ISO 93512025 用于海水和盐水沉积物阴极保护的电偶阳极标准立项发展报告

用于海水和盐水沉积物阴极保护的电偶阳极标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:GalvanicAnodesforCathodicProtectioninSeawaterandSalineSediments摘要随着海洋资源开发向深远海持续推进以及沿海基础设施的大规模建设，海水及盐水沉积物环境下的金属结构腐蚀问题日益严峻，阴极保护技术作为最有效的防腐蚀手段之一，其核心部件的标准化水平直接关系到工程安全与使用寿命。国际标准化组织（ISO）于2025年2月19日正式发布ISO9351:2025《用于海水和盐水沉积物阴极保护的电偶阳极》，该标准替代并整合了此前分散于各船舶与海洋工程领域的相关技术规范，系统规定了电偶阳极的材料体系、化学成分、电化学性能、制造工艺、试验方法及检验规则，填补了国际标准在海水和盐水沉积物双重环境下电偶阳极产品技术要求的空白。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业应用价值展开系统阐述，重点分析了标准中对铝基、锌基及镁基阳极材料性能指标的修订要点，并介绍了标准主要起草单位在海洋腐蚀防护领域的工程经验与技术贡献。该标准的发布实施将为海洋工程装备的设计选型、质量控制与工程验收提供统一的技术依据，对提升海洋基础设施的长期耐久性和安全性具有重要的指导意义。关键词：阴极保护；电偶阳极；海水腐蚀；盐水沉积物；国际标准；海洋工程；防腐蚀Keywords:CathodicProtection;GalvanicAnodes;SeawaterCorrosion;SalineSediments;InternationalStandards;MarineEngineering;CorrosionPrevention一、引言海洋环境是自然界中腐蚀性最为严酷的介质环境之一。据国内外腐蚀调查数据表明，海洋工程设施的腐蚀失效约占全部失效事故的30%以上，由此造成的直接经济损失每年高达数千亿美元。在海水全浸区、潮差区以及海底沉积物环境中，钢铁结构的腐蚀速率可达陆地大气环境的数倍至数十倍，而阴极保护技术通过向被保护金属施加阴极极化电流，能够有效抑制电化学腐蚀过程的发生与发展，因而被广泛应用于船舶、海洋平台、海底管道、港口码头及跨海桥梁等关键基础设施的腐蚀防护体系中。电偶阳极（又称牺牲阳极）作为阴极保护系统的核心功能元件，依靠自身与protected结构之间的电位差产生保护电流，无需外部电源，具有安装简便、运行可靠、维护成本低的突出优势，在海洋工程领域应用极为广泛。然而，长期以来，电偶阳极的产品质量和技术要求分散于各国标准及各行业规范之中，缺乏统一的国际标准进行规范，导致不同国家和地区生产的阳极产品在成分控制、电化学性能、寿命预测等方面存在显著差异，给跨区域的工程设计、施工验收和运行管理带来了诸多不便。在此背景下，国际标准化组织下属的金属及合金腐蚀技术委员会（ISO/TC156）经过多年组织协调与技术论证，于2025年2月正式发布了ISO9351:2025标准。该标准的出台凝聚了全球多个国家在海洋腐蚀防护领域的技术积累与工程实践经验，标志着电偶阳极产品标准化工作进入了全新的国际化阶段。二、标准立项背景与编制历程2.1立项背景电偶阳极的标准化工作最早可追溯至二十世纪中叶各工业发达国家制定的船舶建造规范。美国腐蚀工程师协会（NACE，现为AMPP）于1960年代率先发布了推荐性阳极选型指南，其后英国、挪威、日本等海洋工程强国也相继建立了各自的阳极产品标准体系。然而，各国标准在阳极材料的化学成分范围、电流效率测定方法、电位性能判定指标等方面的规定不尽一致，例如美国标准强调闭路电位与电流效率的综合平衡，而欧洲标准则更为关注杂质元素的严格控制。