电化学保护技术及其应用第十讲阳极保护的现状及前景
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阳极保护技术建立在金属钝化理论的基础上, 为此首先要对金属的钝性及钝化曲线等作一些简单 介绍。
1. 1 金属的钝性 早在一百多年前就已发现, 一些较活泼的金属
放置在某特定环境中, 将由原来的活泼状态, 变为不 活泼状态, 这种现象称为钝化。例如, 当把铁浸在稀 硝酸溶液中时, 铁发生强烈的腐蚀, 腐蚀速度随硝酸 浓度升高而增大。可是当硝酸浓度达到 40% 后, 铁 的腐蚀就突然停止, 即从活泼状态转为钝化状态。除 了介质的浓度外, 介质的温度、组成以及外加的阳极 电 流都可 使某些金 属发生 这种变 化。F e、Ni、Cr、 M o、A l、T i、T a、Nb 等金属在条件适宜时具有腐蚀 速度大幅度变化的特性, 称为钝化金属。它们当中又 有自钝化金属和非自钝化金属之分, 前者在空气中 和很多种含氧介质中能自发钝化, 后者必须在钝化 剂或阳极电流作用下才能钝化。
( 3) 钝化区电位范围 钝化区电位范围对实施 阳极保护有重要的意义。阳极保护时希望钝化区电 位范围愈宽愈好, 一般不能小于 50mV 。如果钝化区 电位范围太窄, 则在外界条件稍有变化时, 金属的电 位有进入活化区或过钝化区的危险, 电位一旦进入 了活化区, 在通电条件下金属的腐蚀速度反而加快。 影响钝化区电位范围宽度的主要因素是金属材料和 腐蚀介质的性质。
辅助阴极与直流电源的负极连接, 其作用是使 电源、被保护容器的内壁, 容器内的液体构成电路。 辅助阴极直接浸在腐蚀性介质中, 并且是在通电情 况下工作, 因此对阴极材料有较高的要求。辅助阴极 材料要在阴极极化下耐蚀, 有一定的机械强度, 容易 加工, 价格较便宜。
铂及镀铂、包铂金属是最稳定的辅助阴极材料, 但其价格昂贵, 在整个阳极保护系统中这种阴极材 料的价格占 30% 。为此, 应尽可能选择一些价格较 低廉的材料, 如不锈钢、铝青铜、高硅铸铁、碳钢和石 墨。对于不锈钢这类阴极材料, 电位负移到一定值, 可能从钝态转变成活化态, 将引起阴极腐蚀。对于碳 钢这类阴极材料, 电位负移到一定值有可能得到阴 极保护。所以阴极材料在工作时的电位对其稳定性
金属发生钝化的实质是其表面形成了氧化物固
相膜或氧吸附膜, 阻碍了阳极溶解过程的正常进行。 钝性就是由阳极过程受阻所引起的金属和合金的高 耐蚀状态。一旦表面膜被破坏, 金属和合金立即回到 原来的腐蚀状态, 因为从热力学观点看来, 它们在这 种条件下是完全能起反应的。
金属钝化与电极电位的变化有密切的联系, 当 活泼金属的电极电位变得接近于贵金属的电极电位
CD 段 金属的稳定钝化区。当电位达到 C 点 时, 金属表面保护膜( 钝化膜) 已完全形成, 整个表面 被其完整地覆盖。在这个电位范围金属处于钝化状 态, 正常的阳极溶解过程受到阻碍。电位与金属腐蚀 速度已经没有多少关系。CD 段对应的电流密度称 为维钝电流密度, 指用以修补轻微溶解的部分钝化 膜所需的外加电流。
同一电位, 不受条件影响; ( 4) 电极的结构坚固, 材料稳定, 制造及使用方
便。 参比电极在使用中直接接触腐蚀性介质, 要根
据介质的性质选用合适的参比电极( 参见表 2) 。
表 2 阳极保护用的参比电极[ 3]
电极
系统及介质
电极
系统及介质
甘汞电极 各种浓度的硫酸 纸浆蒸煮釜
M o/ MoO3
纸浆蒸煮釜 绿液或黑液
