【正文】 第十二章 防護(hù)方法 ? 電化學(xué)保護(hù) ? 陰極保護(hù) ? (1)保護(hù)原理 ? 金屬 —電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過電位 ηa 減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù) 。 防護(hù)技術(shù) 外加電流陰極保護(hù)示意圖 電流關(guān)系 :Ⅰ IcⅠ ＝ⅠIcⅠ Ia 外加電流陰極保護(hù) 陽(yáng)極區(qū) 陰極區(qū) 腐蝕金屬 陰極 陽(yáng)極 Icor Ia Ic Icor=Oa=/Ic/ 腐蝕電池 － ＋ I 直流電源 輔助陽(yáng)極 陰極 陽(yáng)極 輔助 陽(yáng)極 I－ － ＋ Ic Ia Ia I 防護(hù)技術(shù) E Eor Eea Lgicor Lgipr Lgi E Eor Eea Lgicor Lgipr Lgi Ee(H??H) /ic/ ia 活化極倫控制腐蝕體系 氧擴(kuò)散控制腐蝕體系 兩種腐蝕體系所需保護(hù)電流的比較 陰極保護(hù)的原理 ： 由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng) (失電子反應(yīng) )受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時(shí)，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。 陰極保護(hù)的效果用保護(hù)度 η表示 %10 001%10 000 ??????? ?????VVVVV?(2) 保護(hù)參數(shù) 保護(hù)電位 Epr： 陰極保護(hù)中所取的極化電位 。 顯然，要使金屬的腐蝕速度降低到零，達(dá)到“完全保護(hù)” (即保護(hù)度 η =100%)， 必須取陽(yáng)極反應(yīng)平衡電位作為保護(hù)電位，即取 Epr = Eea。 (最小 )保護(hù)電流密度 ipr： 與所取保護(hù)電位對(duì)應(yīng)的外加極化電流密度叫做保護(hù)電流密度。 *在兩個(gè)保護(hù)參數(shù)中，保護(hù)電位是基本的控制指標(biāo)。 陰極保護(hù)適合的體系： ? 從理論上來講，任何體系都可以。 ? 但在工程上作為一種腐蝕控制技術(shù)還要求保護(hù)電流密度比較小，在經(jīng)濟(jì)上才合算。陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以用保護(hù)效益 Z來衡量 腐蝕體系的陰極極化率大，陽(yáng)極極化率小 (即陰極極化曲線陡而陽(yáng)極極化曲線平 )，則隨著電位負(fù)移，金屬腐蝕速度減小快，而保護(hù)電流密度增加慢，保護(hù)效益也就較大，可以滿足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面的要求。 工業(yè)上應(yīng)用陰極保護(hù)的腐蝕體系是： 土壤、海水、河水等環(huán)境中的碳鋼管道、構(gòu)筑物、設(shè)備。 *確定保護(hù)電位時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素：第一，從保護(hù)效果來講， Epr越負(fù)越好。第二，析氫反應(yīng)的影響。析氫是使極化電流密度迅速增大，保護(hù)效益降低；析氫還可能造成對(duì)設(shè)備金屬材料的危害，如氫脆問題，以及對(duì)金屬表面涂層的破壞。 陰極保護(hù)舉例： ? 測(cè)量陰極極化曲線 ，確定是否適宜采用陰極保 護(hù)。 ? 從極化曲線上確定保護(hù)電位，及相應(yīng)的保護(hù)電流密度。 ? 計(jì)算保護(hù)度 ：測(cè)量極化曲線得出保護(hù)電位的大致范圍后，將試樣恒定在不同的極化電位，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋┞稌r(shí)間，用失重法測(cè)量金屬的腐蝕速度，從而計(jì)算不同極化電位下的保護(hù)度。 