这种标准差异使得国际工程项目中阳极产品的互换性和可比性较差，增加了设计选型和跨国采购的难度，建立统一的国际标准成为海洋工程界的共同呼声。2008年，ISO/TC156在法国巴黎召开的年会上正式提出制定电偶阳极国际标准的建议，得到了与会各国的积极响应。2012年，ISO/TC156下属工作组WG12正式启动标准草案的编制工作，由挪威、中国、日本、美国、法国、英国、韩国等国家的腐蚀与材料专家共同组成起草组。2.2编制历程中的关键议题标准编制过程中，起草组围绕以下关键技术议题进行了深入研讨：（1）适用环境界定的争议。海水与盐水沉积物虽然同属含氯离子介质，但二者在溶解氧含量、温度、pH值、微生物活性等方面存在本质差异。海水为高溶解氧流动介质，而海底沉积物则呈现低氧、高电阻率、含有硫酸盐还原菌(SRB)等特征。早期草案将两者统一编写，但多项工程案例显示，同一阳极在两种环境中的实际发生电流与寿命表现差异显著。经过多轮实验数据比对方讨论，最终确定将海水和盐水沉积物分别列出技术要求，并针对沉积物环境增加了介质电阻率的考虑因素。（2）合金成分体系的协调。铝基阳极（Al-Zn-In系）因具有较高的单位质量电容量（≥2500A·h/kg）和较低的成本，在海洋工程中得到最广泛应用；锌基阳极（Zn-Al-Cd系）电位稳定、电流效率高，适用于高电阻率介质和船舶压载舱等场合；镁基阳极驱动电位大，适用于淡水或土壤环境。起草组对各国标准的合金成分范围进行了系统的对比分析，基于大量长期暴露试验数据确定了合理的成分窗口。（3）电化学性能试验方法的统一。标准采用恒电流法测定阳极的开路电位、闭路电位及电流效率。在试验周期方面，通过对比7天、14天和30天不同试验周期的数据稳定性，最终依据ASTMG97与NACETM0190方法，确定电流效率测定采用7天试验周期。（4）关于打印限制的说明。本标准的电子版采用加密PDF格式，用户下载后需安装FileOpen插件方可阅览，且限制在累计3台电脑上共打印5次。这一技术保护措施相较于传统电子出版物更为严格，对标书编制、图纸引用等需要反复查阅使用场景构成一定不便，在一定程度上限制了标准的广泛传播与实际应用，建议后续版本考虑更便捷的授权方式。三、标准核心技术内容解析ISO9351:2025标准正文共分为10个章节和3个资料性附录，以下对其核心章节内容进行系统解析。3.1范围与规范性引用文件标准明确规定了用于海水和盐水沉积物环境中阴极保护系统的电偶阳极的分类、化学成分、机械性能、电化学性能、尺寸偏差、检验规则、试验方法以及标志、包装、运输和贮存等技术要求，适用于铝基、锌基和镁基三大类电偶阳极产品。标准不适用于淡水环境及高温（>80℃）介质条件下使用的阳极。标准规范性引用文件涵盖了ISO6507-1（金属材料维氏硬度试验）、ISO6892-1（金属材料拉伸试验）、ISO1461（热浸镀锌层技术条件）以及ISO8044（金属及合金腐蚀基本术语与定义）等国际标准，确保试验方法的统一性和试验结果的可比性。3.2术语和定义标准界定了22个关键术语，其中较为重要的包括：-电偶阳极：在电偶腐蚀电池中作为阳极、通过自身优先溶解向被保护金属提供阴极保护电流的金属构件；-开路电位：阳极在指定介质中、未接入保护回路时的自腐蚀电位；-闭路电位：阳极在指定介质中、按额定电流密度通电工作时测得的电位值；-电流效率：阳极实际质量损失对应的发生电量与理论电容量之比，以百分数表示；-驱动电压：阳极工作电位与被保护结构的最小保护电位之间的差值。3.3阳极分类与化学成分要求标准按照阳极材料的基体金属成分，将电偶阳极划分为三大类六个牌号，各类阳极的化学成分要求如表1所示。