经多年研究得出, 阳极保护的条件和效果与钢 的成分、硫酸的浓度、温度以及其中 SO 2 含量等有 很大的关系。
列管式热交换器的阳极保护装置示于图 3。在 这种热交换器中, 淡水( 冷却水) 走管内, 硫酸走管 间。管子是由 316L 不锈钢制的。在 60°C 的 93% 的 硫酸和 110°C 的 99% 硫酸中, 未保护时不锈钢管的 腐蚀速度为 5. 08～10. 16mm / a; 阳极保护后腐蚀速 度下降到 25. 4Lm/ a[ 2] 。
4 阳极保护应用举例
4. 1 硫酸生产中热交换器的阳极保护 阳极保护在这方面的应用取得了极大的成功,
碳钢制的蛇形管热交换器在热的浓硫酸中工作一昼 夜, 就可能腐蚀损坏; 不锈钢制的蛇形管热交换器在 这种条件下也是如此。采用阳极保护可以提高工作 温度, 改善热交换情况, 通过采用较便宜的制管材料 以及减小蛇形管尺寸来降低热交换器成本, 增加操 作稳定性和延长使用寿命, 提高产品的纯度。表 4 比 较了不锈钢和碳钢阳极保护前后在浓硫酸中的腐蚀 速度。
长时间钝化。一般情况下, 设计时应考虑尽可能缩短 钝化时间。
阳极保护电源选择的第二个参数为输出电压。 电压的大小与整个电路的电阻有关, 其中阴极至溶 液的接触电阻是主要因素。
目前生产中应用的阳极保护直流电源的输出电 压为 10～20V , 输出电流最大为 2500A [ 2] 。 2. 2 辅助阴极材料
Ag/ AgCl
新鲜硫酸或废硫酸 尿素—硝酸铵 磺化车间
Pt 电极 Bi 电极 316 不锈钢电极
硫酸 氨溶液 氮肥溶液
Hg/ HgS O4
Pt / PtO Au/ AuO
硫酸 羟胺硫酸盐
硫酸 酒精溶液
Ni 电极
Si 电极 Pb 电极
氮肥溶液 镀镍溶液
氮肥溶液 碳化塔
3 阳极保护的现状及前景
本世纪 50 年代初有人首先提出了利用钝化理 论来保护在强腐蚀化工介质中使用的金属的可能 性[ 4] , 到 60 年代逐渐形成了阳极保护这门新的电化 学保护技术。但是需要指出的是, 阳极保护与阴极保 护应用在完全不同的介质条件下, 它们不能相互替 代, 但能相互补充。表 3 中对这两种电化学保护技术 作一比较。
图 1 具有钝化特性的金属的典型阳极极化曲线
金属的阳极极化曲线。在这一曲线上, 有活化区, 钝 化过渡区, 稳定钝化区及过钝化区。每一区域表示了 金属不同的阳极行为。
AB 段 金属的活性溶解区, 简称活化区。在这 个电位范围, 金属的腐蚀速度随电位升高而增大, 阳 极溶解过程很少受阻碍。
BC 段 金属的活化—钝化过渡区。当电位达 到某一临界值( B 点) , 由于金属表面开始形成保护 膜使腐蚀速度下降。与此点电位对应的电流密度称 为致钝电流密度, 表示在这个电流密度下金属开始 由活化态向钝化态转变。在过渡区的电位范围内, 金 属表面状态发生急剧变化并处于不稳定状态, 随着 电位升高腐蚀速度大幅度下降。
整流器
中等到强 高 高
很低 很高 恒电位
弱到中等 低 低
中等到高 低
恒电位或恒电流
外加电流值
非常低, 通常是被 保 护设备 的腐 蚀率 的 直接尺度
高, 与阴极 还原反 应电流有关, 不 代表腐 蚀率
操作条件
可用 电化 学测 试 精确而迅速地确定
通常由实际试验确定
等方面。只有在这些领域中阳极保护才能取得很好 的效果, 金属的腐蚀速度在阳极保护下最高可降低 二个数量级[ 6] 。估计, 在未来的一段时间中阳极保护 的应用领域不会有新的突破。今后的研究工作围绕 在以下几个方面: 进一步提高阳极保护的效率, 如在 阳极保护的同时向介质中添加缓蚀剂, 采用各种涂 层和表面合金化处理。
