鋼表面不易生成鈣鎂沉積層，使侵蝕性陰離子（如C1ˉ）容易在金屬表面吸附并產(chǎn)生活化點，從而發(fā)展成孔蝕。NaClO是城市自來水處理常用的殺菌劑。在城市自來水中總是殘留著一定濃度的NaClO，這就是造成和加速不銹鋼孔蝕的重要因素。

　　此外，溫度對不銹鋼的腐蝕也有重要影響，試驗證明304不銹鋼在90℃左右腐蝕失重最大。

　　焊縫區(qū)的腐蝕屬電化學腐蝕，因此，采用電化學保護—陰極保護必將獲得理想的結果。

　　不銹鋼內(nèi)膽的陰極保護

　　* 鎂合金犧牲陽極的應用

　　目前,防腐蝕用的鎂合金犧牲陰極在國內(nèi)外電熱水器市場上應用的已相當成熟，特別是在搪瓷內(nèi)膽配置鎂陽極對內(nèi)膽進行陰極保護，具有低成本、高質量的使用性能及壽命。但在不銹鋼內(nèi)膽上的應用有其局限性，特別是有些廠家的設計人員把鎂陽極設計得很小，理由是認為鎂陽極對不銹鋼內(nèi)膽不起保護作用，不設計又怕用戶有意見。

　　搪瓷內(nèi)膽選用鎂陽極時可以按內(nèi)膽的表面積來計算，一般是200g/m2左右。而不銹鋼內(nèi)膽直接與水接觸，裸露面積很大。規(guī)格相同的不銹鋼內(nèi)膽和搪瓷內(nèi)膽都需要采用鎂陽極保護的話，顯然不銹鋼內(nèi)膽需保護的金屬表面要遠遠大于后者。加上相當于搪瓷內(nèi)膽的保護電位（-0.85V.Cn/CuSO4電極）,不銹鋼內(nèi)膽的保護電位要高許多（-0.4V.Cn/CuSO4電極）。鎂陽極的電位為-1.55V,與搪瓷內(nèi)膽的電位差0.7V，而與不銹鋼內(nèi)膽的電位差達1.15V。以水為介質與鎂陽極構成原電池后，驅動電壓很大，產(chǎn)生電流相對也很大。鎂陽極溶解速度必然也快，達不到較長時間保護內(nèi)膽的目的。

　　如何才能延長在不銹鋼內(nèi)膽中使用的鎂陽極壽命？在達到保護電位的前提下，降低鎂陽極的發(fā)生電流量不失為一種簡單宜行的辦法。

　　以下對比試驗可以說明一些問題：

　　從以上試驗可以看出，安裝鎂陽極進行陰極保護，內(nèi)膽均能達到保護電位。但如果參照搪瓷內(nèi)膽選用鎂陽極，在不銹鋼內(nèi)膽中發(fā)生電流很大，消耗很快，達不到長期保護內(nèi)膽的目的。

　　而不論搪瓷內(nèi)膽還是不銹鋼內(nèi)膽，人為地在鎂陽極與內(nèi)膽的連接中串聯(lián)一定阻值（100Ω-300Ω）的電阻（與鎂陽極加工成一體），可以在達到保護電位的前提下有效降低發(fā)生電流量，延長鎂陽極使用壽命的目的。

　　* 強制電流陰極保護

　　鎂犧牲陽極陰極保護技術應用于熱水器內(nèi)膽有其一定局限性。主要是使用壽命較短，一般兩年左右時間就需要進行更換。加之由于我國地域遼闊，熱水器所用的水質成份及其腐蝕性質相差較大，內(nèi)膽的材料和質量又有差異，造成鎂陽極的使用壽命長短不一。特別是對于不銹鋼內(nèi)膽，使用效果不是很好。由于所需保護電流較大，鎂陰極的使用壽命較短。

　　就防腐技術而言，還有另外一種方法，即外加電流陰極保護技術，該種方法的基本原理和利用鎂陰極防腐的原理是一樣的。然而它的優(yōu)點是使用壽命長，甚至在熱水器整個使用壽命期內(nèi)不必更換，防止不必要的浪費和出現(xiàn)腐蝕的可能性。

　　熱水器腐蝕防護的發(fā)展趨勢是采用小型外加電流保護系統(tǒng)，國內(nèi)目前也有這方面的研究。也有廠家作過小批量實驗。經(jīng)過跟蹤調查，證明技術上是可行的。

　　外加電流陰極保護法是將被保護金屬與直流電源的負極相連，通過輔助陽極構成回路給被保護金屬施加一定的陰極電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當金屬的電位負于某一電位時，腐蝕的陽極溶解過程就可以得到有效的抑制，從而實現(xiàn)對金屬的保護的一種電化學保護法。

　　通常外加電流陰極保護系統(tǒng)的主要組成部份有輔助陽極，直流電源及參比電極等部件組成。至今外加電流陰極保護技術已經(jīng)獲得了廣泛的應用，尤其在較大型的設施上，它的最大優(yōu)點是它的使用壽命可以達到和被保護的物體有相同使用壽命，不需要中途更換。再一個特點，它可以根據(jù)客觀條件的變化，如水質或溫度的變化，自動調節(jié)所需要的變化了的保護電流量，而使其總是處在保護狀態(tài)。

　　近年來，由于水質的酸度及腐蝕性離子的增加，使熱水器中的水的腐蝕性增強，加之我國的地域遼闊，熱水器中的水質也各不相同。因而，在熱水器上應用小型的外電流陰極保護系統(tǒng)必將是有效的，前途廣闊的。

　　由于電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在可以制造出微型的可控的直流電源設備，它可以根據(jù)熱水器水質、溫度的變化導致的電阻率的變化以及保護電流的變化而自動調節(jié)所需要的保護電流。

　　由于貴金屬輔助陽極制造技術的進步，現(xiàn)在可以生產(chǎn)出高排流量、長壽命、體積小、重量輕的貴金屬輔助陽極。如上兩個重要部件的小型化，就可以生產(chǎn)出小型的外加電流陰極保護系統(tǒng)。

　　以下是外加電流保護裝量在山東聊城進行試驗取得的整機實驗數(shù)據(jù)：

　　在平時熱水器處于保溫狀態(tài)時，外加電流保護裝置提供的保護電流非常穩(wěn)定。隨著熱水器溫度的升高（需要的保護電流也要加大），外加電流保護裝置提供的輸出電流也在自動提高。熱水器內(nèi)膽的電位始終處在保護電位范圍內(nèi)，起到了有效的保護內(nèi)膽的作用。

　　因地域不同，水的電導率也差異很大。在貯水式熱水器內(nèi)膽的防腐技術中，外加電流保護裝置能較好地適應這些問題，并且在使用時采取一定措施的情況下可以實現(xiàn)對熱水器內(nèi)膽長期的有效保護，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。    （責編　連小衛(wèi)）