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第十二章 防护方法 电化学保护 阴极保护 (1)保护原理 金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa 减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 。 阴极保护的原理 ： 由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。 阴极保护的效果用保护度η表示 (2) 保护参数 保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。显然，要使金属的腐蚀速度降低到零，达到“完全保护”(即保护度η =100%)，必须取阳极反应平衡电位作为保护电位，即取Epr = Eea。 (最小)保护电流密度ipr：与所取保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度。 *在两个保护参数中，保护电位是基本的控制指标。 阴极保护适合的体系： 从理论上来讲，任何体系都可以。 但在工程上作为一种腐蚀控制技术还要求保护电流密度比较小，在经济上才合算。阴极保护的经济指标可以用保护效益Z来衡量 腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小(即阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平)，则随着电位负移，金属腐蚀速度减小快，而保护电流密度增加慢，保护效益也就较大，可以满足经济指标方面的要求。 工业上应用阴极保护的腐蚀体系是： 土壤、海水、河水等环境中的碳钢管道、构筑物、设备。 *确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第一，从保护效果来讲，Epr越负越好。第二，析氢反应的影响。析氢是使极化电流密度迅速增大，保护效益降低；析氢还可能造成对设备金属材料的危害，如氢脆问题，以及对金属表面涂层的破坏。 阴极保护举例： 测量阴极极化曲线 ，确定是否适宜采用阴极保 护。 从极化曲线上确定保护电位，及相应的保护电流密度。 计算保护度 ：测量极化曲线得出保护电位的大致范围后，将试样恒定在不同的极化电位，经过适当的暴露时间，用失重法测量金属的腐蚀速度，从而计算不同极化电位下的保护度。 (3) 两种阴极保护法 外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；而牺牲阳极保护中所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都是活泼的有色金属，常用的有锌、铝、镁。为了有效地发挥保护作用，牺牲阳极的电位要足够负，阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。 两种阴极保护法的比较： 牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，对周围设备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。 外加电流阴极保护法不消耗有色金属，可以提供较大的保护电流，对保护效果易于进行监测和控制，但需要直流电源，对保护系统要经常进行检查和管理，由于电流流过的范围宽，可能对周围其他金属设备产生杂散电流腐蚀。 阳极保护 (1)原理 对具有活态—钝态转变而不能自钝化的腐 蚀体系，通过阳极极化电流，使金属的电 位正移到稳定钝化区内，金属的腐蚀速度 就会大大降低，这种防护方法称为阳极保 护。 阳极保护的实现必须具备两个条件： 第一 腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝 化区，即在阳极极化时金属能够钝 化。 第二 阳极极化时金属的电位要正移到钝 化区内，否则金属的腐蚀速度不仅 不会减小反而会增大(称为电解腐蚀)。 (2) 保护参数 致钝电流密度i致：为使金属钝化所需的外加阳极极化电流密度 。 维钝电流密度i维：钝化区所对应的阳极极化电流密度。i维 用于维持金属的钝态，在阳极保护中反映日常的电耗和钝化后金属的腐蚀速度。i维 越小，阳极保护的效果越好。 维钝区电位范围Epp～Etp： 反映金属钝态的稳定程度，钝化区电位范围越宽，说明金属钝化后不容易活化或过钝化。 电化学保护中的辅助电极系统 (1)辅助电极材料 外加电流阴极保护和阳极保护需要有辅助电极构成电流回路。辅助电极的作用是通电，故辅助电极材料必须导电良好，能通过较大的极化电流密度,有足够的耐蚀性 、机械性能，加工性能和经济性能。 ●●外加电流阴极保护中的辅助阳极材料 ●●阳极保护中的辅助阴极材料 ? （2）电流分散能力和辅助电极系统设计 ●●电流分散能力 极化电流均匀地分散到被保护设备表面上的能力叫电流分散能力。分散能力越好，被保护设备表面上的极化电位越均匀，保护效果越好。 *实际生产设备结构复杂，各部件之间还存在着对极化电流的屏蔽作用。 *改善极化电流分布的均匀性。 ●●辅助电极系统的设计 首先是要确定辅助电极的数量和位置。为了减小