有很大的影响。 表 1 列出了生产现场所用的辅助阴极材料。 为了减小阴极至溶液的接触电阻, 从而降低电
能消耗, 应该采用表面积大的阴极。在生产中建议采 用长的园柱体阴极, 这样也可以降低电阻。在布置辅 助阴极时还要考虑被保护体上电流均匀 分布的问 题。但是一般说来, 阳极保护中的电流分布能力要优 于阴极保护。
在选取阳极保护电源时, 首先要确定合适的电 流容量和电能容量。电流容量可由予先考虑的使设 备钝化所需的电流来定。常常使用移动式的或辅助
的电源来建立初期的钝态, 然后用容量足够的在线 电源来维持钝态。电能容量的大小应该使设备在较
短的时间内钝化。因为钝化所需的电流与通电时间 有很 大的 关系, 如 果钝 化时 间从 1s 延长 到 30 ～ 60min, 所需的电流可能会减小一个数量级。但是在 实施钝化过程中要外加较大的阳极电位, 这时金属 腐蚀速度会加快, 所以, 只有在设备很少需要再钝化 并且不保护时的腐蚀速度较低条件下才采用小电流
( 2) 维钝电流密度( i p) i p 值的大小, 表示阳极 保护正常操作时耗用电流的多少, 同时也决定了金 属在阳极保护下的腐蚀速度。如果 i p 值很大, 金属 腐蚀速度超过一定数值( 例如 1m m/ a ) 阳极保护就 失去了实际意义。维钝电流密度的大小与金属或合 金 的本性、介质条件( 浓度、温度、pH 值等) 及维钝 时间有关。在维钝过程中, 维钝电流密度随时间延长 而逐渐减小, 最后趋于稳定。同样在浓 H2SO 4 中, 碳 钢 的 ip 值 为 770m A / m 2, 而 不 锈 钢 的 i p 值 只 有 1mA / m2 [ 1] 。
DF 段 金属的过钝化区。过 D 点以后, 电位继 续升高, 金属的腐蚀速度又开始增大, 在这个电位范 围发生了新的电极反应( 如氧的析出) , 也有一些金 属的钝化膜被氧化成可溶性高价氧化物。
根据阳极极化曲线可知, 阳极保护有三个主要 参数:
( 1) 致钝电流密度( ipp ) i pp 值的大小, 可以表
黄 永昌: 电化学保护技术及其应用 第十讲 阳极保护 的现状及前景
表 1 生产现场所用的辅助阴极材料[ 3]
阴极材料
使用Baidu Nhomakorabea质
阴极材料
铂和包铂金属 各种浓度的硫酸
铬镍钢
浓硫酸
钽
浓硫酸
钼
浓硫酸
高硅铸铁
浓硫酸
铝青铜
稀硫酸
石墨 碳钢 1Cr18N i10T i 碳钢 哈氏合金 C r28N i4M o2Ti
使用介质
稀硫酸 碱溶液
氨水 纸浆液 化肥溶液 化肥溶液
2. 3 参比电极 阳极保护用的参比电极在腐蚀性介质中应该基
本上是不溶的, 此外还要满足以下要求: ( 1) 电极表面的反应是可逆的过程; ( 2) 电极应该是不极化的或难于极化的, 即有
电流通过时, 电极电位不变化或变化很小; ( 3) 重现性好, 电极在贮存和工作时都能保持
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黄 永昌: 电化学保护技术及其应用 第十讲 阳极保护 的现状及前景
明金属在给定环境中进入钝化状态的难易程度。ipp 较小的体系, 金属较易钝化; ipp较大的体系, 金属钝 化较困难。向金属中添加易钝化的合金元素, 在溶液 中添加氧化剂, 降低溶液温度等措施均能使致钝电 流密度减小。在应用阳极保护时, 致钝电流密度将影 响电源设备容量的选择, 在生产实践中, 往往采用分 段钝化的方法来降低对电源容量的要求。即在被保 护设备接上电源后, 慢慢将腐蚀性介质灌入设备中, 使被溶液浸没的区域依次建立钝化。