防護(hù)技術(shù) 電 位 () 1000 900 800 1 2 3 4 5 6 7 8 9 電流密度 (A/m178。) 碳鋼在聯(lián)堿鹽析結(jié)晶器溶液中的陰極極化曲線 引自 171。電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用 187。 P71 1:靜態(tài) 2:微攪動(dòng) 溶液成分： Fnh? 56 滴度 CnH? 滴度 Cl 113 滴度 Na+ 滴度 常溫 防護(hù)技術(shù) 碳鋼在聯(lián)堿鹽析結(jié)晶器溶液中的保護(hù)參數(shù) 保護(hù)電位（ nv/sce) 850 900 950 1000 1050 保護(hù)電流密度 (A/m178。) 0 腐蝕速度 (mm/y) 保護(hù)度 (%) 0 析氫情況 產(chǎn)生少量氫氣泡 大量析氫 試驗(yàn)時(shí)間 :144小時(shí) 溶液成分 :FnH? 64 滴度 CNH? 滴度 Cl 100滴度 試驗(yàn)溫度：常溫 引自 171。電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用 187。 P74 防護(hù)技術(shù) 金屬或合金 參 比 電 極 Cu/飽和CuSO? Ag/AgCl/ 海水 (2) Ag/AgCl/ 飽和 KCl Zn/潔凈海水 鐵 與 鋼 含氧環(huán)境 缺氧環(huán)境 + + 鉛 + 銅合金 ~ ~ ~ +~+ 鋁 (3) 正的極限值 負(fù)的極限值 + 一些金屬的保護(hù)電位 (單位： V) （ 1）比表數(shù)據(jù)取自 1973年 8月英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究所制定的陰極保護(hù)規(guī)范 （ 2）海水指潔凈，并未稀釋的海水 （ 3）鋁進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，電位不能太負(fù)，否則會(huì)加速腐蝕，產(chǎn)生負(fù)保護(hù)效應(yīng) 防護(hù)技術(shù) 鋼鐵的（陰極保護(hù)）保護(hù)電流密度 環(huán)境 條件 Ipr(mA/m178。) 環(huán)境 條件 Ipr(mA/m178。) 稀硫酸 海水 淡水 高溫淡水 高溫淡水 室溫 流動(dòng) 流動(dòng) 氧飽和 脫氣 120 150 60 180 40 中性土壤 中性土壤 中性土壤 混凝土 混凝土 細(xì)菌繁殖 通氣 不通氣 含氯化物 無氯化物 400 40 4 5 1 ＜金屬防蝕技術(shù)便覽＞ 幾個(gè)腐蝕體系的陽(yáng)極保護(hù)參數(shù) 金屬 溶液 溫度176。 C 致 (A/m178。) 維 (A/m178。) Epp~Etp() 碳鋼 碳鋼 碳鋼 不銹鋼 50%H?So? 碳銨生產(chǎn)碳化液 25%NH?oH 67%H?So? 27 40 室溫 24 2325 300左右 6 31 ~1 +~ ~+ ~+ +~+ (3) 兩種陰極保護(hù)法 外加電流陰極保護(hù) 所需保護(hù)電流是由直流電源 (如蓄電池 、 直流發(fā)電機(jī) 、 整流器等 )提供的；而 犧牲陽(yáng)極保護(hù) 中所需保護(hù)電流是由犧牲陽(yáng)極的溶解所提供的 。 犧牲陽(yáng)極材料都是活潑的有色金屬 ， 常用的有 鋅 、 鋁 、 鎂 。 為了有效地發(fā)揮保護(hù)作用 ， 犧牲陽(yáng)極的電位要足夠負(fù) ， 陽(yáng)極極化率要小 ， 特別是表面不能生成保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜 ， 陽(yáng)極溶解要均勻 。 防護(hù)技術(shù) 兩種陰極保護(hù)示意圖 .外加電流保護(hù)法 . 箭頭表示電流方向 .犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 . 箭頭表示電流方向 + 直流電源 輔助陽(yáng)極 腐蝕介質(zhì) 被保護(hù)設(shè)備 埋地管道 犧牲陽(yáng)極 地面 接線盒 兩種陰極保護(hù)法的比較： ? 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法安裝簡(jiǎn)單，不需要直流電源，對(duì)周圍設(shè)備的干擾小。