电热水器不锈钢内胆的阴极保护

　　电热水器用于家庭和工业用水的加热，决定电热水器使用寿命与制造成本的关键部件即是热水器的内胆。内胆材料有不锈钢内胆、搪瓷内胆、镀锌内胆和特殊喷涂内胆几种。根据有关市场调查，目前中国电热水器市场上采用不锈钢内胆和搪瓷内胆两种类型居多。内胆采用何种材料，相关制造工艺及保护措施至关重要。

　　通常认为，不锈钢在许多环境中是不需要什么方式保护的，但伴随着不锈钢内胆热水器的市场的不断扩大，腐蚀穿孔的事故时有发生，并且集中在特定的地区或者城市的生活小区。经检查，热水器不锈钢内胆的腐蚀95％以上发生在焊缝附近。因此，弄清电热水器不锈钢内胆腐蚀的原因及找到适合的防护方法有着十分重要的意义。

　　通常不锈钢表面可生成保护性的钝化膜，而且此膜还有自我修补的机能，这就可使钝化膜在溶液中处于不断溶解和随时形成的动态平衡状态。但是在含C1ˉ的中性水中，由于C1ˉ的离子半径较小，容易穿透不锈钢的钝化膜，破坏钝化膜的平衡状态。如果不锈钢表面存在硫化物夹杂，晶介碳化物或其它弱点，孔蚀就先在这些地方形成，并能使蚀孔不断扩大和加深。

　　不锈钢内胆是由不锈钢板材经过氩弧焊接而成，焊接温度在1300℃左右，自然冷却，在焊接热影响区，不锈钢的组织结构必然发生变化，形成贫铬区或碳化物、硫化物夹杂，这些夹杂物极有可能成为孔蚀的活性点，这也就是不锈钢内胆在焊缝附近产生孔蚀的重要原因。在腐蚀较为严重的水介质中，不锈钢表面不易生成钙镁沉积层，使侵蚀性阴离子（如C1ˉ）容易在金属表面吸附并产生活化点，从而发展成孔蚀。NaClO是城市自来水处理常用的杀菌剂。在城市自来水中总是残留着一定浓度的NaClO，这就是造成和加速不锈钢孔蚀的重要因素。

　　此外，温度对不锈钢的腐蚀也有重要影响，试验证明304不锈钢在90℃左右腐蚀失重最大。

　　焊缝区的腐蚀属电化学腐蚀，因此，采用电化学保护—阴极保护必将获得理想的结果。

　　不锈钢内胆的阴极保护

　　* 镁合金牺牲阳极的应用

　　目前,防腐蚀用的镁合金牺牲阴极在国内外电热水器市场上应用的已相当成熟，特别是在搪瓷内胆配置镁阳极对内胆进行阴极保护，具有低成本、高质量的使用性能及寿命。但在不锈钢内胆上的应用有其局限性，特别是有些厂家的设计人员把镁阳极设计得很小，理由是认为镁阳极对不锈钢内胆不起保护作用，不设计又怕用户有意见。

　　搪瓷内胆选用镁阳极时可以按内胆的表面积来计算，一般是200g/m2左右。而不锈钢内胆直接与水接触，裸露面积很大。规格相同的不锈钢内胆和搪瓷内胆都需要采用镁阳极保护的话，显然不锈钢内胆需保护的金属表面要远远大于后者。加上相当于搪瓷内胆的保护电位（-0.85V.Cn/CuSO4电极）,不锈钢内胆的保护电位要高许多（-0.4V.Cn/CuSO4电极）。镁阳极的电位为-1.55V,与搪瓷内胆的电位差0.7V，而与不锈钢内胆的电位差达1.15V。以水为介质与镁阳极构成原电池后，驱动电压很大，产生电流相对也很大。镁阳极溶解速度必然也快，达不到较长时间保护内胆的目的。