时, 活泼金属就钝化了。钝化将使金属的电极电位向 正方向移动 0. 5～2. 0V [ 1] 。 1. 2 阳极保护原理及主要参数
阳极保护是在金属 表面上通入足够的阳极电 流, 使金属电位往正的方向移动, 达到并保持在钝化 区内, 从而防止金属的腐蚀。所谓钝化区, 对于一定 的金属来说, 是某个数值较正的电位范围, 在这一范 围内, 金属表面由于形成了保护膜而变得很不活泼, 因而腐蚀速度也大为降低。钝化区可通过在实验室 中测绘阳极极化曲线得到。图 1 是具有钝化特性的
尽管几十年来对阳极保护的应用领域开发作了 大量研究, 但是目前阳极保护的工业应用还是停留 在 硫酸介质、氨和无机化肥的水溶液以及造纸工业
表 3 阳极保护和阴极保护的比较[ 5]
项目
阳极保护
阴极保护
( 只适用于活化—钝化金属) ( 适用于一切金属)
介质腐蚀性
相 设备费
对 成
安装费
本 操作费
电流分散能力
2 阳极保护系统
阳极保护系统由直流电源、辅助阴极和参比电 极组成, 目前主要用于保护各类化工设备, 辅助阴极 和参比电极都放置于设备内。硫酸贮槽的阳极保护 系统示意图见图 2。
图 2 硫酸贮槽的阳极保护系统
2. 1 直流电源
·57 0·
阳极保护中采用的直流电源与阴极保护类似, 主要有整流器和恒电位仪, 有关内容已在本专题讲 座第四讲中作过介绍。
第 21 卷第 12 期 2000 年 12 月
专题讲座
腐蚀与防护
COR ROSI ON & P RO T ECT I ON
电化学保护技术及其应用
第十讲 阳极保护的现状及前景
黄永昌
( 上海交通大学 上海 200030)
V ol. 21 N o . 12 December 2000
1 阳极保护的理论基础
1. 1 金属的钝性 早在一百多年前就已发现, 一些较活泼的金属
放置在某特定环境中, 将由原来的活泼状态, 变为不 活泼状态, 这种现象称为钝化。例如, 当把铁浸在稀 硝酸溶液中时, 铁发生强烈的腐蚀, 腐蚀速度随硝酸 浓度升高而增大。可是当硝酸浓度达到 40% 后, 铁 的腐蚀就突然停止, 即从活泼状态转为钝化状态。除 了介质的浓度外, 介质的温度、组成以及外加的阳极 电 流都可 使某些金 属发生 这种变 化。F e、Ni、Cr、 M o、A l、T i、T a、Nb 等金属在条件适宜时具有腐蚀 速度大幅度变化的特性, 称为钝化金属。它们当中又 有自钝化金属和非自钝化金属之分, 前者在空气中 和很多种含氧介质中能自发钝化, 后者必须在钝化 剂或阳极电流作用下才能钝化。
( 3) 钝化区电位范围 钝化区电位范围对实施 阳极保护有重要的意义。阳极保护时希望钝化区电 位范围愈宽愈好, 一般不能小于 50mV 。如果钝化区 电位范围太窄, 则在外界条件稍有变化时, 金属的电 位有进入活化区或过钝化区的危险, 电位一旦进入 了活化区, 在通电条件下金属的腐蚀速度反而加快。 影响钝化区电位范围宽度的主要因素是金属材料和 腐蚀介质的性质。
辅助阴极与直流电源的负极连接, 其作用是使 电源、被保护容器的内壁, 容器内的液体构成电路。 辅助阴极直接浸在腐蚀性介质中, 并且是在通电情 况下工作, 因此对阴极材料有较高的要求。辅助阴极 材料要在阴极极化下耐蚀, 有一定的机械强度, 容易 加工, 价格较便宜。