但犧牲陽(yáng)極消耗大，難以調(diào)節(jié)在最佳保護(hù)電位，且提供的電流較小。 ? 外加電流陰極保護(hù)法不消耗有色金屬，可以提供較大的保護(hù)電流，對(duì)保護(hù)效果易于進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，但需要直流電源，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)要經(jīng)常進(jìn)行檢查和管理，由于電流流過的范圍寬，可能對(duì)周圍其他金屬設(shè)備產(chǎn)生雜散電流腐蝕。 ?陽(yáng)極保護(hù) (1)原理 對(duì)具有活態(tài) —鈍態(tài)轉(zhuǎn)變而不能自鈍化的腐 蝕體系，通過陽(yáng)極極化電流，使金屬的電 位正移到穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)，金屬的腐蝕速度 就會(huì)大大降低，這種防護(hù)方法稱為陽(yáng)極保 護(hù)。 E Etp Epp i維 i致 i 能夠進(jìn)行陽(yáng)極保護(hù)的腐蝕體系的陽(yáng)極極化曲線及保護(hù)參數(shù) 陽(yáng)極保護(hù)的實(shí)現(xiàn)必須具備兩個(gè)條件： 第一 腐蝕體系的陽(yáng)極極化曲線上存在鈍 化區(qū)，即在陽(yáng)極極化時(shí)金屬能夠鈍 化。 第二 陽(yáng)極極化時(shí)金屬的電位要正移到鈍 化區(qū)內(nèi)，否則金屬的腐蝕速度不僅 不會(huì)減小反而會(huì)增大 (稱為電解腐蝕 )。 (2) 保護(hù)參數(shù) 致鈍電流密度 i致 ：為使金屬鈍化所需的外加陽(yáng)極極化電流密度 。 維鈍電流密度 i維 ：鈍化區(qū)所對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極極化電流密度。 i維 用于維持金屬的鈍態(tài)，在陽(yáng)極保護(hù)中反映日常的電耗和鈍化后金屬的腐蝕速度。 i維 越小，陽(yáng)極保護(hù)的效果越好。 維鈍區(qū)電位范圍 Epp～ Etp： 反映金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定程度，鈍化區(qū)電位范圍越寬，說明金屬鈍化后不容易活化或過鈍化。 防護(hù)技術(shù) 鋼鐵的（陰極保護(hù)）保護(hù)電流密度 環(huán)境 條件 Ipr(mA/m178。) 環(huán)境 條件 Ipr(mA/m178。) 稀硫酸 海水 淡水 高溫淡水 高溫淡水 室溫 流動(dòng) 流動(dòng) 氧飽和 脫氣 120 150 60 180 40 中性土壤 中性土壤 中性土壤 混凝土 混凝土 細(xì)菌繁殖 通氣 不通氣 含氯化物 無氯化物 400 40 4 5 1 ＜金屬防蝕技術(shù)便覽＞ 幾個(gè)腐蝕體系的陽(yáng)極保護(hù)參數(shù) 金屬 溶液 溫度176。 C 致 (A/m178。) 維 (A/m178。) Epp~Etp(V, SCE) 碳鋼 碳鋼 碳鋼 不銹鋼 50%H2SO4 碳銨生產(chǎn)碳化液 25%NH4OH 67%H2SO4 27 40 室溫 24 2325 300左右 6 31 ~1 +~ ~+ ~+ +~+ ? 電化學(xué)保護(hù)中的輔助電極系統(tǒng) (1)輔助電極材料 外加電流陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)需要有輔助電極構(gòu)成電流回路。 輔助電極的作用是通電 ，故輔助電極材料必須 導(dǎo)電良好 ， 能通過較大的極化電流密度 ,有足夠的 耐蝕性 、機(jī)械性能，加工性能和經(jīng)濟(jì)性能。 ●● 外加電流陰極保護(hù)中的輔助陽(yáng)極材料 ●● 陽(yáng)極保護(hù)中的輔助陰極材料 防護(hù)技術(shù) 輔助陽(yáng)極材料的性能 陽(yáng)極材料 使用環(huán)境 容許電流密度(A/dm178。) 消耗率 Kg/Ay 碳鋼 鑄鐵 鋁 硅鑄鐵 硅鑄鐵 石墨 石墨 磁性氧化鐵 磁性氧化鐵