电化学保护基本原理(单页版)

二、电化学保护技术

腐蚀与防护中心柳伟

2009.10

目录

1.电化学保护的基本原理

2.阴极保护技术应用介绍

3.阳极保护技术应用介绍

电化学保护

定义：

通过外加电流或电位，升高或降低金属在电介质溶液中的电极电位，即对被保护金属进行阳极或阴极极化，从而抑制金属阳极溶解反应的进行，达到减小金属电化学腐蚀速度的方法。

分两类：

阴极保护和阳极保护

阳极保护和阴极保护

阳极保护：

通过外加电流，升高金属的电极电位，阳极电流高于阴极电流，金属以阳极反应为主，当电位高于致钝电位时，阳极极化曲线进入钝化区，阳极过程受到抑制或停止，金属发生钝化。

金属作为电解池系统的阳极。

阴极保护：

通过外加电流或电位，降低金属的电位，金属上的电极过程以阴极过程为主，阳极过程受到抑制，甚至停止。

金属为电解池的阴极或双金属电偶电池的阴极。

电化学保护的发展

阴极保护：

历史较长：1824年提出设想，二十世纪的三十年代才开始应用，现在是一项成熟的商品化的保护技术。

阴极保护的应用十分普遍。

阳极保护：

历史较短：比较新的腐蚀控制技术。1954年提出可以用阳极保护技术以控制金属的腐蚀，到1958年第一次应用，目前也是商品化的保护技术。

阳极保护的应用领域显著小于阴极保护。

阴极保护

阴极电流的来源：

直流电源或具有低电极电位的金属或合金¾被保护的金属与直流电源的负极相连

－外加电流阴极保护法

¾被保护的金属与电极电位低的金属或合金相连－牺牲阳极的阴极保护法

阴极保护

＋－

外加电流阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法

阴极保护的基本原理

最小保护电流（密度）

最小保护电位

阴极保护的控制参数

最小保护电位:

阴极保护时使金属腐蚀停止时所需达到的绝对值最小的电位值

最小保护电流密度:

阴极保护时使金属的腐蚀速度降到最低程度所需的最小电流密度值

-850mV判据

土壤中钢铁的最小保护电位为：

E＝-0.541 V(SHE)

如果换算成相对于饱和硫酸铜电极，钢铁的最小保护电位为：

E＝-0.857 V≈-850mV(CSE)¾这就是钢铁在土壤等环境中的平衡电位，即金属表面腐

蚀原电池阳极的开路电位－最小保护电位

¾对钢铁阴极保护效果的一个重要的控制判据

最佳保护参数

确定最佳保护电位和电流密度

1、要有较高的保护效果

Z= ×100%

式中V 0—阴极保护前金属的腐蚀速度；

V—阴极保护后金属的腐蚀速度。

0V V

V −

最佳保护参数

2、日常维持阴极保护的电流消耗小

保护电位低，电流密度高，保护度高，电量消耗大平衡电量消耗和保护度之间的关系

3、防止“过保护”的产生

保护电位太负，会造成金属表面产生大量氢气，pH值升高，

－碳钢等金属发生氢脆而破坏

－金属表面涂层起泡、脱落

－两性金属如铝、锌等产生碱性腐蚀

应用阴极保护的基本条件

电流回路的要求：

1、介质导电－形成电流的回路

2、具有一定介质的量，覆盖金属的表面－电流分布均匀 经济性的要求：

1、易于阴极极化－否则电能消耗大

材料方面的要求：

1、钝化金属不采用

2、两性金属不采用

金属设备和构件的形状结构的要求：

简单，避免出现“遮蔽现象”，出现局部保护不足和过保护现象。

阳极保护

在一定的电解质溶液中，理论阳极极化曲线出现钝化区的金属，不处于自钝化状态，将该金属构件与外加直流电源的正极相连，将金属进行阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，阳极过程受到抑制，金属得到了保护。

通过外加电流使能够钝化的金属处于电化学钝化状态通过阳极极化使金属的表面形成钝化膜：电化学钝化或阳极钝化

阳极保护的基本原理

阳极保护的主要参数

1.致钝电流密度

2.维钝电流密度

3.钝化区的电位范围

维钝电流密度

稳定钝化区电位下的外电流密度，是使金属在给定环境条件下维持钝态所需的电流密度

维钝电流密度即金属的腐蚀电流密度，反映出阳极保护的效果

钝化膜的生成需要一定的电量，维钝电流密度反应耗电量的多少

钝化区电位范围

钝化区的电位范围即是在阳极保护过程中允许被保护金属的电位变化的范围。

钝化区的范围越宽，在操作运行的过程中不会受外界电位的变化造成金属的活化或过钝化，阳极保护的可操作性好。

阳极保护的应用条件

致钝电流密度不应过小，否则钝化时间比较长，容易造成金属的活化溶解

钝化电位范围不应过小：难于控制金属的电位，受外界的影响大，对外电源的要求高

维钝电流密度应小：如维钝电流密度大，金属的腐蚀速度大，阳极保护的效果不好，且电能的消耗大。