铂及镀铂、包铂金属是最稳定的辅助阴极材料, 但其价格昂贵, 在整个阳极保护系统中这种阴极材 料的价格占 30% 。为此, 应尽可能选择一些价格较 低廉的材料, 如不锈钢、铝青铜、高硅铸铁、碳钢和石 墨。对于不锈钢这类阴极材料, 电位负移到一定值, 可能从钝态转变成活化态, 将引起阴极腐蚀。对于碳 钢这类阴极材料, 电位负移到一定值有可能得到阴 极保护。所以阴极材料在工作时的电位对其稳定性
金属发生钝化的实质是其表面形成了氧化物固
相膜或氧吸附膜, 阻碍了阳极溶解过程的正常进行。 钝性就是由阳极过程受阻所引起的金属和合金的高 耐蚀状态。一旦表面膜被破坏, 金属和合金立即回到 原来的腐蚀状态, 因为从热力学观点看来, 它们在这 种条件下是完全能起反应的。
金属钝化与电极电位的变化有密切的联系, 当 活泼金属的电极电位变得接近于贵金属的电极电位
CD 段 金属的稳定钝化区。当电位达到 C 点 时, 金属表面保护膜( 钝化膜) 已完全形成, 整个表面 被其完整地覆盖。在这个电位范围金属处于钝化状 态, 正常的阳极溶解过程受到阻碍。电位与金属腐蚀 速度已经没有多少关系。CD 段对应的电流密度称 为维钝电流密度, 指用以修补轻微溶解的部分钝化 膜所需的外加电流。
同一电位, 不受条件影响; ( 4) 电极的结构坚固, 材料稳定, 制造及使用方
便。 参比电极在使用中直接接触腐蚀性介质, 要根
据介质的性质选用合适的参比电极( 参见表 2) 。
表 2 阳极保护用的参比电极[ 3]
电极
系统及介质
电极
系统及介质
甘汞电极 各种浓度的硫酸 纸浆蒸煮釜
M o/ MoO3
纸浆蒸煮釜 绿液或黑液
经多年研究得出, 阳极保护的条件和效果与钢 的成分、硫酸的浓度、温度以及其中 SO 2 含量等有 很大的关系。
列管式热交换器的阳极保护装置示于图 3。在 这种热交换器中, 淡水( 冷却水) 走管内, 硫酸走管 间。管子是由 316L 不锈钢制的。在 60°C 的 93% 的 硫酸和 110°C 的 99% 硫酸中, 未保护时不锈钢管的 腐蚀速度为 5. 08～10. 16mm / a; 阳极保护后腐蚀速 度下降到 25. 4Lm/ a[ 2] 。
4 阳极保护应用举例
4. 1 硫酸生产中热交换器的阳极保护 阳极保护在这方面的应用取得了极大的成功,
碳钢制的蛇形管热交换器在热的浓硫酸中工作一昼 夜, 就可能腐蚀损坏; 不锈钢制的蛇形管热交换器在 这种条件下也是如此。采用阳极保护可以提高工作 温度, 改善热交换情况, 通过采用较便宜的制管材料 以及减小蛇形管尺寸来降低热交换器成本, 增加操 作稳定性和延长使用寿命, 提高产品的纯度。表 4 比 较了不锈钢和碳钢阳极保护前后在浓硫酸中的腐蚀 速度。
长时间钝化。一般情况下, 设计时应考虑尽可能缩短 钝化时间。
阳极保护电源选择的第二个参数为输出电压。 电压的大小与整个电路的电阻有关, 其中阴极至溶 液的接触电阻是主要因素。
目前生产中应用的阳极保护直流电源的输出电 压为 10～20V , 输出电流最大为 2500A [ 2] 。 2. 2 辅助阴极材料
Ag/ AgCl
新鲜硫酸或废硫酸 尿素—硝酸铵 磺化车间
Pt 电极 Bi 电极 316 不锈钢电极
硫酸 氨溶液 氮肥溶液
Hg/ HgS O4
Pt / PtO Au/ AuO
硫酸 羟胺硫酸盐
硫酸 酒精溶液
Ni 电极
Si 电极 Pb 电极
氮肥溶液 镀镍溶液
氮肥溶液 碳化塔
3 阳极保护的现状及前景
