电热水器中镁合金阳极腐蚀规律的试验研究

摘要

电热水器的寿命取决于内胆的寿命，而内胆易腐蚀，一般采用涂抹搪瓷和外加牺牲阳极棒双重防腐法来保护内胆。一些电热水器中有测量腐蚀电流的装置，并以阳极棒腐蚀至一定程度时的电流作为更换阳极棒的电流阀值。实际使用过程中，报警装置有时发生误报警。本文主要分析误报警的原因，并通过实验找出镁合金阳极棒腐蚀规律，最终给出优化的报警方案。
　　为了实时监测腐蚀电流的变化，首先开发了实时测量腐蚀电流的装置。通过软件编程和硬件搭建来完成具有任意选择通道组合、任意选择测量时间间隔、自动绘制曲线并在计算机上动态显示、采集数据并以数据文件存储等多功能的电流测量装置。
　　前期调研发现，水质是引起误报警的主要影响因素，本文设计加速试验研究了水质中的主要四大离子:Cl-、SO2-4、Mg2+、Ca2+对镁合金腐蚀的影响。首先研究了高浓度溶液中镁合金腐蚀电流的变化规律。结果表明镁合金在自来水中的腐蚀主要受阴离子(Cl-、SO42-)的影响。然后，通过对NaCl、Na2SO4溶液中镁合金的腐蚀速率、腐蚀产物成分、宏观和组织微观形貌等腐蚀行为的进一步试验研究，探讨了镁合金在NaCl、Na2SO4溶液中腐蚀的机理。结果表明镁合金在NaCl溶液中发生点蚀且腐蚀具有选择性，导致镁合金组织微观形貌不均匀，腐蚀产物易脱落，宏观形貌上表现为针状，腐蚀速率较快;而镁合金在Na2SO4溶液虽发生点蚀但腐蚀为全面腐蚀，导致镁合金组织微观形貌较均匀，产物不易脱落，宏观形貌上表现为爆炸状，腐蚀速率较慢。
　　电热水器中通常在内胆和加热管之间添加一个平衡电阻来保护内胆和加热管，通过在南京水质下测量不同质量分数的镁合金在各种阻值下内胆与加热管的电位变化情况来确定平衡阻值的大小，得出在南京水质下平衡电阻的最优取值范围为600Ω-750Ω。水质比南京好的地区，平衡电阻的取值范围整体下移;水质比南京差的地区，平衡电阻的取值范围整体上移。本文采用的平衡阻值为620Ω。由于镁合金的腐蚀主要受阴离子(CI-、SO42-)的影响，故本文研究不同质量分数的镁合金在不同低浓度（电导率）的阴离子(Cl-、SO42-)溶液中腐蚀电流和保护电位的变化情况，结果表明镁合金在低浓度溶液中腐蚀电流变化规律与在高浓度溶液中一致，且在高、低浓度溶液中，当不考虑垢对镁合金腐蚀的影响时，腐蚀90％时的电流大约是初始腐蚀电流值的70％。当考虑垢对镁合金腐蚀的影响时，腐蚀90％时的电流大约是初始腐蚀电流值的40％。综合有垢与无垢的情况，报警电流可以设置为初始电流的40％-70％。
　　对于电热水器中误报警的问题，主要可以通过调节电流比例法和调节平衡阻值法两方法进行优化。第一种方法是根据各地区水质的不同设置不同的报警电流，最终报警电流值为y=k（0.00264utKs+1.03909）;其中:k为0.4～0.7（电导率大于100μS/cm）或0.8（电导率小于100μS/cm）;ut=1+0.022(t-25);Ks为水溶液在25℃下的电导率。第二种方法是调节平衡电阻来实现相同的报警值，水质好的地区，减小平衡阻值;水质不好的地区，增大平衡阻值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 电热水器简介

1．3 电热水器内胆腐蚀

1．3．1 电化学腐蚀

1．3．2 影响内胆腐蚀的因素

1．4 阴极保护技术

1．4．1 阴极保护的技术发展

1．4．2 阴极保护方法

1．4．3 阴极保护参数

1．5 热水器内胆防腐技术

1．5．1 牺牲阳极材料的选择

1．5．2 牺牲镁合金阳极防腐技术现状与问题

1．6 研究意义与内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第二章 多通道腐蚀电流实时监测装置的开发

2．1 实验材料与设备

2．2 工作原理

2．3 实现方案

2．3．1 电路板的设计

2．3．2 软件编程

2．4 本章小结

第三章 镁合金在特定腐蚀液中的腐蚀规律与机理

3．1 材料与设备

3．1．1 化学试剂及材料

3．1．2 实验仪器

3．2 镁合金在高浓度溶液中腐蚀电流的变化规律

3．2．1 实验方法

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 镁合金在阴离子溶液中腐蚀行为的探究

3．3．1 实验方法

3．3．2 实验结果

3．3．3 分析讨论

3．4 本章小结

第四章 镁合金在热水器中的腐蚀规律

4．1 搪瓷的质量验证

4．2 平衡阻值的确定

4．2．1 加热管的安装方式

4．2．2 平衡取值的确定

4．3 模拟腐蚀实验

4．3．1 材料与设备

4．3．2 实现步骤

4．3．3 实验结果

4．3．4 实验结论

4．4 镁合金在高低浓度溶液中腐蚀规律的联系

4．5 本章小结

第五章 报警装置的优化方案

5．1 调节报警电流与初始电流的比例法

5．2 调节平衡电阻法

5．3 两种方法优缺点

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文