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阴极保护的理论知识

自然界中,大多数金属是以化合状态存在的,通过炼制被赋予能量,才从离子状态转变成原子状态,为此,回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。

每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位(自然电位),腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区,得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子(如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤)受到腐蚀,而阴极区得到电子受到保护。

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子,使被保护金属整体处于电子过剩的状态,使金属表面各点达到同一负电位,金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的,即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

1、牺牲阳极法

将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金(即牺牲阳极)相连,使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中,被保护金属体为阴极,牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值,在保护电池中是阳极,被腐蚀消耗,故此称之为“牺牲”阳极,从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。     

牺牲阳极材料有高钝镁,其电位为-1.75V;高钝锌,其电位为-1.1V;工业纯铝,其电位为-0.8V(相对于饱和硫酸铜参比电极)。

2、强制电流法(外加电流法)

将被保护金属与外加电源负极相连,由外部电源提供保护电流,以降低腐蚀速率的方法。其方式有:恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。

外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下,通过土壤提供给被保护金属,被保护金属在大地中仍为阴极,其表面只发生还原反应,不会再发生金属离子化的氧化反应,使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应,因此,辅助阳极本身存在消耗。

 

阴极保护的上述两种方法,都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀,需要保护的金属体,提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流,使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金,另一种则利用直流电源。

强制电流阴极保护驱动电压高,输出电流大,有效保护范围广,适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。

牺牲阳极阴极保护不需外部电源,维护管理经济,简单,对邻近地下金属构筑物干扰影响小,适用于短距离、小口径、分散的管道。

 

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