本世纪 50 年代初有人首先提出了利用钝化理 论来保护在强腐蚀化工介质中使用的金属的可能 性[ 4] , 到 60 年代逐渐形成了阳极保护这门新的电化 学保护技术。但是需要指出的是, 阳极保护与阴极保 护应用在完全不同的介质条件下, 它们不能相互替 代, 但能相互补充。表 3 中对这两种电化学保护技术 作一比较。
图 1 具有钝化特性的金属的典型阳极极化曲线
金属的阳极极化曲线。在这一曲线上, 有活化区, 钝 化过渡区, 稳定钝化区及过钝化区。每一区域表示了 金属不同的阳极行为。
AB 段 金属的活性溶解区, 简称活化区。在这 个电位范围, 金属的腐蚀速度随电位升高而增大, 阳 极溶解过程很少受阻碍。
BC 段 金属的活化—钝化过渡区。当电位达 到某一临界值( B 点) , 由于金属表面开始形成保护 膜使腐蚀速度下降。与此点电位对应的电流密度称 为致钝电流密度, 表示在这个电流密度下金属开始 由活化态向钝化态转变。在过渡区的电位范围内, 金 属表面状态发生急剧变化并处于不稳定状态, 随着 电位升高腐蚀速度大幅度下降。
整流器
中等到强 高 高
很低 很高 恒电位
弱到中等 低 低
中等到高 低
恒电位或恒电流
外加电流值
非常低, 通常是被 保 护设备 的腐 蚀率 的 直接尺度
高, 与阴极 还原反 应电流有关, 不 代表腐 蚀率
操作条件
可用 电化 学测 试 精确而迅速地确定
通常由实际试验确定
等方面。只有在这些领域中阳极保护才能取得很好 的效果, 金属的腐蚀速度在阳极保护下最高可降低 二个数量级[ 6] 。估计, 在未来的一段时间中阳极保护 的应用领域不会有新的突破。今后的研究工作围绕 在以下几个方面: 进一步提高阳极保护的效率, 如在 阳极保护的同时向介质中添加缓蚀剂, 采用各种涂 层和表面合金化处理。
有很大的影响。 表 1 列出了生产现场所用的辅助阴极材料。 为了减小阴极至溶液的接触电阻, 从而降低电
能消耗, 应该采用表面积大的阴极。在生产中建议采 用长的园柱体阴极, 这样也可以降低电阻。在布置辅 助阴极时还要考虑被保护体上电流均匀 分布的问 题。但是一般说来, 阳极保护中的电流分布能力要优 于阴极保护。
在选取阳极保护电源时, 首先要确定合适的电 流容量和电能容量。电流容量可由予先考虑的使设 备钝化所需的电流来定。常常使用移动式的或辅助
的电源来建立初期的钝态, 然后用容量足够的在线 电源来维持钝态。电能容量的大小应该使设备在较
短的时间内钝化。因为钝化所需的电流与通电时间 有很 大的 关系, 如 果钝 化时 间从 1s 延长 到 30 ～ 60min, 所需的电流可能会减小一个数量级。但是在 实施钝化过程中要外加较大的阳极电位, 这时金属 腐蚀速度会加快, 所以, 只有在设备很少需要再钝化 并且不保护时的腐蚀速度较低条件下才采用小电流
( 2) 维钝电流密度( i p) i p 值的大小, 表示阳极 保护正常操作时耗用电流的多少, 同时也决定了金 属在阳极保护下的腐蚀速度。如果 i p 值很大, 金属 腐蚀速度超过一定数值( 例如 1m m/ a ) 阳极保护就 失去了实际意义。维钝电流密度的大小与金属或合 金 的本性、介质条件( 浓度、温度、pH 值等) 及维钝 时间有关。在维钝过程中, 维钝电流密度随时间延长 而逐渐减小, 最后趋于稳定。同样在浓 H2SO 4 中, 碳 钢 的 ip 值 为 770m A / m 2, 而 不 锈 钢 的 i p 值 只 有 1mA / m2 [ 1] 。
DF 段 金属的过钝化区。过 D 点以后, 电位继 续升高, 金属的腐蚀速度又开始增大, 在这个电位范 围发生了新的电极反应( 如氧的析出) , 也有一些金 属的钝化膜被氧化成可溶性高价氧化物。