　　如何才能延长在不锈钢内胆中使用的镁阳极寿命？在达到保护电位的前提下，降低镁阳极的发生电流量不失为一种简单宜行的办法。

　　以下对比试验可以说明一些问题：

　　从以上试验可以看出，安装镁阳极进行阴极保护，内胆均能达到保护电位。但如果参照搪瓷内胆选用镁阳极，在不锈钢内胆中发生电流很大，消耗很快，达不到长期保护内胆的目的。

　　而不论搪瓷内胆还是不锈钢内胆，人为地在镁阳极与内胆的连接中串联一定阻值（100Ω-300Ω）的电阻（与镁阳极加工成一体），可以在达到保护电位的前提下有效降低发生电流量，延长镁阳极使用寿命的目的。

　　* 强制电流阴极保护

　　镁牺牲阳极阴极保护技术应用于热水器内胆有其一定局限性。主要是使用寿命较短，一般两年左右时间就需要进行更换。加之由于我国地域辽阔，热水器所用的水质成份及其腐蚀性质相差较大，内胆的材料和质量又有差异，造成镁阳极的使用寿命长短不一。特别是对于不锈钢内胆，使用效果不是很好。由于所需保护电流较大，镁阴极的使用寿命较短。

　　就防腐技术而言，还有另外一种方法，即外加电流阴极保护技术，该种方法的基本原理和利用镁阴极防腐的原理是一样的。然而它的优点是使用寿命长，甚至在热水器整个使用寿命期内不必更换，防止不必要的浪费和出现腐蚀的可能性。

　　热水器腐蚀防护的发展趋势是采用小型外加电流保护系统，国内目前也有这方面的研究。也有厂家作过小批量实验。经过跟踪调查，证明技术上是可行的。

　　外加电流阴极保护法是将被保护金属与直流电源的负极相连，通过辅助阳极构成回路给被保护金属施加一定的阴极电流，使其产生阴极极化。当金属的电位负于某一电位时，腐蚀的阳极溶解过程就可以得到有效的抑制，从而实现对金属的保护的一种电化学保护法。

　　通常外加电流阴极保护系统的主要组成部份有辅助阳极，直流电源及参比电极等部件组成。至今外加电流阴极保护技术已经获得了广泛的应用，尤其在较大型的设施上，它的最大优点是它的使用寿命可以达到和被保护的物体有相同使用寿命，不需要中途更换。再一个特点，它可以根据客观条件的变化，如水质或温度的变化，自动调节所需要的变化了的保护电流量，而使其总是处在保护状态。

　　近年来，由于水质的酸度及腐蚀性离子的增加，使热水器中的水的腐蚀性增强，加之我国的地域辽阔，热水器中的水质也各不相同。因而，在热水器上应用小型的外电流阴极保护系统必将是有效的，前途广阔的。

　　由于电子技术的发展，现在可以制造出微型的可控的直流电源设备，它可以根据热水器水质、温度的变化导致的电阻率的变化以及保护电流的变化而自动调节所需要的保护电流。

　　由于贵金属辅助阳极制造技术的进步，现在可以生产出高排流量、长寿命、体积小、重量轻的贵金属辅助阳极。如上两个重要部件的小型化，就可以生产出小型的外加电流阴极保护系统。

　　以下是外加电流保护装量在山东聊城进行试验取得的整机实验数据：

　　在平时热水器处于保温状态时，外加电流保护装置提供的保护电流非常稳定。随着热水器温度的升高（需要的保护电流也要加大），外加电流保护装置提供的输出电流也在自动提高。热水器内胆的电位始终处在保护电位范围内，起到了有效的保护内胆的作用。

　　因地域不同，水的电导率也差异很大。在贮水式热水器内胆的防腐技术中，外加电流保护装置能较好地适应这些问题，并且在使用时采取一定措施的情况下可以实现对热水器内胆长期的有效保护，系统工作稳定。    （责编　连小卫）