锌合金牺牲阳极是电化学保护系统中常用的阳极材料，通过自身腐蚀消耗来保护金属结构（如船舶、管道、储罐等）。其使用材料主要以锌为基体，添加其他合金元素以改善电化学性能（如电位、电流效率、溶解均匀性等）。以下是常见的锌合金牺牲阳极材料种类及特点：

一、传统高纯锌阳极（纯锌阳极）

早期使用的牺牲阳极材料，以高纯度锌（通常≥99.995%）为原料。

成分：几乎不含其他杂质或合金元素。

特点：电位较负（约-1.05~-1.10V vs CSE），但电流效率低（只约50%~60%），溶解不均匀（易形成“结瘤”或局部过腐蚀），目前已逐渐被合金化产品替代。

二、锌-铝系合金牺牲阳极

非常常用的锌合金阳极类型，通过添加铝改善锌的力学性能和电化学性能。根据铝含量差异，可分为以下几类：

1. Zn-Al-Cd合金（传统镉系阳极）

典型成分：Zn ≥95%，Al 0.3%~0.6%，Cd 0.05%~0.12%（如GB/T 4950中的Zn-Al-Cd 4型）。

特点：电位适中（约-1.10~-1.15V vs CSE），电流效率高（≥80%），溶解均匀性好；但镉（Cd）是剧毒重金属，会对环境和人体健康造成危害，目前已被多国限制或禁止用于民用领域（如船舶、海洋工程）。

2. Zn-Al-Mn合金

为替代含镉阳极而开发的低碳型材料，通过添加锰（Mn）弥补去掉镉后的性能损失。

典型成分：Zn ≥94%，Al 0.3%~0.7%，Mn 0.2%~0.5%（如GB/T 4950中的Zn-Al-Mn系，或ASTM B418 Type II）。

特点：

无镉，符合低碳要求（如欧盟RoHS指令）；

电位与Zn-Al-Cd相近（约-1.10~-1.15V vs CSE），电流效率≥85%；

耐海水/淡水腐蚀性能好，是目前应用非常广泛的锌合金牺牲阳极（船舶外壳、海底管道、港口设施等）。

3. Zn-Al-Si合金

部分场景下会添加硅（Si）改善铸造性能或细化晶粒，常与铝、锰复配（如Zn-Al-Mn-Si）。

特点：提高阳极的机械强度，减少铸造缺陷，适用于对形状精度要求较高的场合。

三、锌-铝-稀土合金牺牲阳极

在Zn-Al-Mn基础上添加少量稀土元素（如Ce、La、Y等），进一步优化阳极的电化学活性和溶解均匀性。

典型成分：Zn ≥93%，Al 0.4%~0.8%，Mn 0.2%~0.6%，RE（稀土总量）0.01%~0.1%。

特点：

进一步提高电流效率（可达90%以上）；

降低阳极的自腐蚀速率，延长使用寿命；

增加对低导电介质（如淡水、土壤）的适应性，适用于内陆管道、地下储罐等场景。

四、特殊用途锌合金阳极

针对特定环境或介质优化的合金体系：

1. 锌-铝-铟合金

添加铟（In）可调整阳极的电位，使其更负（接近镁合金阳极的电位，但成本更低），适用于需要更强保护电流的场合（如高电阻率土壤、高温环境）。

特点：电位约-1.20~-1.25V vs CSE，电流效率高，但铟价格较高，应用范围有限。

2. 锌-锡合金

主要用于淡水环境（如内河船舶、水电站管道），因锡（Sn）能提高锌在淡水中的稳定性，减少钝化倾向。

典型成分：Zn ≥98%，Sn 1%~3%。

特点：在淡水中电流效率优于纯锌，且不易形成致密氧化膜。

五、标准与规范参考

不同国家/行业对锌合金牺牲阳极的成分和性能有明确规定，常见标准包括：

中国：GB/T 4950《锌-铝-镉合金牺牲阳极》、GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》；

国际：ASTM B418（美国材料与试验协会）、ISO 15589；

欧洲：EN 12496《阴极保护用牺牲阳极》。

总结

锌合金牺牲阳极的核心发展方向是无镉低碳化和高性能化。目前主流材料为Zn-Al-Mn系无镉合金，兼顾性能与低碳；特殊场景则选用Zn-Al-RE、Zn-Al-In等定制化合金。选择时需根据保护对象的环境（海水/淡水/土壤）、介质电阻率、保护电流需求等因素综合确定。