根据阳极极化曲线可知, 阳极保护有三个主要 参数:
( 1) 致钝电流密度( ipp ) i pp 值的大小, 可以表
黄 永昌: 电化学保护技术及其应用 第十讲 阳极保护 的现状及前景
表 1 生产现场所用的辅助阴极材料[ 3]
阴极材料
使用Baidu Nhomakorabea质
阴极材料
铂和包铂金属 各种浓度的硫酸
铬镍钢
浓硫酸
钽
浓硫酸
钼
浓硫酸
高硅铸铁
浓硫酸
铝青铜
稀硫酸
石墨 碳钢 1Cr18N i10T i 碳钢 哈氏合金 C r28N i4M o2Ti
使用介质
稀硫酸 碱溶液
氨水 纸浆液 化肥溶液 化肥溶液
2. 3 参比电极 阳极保护用的参比电极在腐蚀性介质中应该基
本上是不溶的, 此外还要满足以下要求: ( 1) 电极表面的反应是可逆的过程; ( 2) 电极应该是不极化的或难于极化的, 即有
电流通过时, 电极电位不变化或变化很小; ( 3) 重现性好, 电极在贮存和工作时都能保持
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黄 永昌: 电化学保护技术及其应用 第十讲 阳极保护 的现状及前景
明金属在给定环境中进入钝化状态的难易程度。ipp 较小的体系, 金属较易钝化; ipp较大的体系, 金属钝 化较困难。向金属中添加易钝化的合金元素, 在溶液 中添加氧化剂, 降低溶液温度等措施均能使致钝电 流密度减小。在应用阳极保护时, 致钝电流密度将影 响电源设备容量的选择, 在生产实践中, 往往采用分 段钝化的方法来降低对电源容量的要求。即在被保 护设备接上电源后, 慢慢将腐蚀性介质灌入设备中, 使被溶液浸没的区域依次建立钝化。
时, 活泼金属就钝化了。钝化将使金属的电极电位向 正方向移动 0. 5～2. 0V [ 1] 。 1. 2 阳极保护原理及主要参数
阳极保护是在金属 表面上通入足够的阳极电 流, 使金属电位往正的方向移动, 达到并保持在钝化 区内, 从而防止金属的腐蚀。所谓钝化区, 对于一定 的金属来说, 是某个数值较正的电位范围, 在这一范 围内, 金属表面由于形成了保护膜而变得很不活泼, 因而腐蚀速度也大为降低。钝化区可通过在实验室 中测绘阳极极化曲线得到。图 1 是具有钝化特性的
尽管几十年来对阳极保护的应用领域开发作了 大量研究, 但是目前阳极保护的工业应用还是停留 在 硫酸介质、氨和无机化肥的水溶液以及造纸工业
表 3 阳极保护和阴极保护的比较[ 5]
项目
阳极保护
阴极保护
( 只适用于活化—钝化金属) ( 适用于一切金属)
介质腐蚀性
相 设备费
对 成
安装费
本 操作费
电流分散能力
2 阳极保护系统
阳极保护系统由直流电源、辅助阴极和参比电 极组成, 目前主要用于保护各类化工设备, 辅助阴极 和参比电极都放置于设备内。硫酸贮槽的阳极保护 系统示意图见图 2。
图 2 硫酸贮槽的阳极保护系统
2. 1 直流电源
·57 0·
阳极保护中采用的直流电源与阴极保护类似, 主要有整流器和恒电位仪, 有关内容已在本专题讲 座第四讲中作过介绍。
第 21 卷第 12 期 2000 年 12 月
专题讲座
腐蚀与防护
COR ROSI ON & P RO T ECT I ON
电化学保护技术及其应用
第十讲 阳极保护的现状及前景
黄永昌
( 上海交通大学 上海 200030)
V ol. 21 N o . 12 December 2000
1 阳极保护的理论基础