表1电偶阳极化学成分要求（质量分数，%）|合金类型|牌号|Zn|In|Cd|Al|Si|Fe|Cu|Pb|杂质总量||----------|------|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----------||铝基|AZI|4.0~6.0|0.01~0.02|—|余量|≤0.12|≤0.12|≤0.006|—|≤0.10||铝基|AZIS|5.0~7.0|0.01~0.02|—|余量|0.10~0.15|≤0.12|≤0.006|—|≤0.10||锌基|ZAC|余量|—|0.03~0.10|0.10~0.50|—|≤0.005|≤0.005|≤0.006|≤0.10||锌基|ZAS|余量|—|0.03~0.10|0.10~0.50|—|≤0.005|≤0.005|≤0.006|≤0.10||镁基|MGA|2.5~3.5|—|—|余量|—|≤0.003|≤0.02|—|≤0.05||镁基|MGC|5.0~7.0|—|—|余量|≤0.05|≤0.003|≤0.02|—|≤0.05|标准对化学成分的规定具有以下明确特点：铝基阳极中对有害杂质元素铁含量的控制要求比原各国标准均有所加严（从≤0.15%降至≤0.12%），以确保阳极溶解表面的均匀性，防止局部腐蚀导致的阳极块过早失效。硅元素的控制体现了对铝基阳极铸造性能与电化学活性之间平衡关系的最新认识，突破了过去一味追求低硅的思维模式。3.4电化学性能要求标准对不同类型阳极的开路电位、闭路电位及电流效率设定了明确的量化指标，具体数值要求如表2所示。表2电偶阳极电化学性能要求|合金类型|介质（模拟海水，℃）|开路电位（V，相对Ag/AgCl/海水参比电极）|闭路电位（V，相对Ag/AgCl/海水参比电极）|电流效率（%，≥）|单位质量电容量（A·h/kg，≥）||----------|---------------------|------------------------------------------|------------------------------------------|------------------|------------------------------||铝基|23±2|-1.05~-1.15|-1.00~-1.10|85|2500||锌基|23±2|-0.98~-1.03|-0.95~-1.00|90|780||镁基|23±2|-1.50~-1.60|-1.40~-1.50|50|1200|值得关注的是，标准首次将"单位质量电容量"作为独立的性能评价指标单列，这一改进有利于工程设计人员直接依据阳极质量和目标使用寿命进行精确的用量计算，提高了标准的工程可操作性。3.5试验方法标准对各项性能指标的测试方法进行了详细规定：-化学成分分析：采用光电直读光谱法或电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）进行测定，仲裁试验采用湿法化学分析；-电化学性能测定：采用恒电流法，在模拟海水（按ASTMD1141标准配制）中，以1.5mA/cm²的恒定电流密度通电7天，期间定时记录阳极电位，试验结束后测定阳极的质量损失，按法拉第定律计算电流效率；-机械性能试验：拉伸试验按ISO6892-1规定的方法进行，维氏硬度试验按ISO6507-1执行。3.6检验规则与标志包装标准将阳极产品的检验划分为型式检验和出厂检验两类。凡属下列情况之一者，必须进行型式检验：新产品试制鉴定；正式生产后如材料、工艺有较大改变；正常生产周期满一年；产品长期停产后恢复生产；国家质量监督机构提出型式检验要求。出厂检验项目包括化学成分分析、外观质量检查和尺寸偏差测量。在标志、包装、运输和贮存方面，标准要求每个阳极表面应标注牌号、炉批号和制造厂标志，并附有产品质量证明书。阳极在运输和贮存过程中应采取防碰撞、防雨淋措施，严禁与腐蚀性介质接触，以保证阳极表面状态符合安装使用要求。四、主要起草单位介绍本标准由ISO/TC156归口管理，核心起草工作由挪威DNV（原DNVGL，现DNV）、中国船舶重工集团公司第七二五研究所（洛阳船舶材料研究所）以及日本中川防蚀工业株式会社等单位的专家组成联合起草组承担。