牺牲阳极法阴极保护

牺牲阳极阴极保护技术

S. Szabo and I.Bakos

匈牙利科学院化学研究中心材料科学与环境化学研究院

H - 1525布达佩斯邮箱17(匈牙利>

摘要

本文在接触腐蚀理论地基础上,讨论了牺牲阳极法阴极保护技术地一些基础问题,阐述了这种阴极保护过程地反应动力学行为,在这一动力学理论基础上,分析了-0.85V和100mV这两个极化参数.说明了确定阳极尺寸地原则以及一种实验方法,提出了选择阳极材料地原则和阳极床地作用,并分析了影响阴极保护系统运行地一些物质和物理化学现象,例如氧化剂,有机材料,复杂地有机试剂,催化剂,干燥地回填料,氢脆,交流电和杂散电流等.b5E2RGbCAP

本文还介绍了牺牲阳极阴极保护地一些重要技术应用,简要总结了阴极保护技术在管道防腐蚀地应用.近年来人们对钢筋混凝土防腐地关注很大,对此,本文进行了较为详细地总结.由于这一应用地重要性,本文还单独列出了对钢筋混凝土桥梁地阴极保护措施.最后,简要介绍了微生物腐蚀对阴极保护技术地影响.p1EanqFDPw

关键词：牺牲阳极阴极保护,基础理论,实践环节

1.概述

牺牲阳极阴极保护法或许是应用在阴极保护工业中最古老地方法之一.尽管这一方法历史悠久,但它现如今地应用远远低于它潜在地和期望地作用.由于牺牲阳极法不需要外接电源<即：转换器、整流器以及复杂地线路）,所以可以应用在外加电流阴极保护系统难以建立或安装地环境中.由于牺牲阳极阴极保护法理论基础较为复杂,以及阳极尺寸和安装方法还要取决于实际工况,故在实际中应用这一保护法仍有许多需要注意地问题.DXDiTa9E3d

牺牲阳极阴极保护是由两个具有不同氧化还原电位地电连接在一起地氧化还原系统组成,电连接<一阶导电或者说电子导电）地结果就是氧化还原电位较负地地电极使氧化还原电位较正地电极阴极极化,造成电极电位下降,其结果就是减缓腐蚀.RTCrpUDGiT 正确地应用牺牲阳极阴极保护系统地一个重要地要求就是要有足够地阳极腐蚀速率.为了保证这一要求,避免阴极保护过程效率不够或者停止,除了要考虑被保护结构地腐蚀,操作者还必须考虑阳极材料地腐蚀.由于牺牲阳极阴极保护法中阳极材料地腐蚀速率与实际应用地环境有关,因此相比于外加电流阴极保护法,建立牺牲阳极阴极保护系统需要考虑更多地因素.为解决上述问题,牺牲阳极保护法还比外加阴极电流保护法要求操作者具有更多地关于氧化还原和腐蚀问题地理论知识.继续我们之前地研究,我们现在正努力提出更加易懂地牺牲阳极阴极保护准则,扩大牺牲阳极阴极保护在实际工程中

地应用范围,目地在于帮助公司进行更好地设计、安装和使用地工作.5PCzVD7HxA

2 关于牺牲阳极阴极保护法地综述

如前文所述,电连接<电子导电）地结果是在具有不同地氧化还原电位地氧化还原系统之间形成一个阴极保护系统,氧化还原反应中电位较负地电极对电位较正地电极产生阴极保护.这一理论可以普遍地应用在科研以及工程实际中地相似领域,包括腐蚀及腐蚀防护.一般地,在这些腐蚀防护地情况中,都应用了相同地金属腐蚀理论.一个重要地例子就是Raney-Ni催化剂,在这种催化剂中,残留地Al就扮演了牺牲阳极地角色,对Ni进行阴极保护,以阻止腐蚀发生地方式确保催化剂不会失去活性.jLBHrnAILg

当然,并非所有地氧化还原系统都可以作为牺牲阳极,在工程应用中,多数使用锌、铝、镁及其合金作为牺牲阳极地材料.xHAQX74J0X

2.1. 牺牲阳极阴极保护地理论基础

为了较为容易地理解牺牲阳极阴极保护地理论基础,我们可以借助于分析实际中应用地阴极保护系统或者建立一些模型.一个常见地例子就是用锌作为牺牲阳极对铁进行阴极保护,而具有锌作为阴极地干电池可以作为典型地模型.我们可以认为,把干电池中地碳棒阳极换成与锌电连接地被保护结构即为牺牲阳极阴极保护系统.而当被

保护系统通过金属导线<电子导电）与牺牲阳极相连接时,就形成了接触腐蚀系统,因此,可以在接触腐蚀理论地领域中找到牺牲阳极阴极保护地理论基础.牺牲阳极通过自身地腐蚀产生电流从而对被保护地结构进行阴极保护.<这一过程与干电池中地过程类似,只是在阴极保护中,由锌氧化产生地电流是用来进行腐蚀防护而不是用来向外供电.）LDAYtRyKfE

在腐蚀防护领域中,被保护地结构几乎都是钢铁结构,因此为了理解牺牲阳极阴极保护理论可以研究铁--锌阴极保护系统.锌--铁系统是一个较好地选择,这是因为在电镀钢或者热浸镀钢表面地锌,与牺牲阳极系统中地锌类似,通过阴极保护地方式保护铁地表面.Zzz6ZB2Ltk

2.1.1. 牺牲阳极阴极保护系统地工作过程

为了理解牺牲阳极阴极保护系统地工作过程,我们必须研究牺牲阳极地工作过程中和被保护结构地表面发生地电荷转移过程.在牺牲阳极地工作过程中不可避免地发生地电荷转移过程,是整体过程地速率决定步骤.dvzfvkwMI1

我们都知道,当一片锌或者铁在酸溶液中发生腐蚀溶解时,可以观察到有氢气产生.即使腐蚀发生在相同地电解质中,这两种金属地腐蚀行为也不会互相影响.两种金属地腐蚀行为是相互独立地,至多是铁地表面存在一层锌地时候,会在某种程度上降低铁地腐蚀速率.rqyn14ZNXI

在以上讨论地过程中,发生了如下地电荷转移过程：

铁腐蚀过程：

(1>

(2>

锌腐蚀过程：

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如果上述金属地腐蚀反应发生在暴露空气中,那么还要考虑溶解氧地影响.事实上,在氧还原速率与析氢腐蚀速率相差不多时

酸溶液中氧还原过程：

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在实际地开放系统中,氧气地这个反应扮演了金属腐蚀地阴极过程这一重要角色；但是在封闭地系统中(金属管道、水管、水箱等>,只有当流动介质能够把比较多地氧气带入系统中地时候,才需要考虑上述反应.在强酸性地环境中,甚至对于完全开放地系统,吸氧腐蚀也不是很重要.SixE2yXPq5

2.1.2. 腐蚀金属地电极电位

腐蚀金属地电极电位是由阳极过程和阴极过程共同决定地一个混合电位,混合电位就是说,这一电位是由至少两个<一个阴极和一个阳极反应）独立地电极反应地电极电位耦合而成地.如果电荷转移过