金属的腐蚀与防护：第6章 电化学保护

碳化塔冷却 水管
碳钢
NH4OH， NH4HCO3，40℃
使用1a多，效果显著
注：阳极保护在含有Cl-的介质中慎用；工程设计中注意绝缘和参比点的选择。
第六章 电化学保护
§6.2 阴极保护
一、基本原理 阴极保护是将被保护金属阴极极化，
使之处于热力学稳定区，从而减轻或防止 金属腐蚀的电化学方法。
钼阴极
防蚀率约84% 铁离子从40×10-6 降至12×10-6
70℃～90℃H2SO4 100℃～120℃
阴极：哈氏合金， 经过140h保护后，表面
参比：不锈钢
和焊缝良好
NH4OH，NH4NO3， 与尿素混合液
阴极：碳钢，参 比：铸铁
效果显著
NH4OH， NH4HCO3，40℃
表面涂环氧；阴 极：碳钢，参比： 保护1～3a，效果显著 不锈钢喷铝，涂 （化肥厂较好） 环氧
恒电位仪，工业用一般要求为6～24V，50～500A。根据阳极保护 三参数和被保护体的面积估算。配电与走线要求安全合理，注意接地， 防止杂散电流腐蚀。
第六章 电化学保护
四、阳极保护方式
1．单纯阳极保护
有连续通电式和间歇通电式。
用同一套电器设备同时满足icp和ip的要求，往往遇到实际困难。因为二者数 值 往 往 相 差 几 个 数 量 级 ， 如 ： 在 100℃H2SO4 中 ， 对 于 碳 钢 icp ＝ 100A·m-2 ， ip ＝ 0.5A·m-2；在30%HNO3中，对于碳钢icp＝10000 A·m-2，ip＝0.2A·m-2，为解决这 一矛盾，可以采取逐渐加液连续通电式或连续钝化式。
极化电流密度（i）越大，转化为钝化状态所需时间（t）越短，其 间大体有如下关系：
（i－icp）×t＝常数 实际应用中要求icp越小越好，若太大则极化初期消耗功率大，使 设备庞大而造价较高。
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（2）维钝电流密度或稳定钝化电流密度（ip）：是钝化状态下维持电位稳 定所需电流密度（A·m-2），它主要用于补充钝化膜的溶解。
金属的腐蚀与防护
教学课件
第六章 电化学保护
应用电化学极化的方法来防止和减轻金属腐蚀的方法 称为电化学保护。
主要有阳极保护和阴极保护两种类型。 另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所 采取的排流防蚀技术及区域保护技术也进行了阐述论述。
第六章 电化学保护
§6.1 阳极保护 对腐蚀介质中的金属结构物进行阳极极化，使其表面形成钝化膜， 并通电维持其钝化状态，从而显著降低腐蚀速度的保护措施称为阳极 保护。 主要用于有氧化性且无Cl-的酸、碱、盐溶液中，要求材料必须具 有钝化性，因此在海洋环境中忌用阳极保护，因为海水中含有大量Cl-。
第六章 电化学保护
2．联合保护
阳极钝化法与其他防腐方法相结合的联合保护技术往往具有更好 的防腐效果，经常采用的联合保护是阳极钝化法。
主要有下列三种方式，即与涂层结合、与缓蚀剂结合或与电偶结 合。
例如：由于硫酸中的钛与碳或铂（电偶）相连接、热硫酸中的铬 钢与Fe3O4 + MnO2相连接时可处于钝化稳定区，当初期使设备强制钝 化后，就可以用电偶方式保持其钝化状态。
第六章 电化学保护
三、系统结构
包括恒电位仪、辅助阴极、参比电极和被保护结构物，以及附设电路和仪表等。 1．阴极材料
要求耐蚀，机械强度好，不发生氢脆。 浓硫酸中可使用铂、金、铸铁等； 稀硫酸中可使用银、铝青铜、石墨； 盐水中可使用高镍或高铬合金、碳钢； 碱液中可使用碳钢。 阴极设置力求最佳电流分布，使被保护的结构物整体均处于钝化稳定区。阴极 安装应当绝缘、牢固、方便维修。阴极引出线与被保护体之间绝缘良好，并进行绝 缘密封。
NaOH100g·L-1， Na2S 35 g·L-1， 180℃
致钝电流4000A， 腐蚀速度由1.9mm·a-1降 维钝电流600A 至0.26mm·a-1
硫酸储槽
硫酸槽加热 盘管
铁路槽车
碳化塔冷却 水管
碳钢
不锈钢， 面积 0.36m2 碳钢
碳钢
H2SO4<85%，含有 机物，27℃～65℃； H2SO4 89%
第六章 电化学保护
五、应用举例（表6-2）
表6-2 阳极保持应用举例
设备名称 设备材料
介质
保护措施
保护效果
有机磺酸中 和罐
不锈钢
20%NaOH中加 RSO3H中和
铂阴极，钝化区 电位范围250mV
孔蚀明显减少，产品含 铁由（250～300）×106减少至（6～20）×10-
6
纸浆蒸煮锅
碳钢 （2.5m， H 12m）
一、原理 由E-pH图可见，当电极发生阳极极化而电位正移时，金属由活 化腐蚀区过渡到钝化稳定区，使腐蚀过程的阴极控制变为阳极控制。 只有能够发生阳极钝化的情况下才适用于该方法，极化状态必须保持 在钝化区。
第六章 电化学保护
二、参数
由钝化曲线可以看出，阳极保护的主要参数是： （1）致钝电流密度，或临界电流密度（icp）：是产生钝化所需最小 阳极极化电流密度（A·m-2），它相当于金属阳极溶解的最大值，只有 超过此值的电流部分才能形成钝化膜。
逐渐加液连续通电式是采取逐步加液，逐步钝化，直至容器中盛满液体和完 全钝化，在此过程中，所需电流一直维持较小数量级。
连续钝化式是预先涂覆临时性涂层，由于涂层有针孔，露出的面积很小，钝 化电流也较小，实际使用过程中涂层逐渐破损，破损处很快钝化，直至涂层完全 剥落，容器完全钝化，但其致钝电流却始终较小。
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2．参比电极 有甘汞电极、氯化银电极、硫酸亚汞电极或氧化亚汞电极，根据介
质性质和使用要求选定。 铂在硫酸中，银在盐酸中或食盐水中，锌在碱性溶液中具有稳定电
位，也可作参比电极使用。 参比电极应分别设置在距离阴极近、中、远三处，平时以中间为监
控标准，近、远处的参比电极可用来观察电位分布或临时使用。 3．电器设备
因此，ip越小越好，且消耗电能少。根据电解定律可以求出钝化膜的溶 解速度Km与ip的关系为：
Km＝N×ip／26.8（g·m-2·h-1）
（6—1）
式中：N——钝化膜的化学当量（g）；
ip——钝化膜的维钝电流密度（A·m-2）； 26.8——电化学当量（A·h），26.8A．h＝96500 C。
（3）钝化（区）电位（E钝）：是使金属维持钝化状态的电位，其范围越 宽越好。