中国船舶重工集团公司第七二五研究所中国船舶重工集团公司第七二五研究所（以下简称"七二五所"）是中国船舶集团旗下专业从事船舶及海洋工程材料与腐蚀防护技术研究的综合性研究所，总部位于河南省洛阳市，设有海洋腐蚀与防护国家重点实验室、国家船舶材料质量监督检验中心等国家级科研平台。七二五所在电偶阳极领域拥有超过四十年的研究积累，是国内最早开展铝基牺牲阳极材料研发的单位之一。七二五所的海洋腐蚀与防护研究团队长期承担国家重点型号工程中阴极保护系统的设计与评估任务，其自主研发的Al-Zn-In系阳极合金已在数百艘舰船和数十座海洋平台中获得成功应用，累计供货量超过十万吨。在ISO9351标准编制过程中，七二五所作为中国代表团的核心技术支撑单位，主要承担了以下关键工作：一是基于国内大量实海暴露试验数据，向起草组提供了铝基阳极在南海高温海水环境下的长期腐蚀行为数据，为标准中阳极寿命预测模型的建立提供了宝贵的实证依据；二是牵头组织开展了铝基阳极电流效率测定方法的实验室间比对验证工作，协调了中、日、挪三国六个实验室之间的试验数据偏差，为最终确定试验参数提供了科学依据；三是参与了标准中盐水沉积物环境条款的起草工作，将我国在渤海海底沉积物环境中阳极保护工程的经验成果纳入标准条款。七二五所还承担了多项国家标准和行业标准的制修订工作，牵头制定了GB/T4948《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》和GB/T4950《锌-铝-镉合金牺牲阳极》等国家标准，为中国电偶阳极标准化体系建设奠定了坚实基础。五、标准实施的意义与应用前景5.1对行业技术进步的推动作用ISO9351:2025的发布实施，将电偶阳极的产品质量要求提升到了一个新的技术高度。首先，标准将铝基阳极的铁杂质含量上限由以往各国标准普遍规定的0.15%加严至0.12%，这一变化将促使阳极生产企业从原料采购、熔炼工艺到铸造过程进行全流程的质量升级，有利于淘汰落后产能，推动行业整体技术水平提升。其次，标准建立的电化学性能评价体系实现了从"定性判定"到"定量评价"的转变，阳极的电流效率、单位质量电容量等关键指标均为量化数值，为工程质量验收提供了明确的技术依据。5.2对海洋工程建设的支撑作用当前，全球海洋工程正处于快速发展期，海上风电、深海油气开发、海底电缆和跨海通道等基础设施建设力度不断加大。以海上风电为例，单座大型海上风电机组的钢管桩基础阴极保护所需电偶阳极重量可达数吨至数十吨，阳极的产品质量直接关系到基础结构在设计寿命期内的安全可靠性。ISO9351:2025为工程设计、设备采购和施工验收提供了全链条的技术依据，有助于减少因阳极质量问题导致的返工和维修成本，保障工程建设的顺利实施。5.3对未来标准体系的引领作用ISO9351:2025的发布还将对相关标准体系的进一步完善产生积极的引领作用。目前，ISO/TC156已着手启动配套的阴极保护设计标准修订工作，计划将ISO9351中的阳极性能数据纳入设计规范中，形成"材料标准-设计标准-施工标准"相互衔接的完整标准链。此外，随着绿色发展理念的深入推进，电偶阳极材料的环境友好性和可回收性也将成为未来标准修订的重要关注方向。六、结论与展望ISO9351:2025《用于海水和盐水沉积物阴极保护的电偶阳极》国际标准的正式发布，是海洋腐蚀防护领域标准化工作的一个重要里程碑。该标准系统整合了全球电偶阳极领域数十年积累的技术成果和工程实践经验，在材料体系、性能指标、试验方法等方面实现了全面升级，为海水和盐水沉积物环境中金属结构的阴极保护设计和施工提供了统一、权威的技术依据。标准的发布不仅有助于消除国际贸易中的技术壁垒，促进阳极产品的国际流通与互认，也为海洋工程装备的长期安全运行提供了重要的技术保障。随着深远海资源开发的持续推进和海洋工程结构服役环境日趋复杂，电偶阳极标准化工作仍将面临新的挑战，如高温深水环境下的性能评价、微生物腐蚀作用下的阳极行为等课题有待进一步研究。中国作为海洋大国和阳极生产大国，应持续深入参与I