阴极保护原理

阴极保护
选择一种其电极电位比被保护金属（结构物）更负的活泼金属（合金），把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接，这种负电位的活泼金属（合金）在所构成的电化学电池中为阳极而优先腐蚀溶解，故称之为牺牲阳极，释放出的电子（即负电流）使被保护金属阴极极化到所需电位范围，从而抑制腐蚀实现保护，这种方法称为牺牲阳极阴极保护方法。

利用外部电源对被保护金属（结构物）施加一定的负电流，使被保护金属的电极电位通过阴极极化达到规定的保护电位范围，从而抑阻腐蚀获得保护，这就是外加电流法阴极保护。

对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使其电极电位负移至金属的平稳电位，从而抑制金属腐蚀的保护方法称之为阴极保护。

阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法，在阴极保护系统构成的电池中，氧化反应集中发生在阳极上，从而抑制了作为阴极的被保护金属上的腐蚀，阴极保护是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术，可从电极反应、极化曲线和极化图以及电位-pH图等诸方面理解阴极保护原理。

电极反应方面
任意两种金属/合金的组合，都可构成电化学电池；低电位者为电池的阳极，主要发生氧化反应；高电位者为阴极，主要发生还原反应。

由于阳极和阴极之间存在着电位差，外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池，从而加速了阳极的腐蚀，同时抑制了阴极的腐蚀，使阴极金属获得阴极保护。

极化曲线和极化图方面
根据混合电位理论，金属表面上局部阳极和局部阴极通过各自的极化而汇聚至一个共同的混合电位，即金属的腐蚀电位Ecorr；此时局部阳极的氧化反应速度与局部阴极的还原反应速度相等，即等于金属的腐蚀电流icorr，如图1所示。

图中给出了铁在中性水溶液中的局部阳极的真实极化曲线和局部阴极的真实极化曲线，以及该体系的实验的阳极极化曲线和阴极极化曲线。

阴极极化至任一电位时的外加负电流都等于此时极化后的局部阴极还原反应电流与局部阳极氧化电流之差。

当阴极极化使金属电极电位负移至局部阳极反应的平衡电位时，外加极化电流几乎就等于局部阴极电流，因为此时的局部阳极电流几乎可以忽略不计，当然此时铁上腐蚀也就被完全抑制了，即获得了完全阴极保护。

电位-pH图方面
电位-pH图是从热力学说明阴极保护的理论基础。

图2是根据热力学计算获得的Fe-H2O系电位-pH图，可以看出，在pH=6,7的中性水中，铁呈活化腐蚀状态；通过外加负电流的阴极极化，可使铁的电极电位从腐蚀区进入免蚀区，对铁这是一个热力学稳定区，金属腐蚀停止，即此时铁获得了阴极保护。

金属界面反应与阴极保护的图解说明
图3给出了铁在NaCl水溶液（或土壤）中于金属界面处的电化学腐蚀反应过程，以及阴极保护系统通过镁阳极或外电源产生的外加负电流对这些反应过程的作用影响，说明了各种反应质点和反应产物的存在和传递。

由于阴极保护系统通过牺牲阳极或外电源，能对金属提供足够量的电子，使金属界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑制了氧化反应；
此时还原反应所需电子完全从牺牲阳极或外电源获得。

由此实现了阴极保护，停止了金属的腐蚀过程。

河南邦信防腐材料有限公司
技术部
2018年5月。