金属腐蚀与防护—防护方法

+0.15 +0.5
+0.6~+0.45
+0.15 -0.1
一些金属的保护电位 (单位：V) （1）比表数据取自197பைடு நூலகம்年8月英国标准研究所制定的阴极保护规范 （2）海水指洁净，并未稀释的海水 （3）铝进行阴极保护时，电位不能太负，否则会加速腐蚀，产生负保护效应
防护技术
环境
稀硫酸 海水 淡水 高温淡水 高温淡水
阴极保护举例：
• 测量阴极极化曲线 ，确定是否适宜采用 阴极保 护。
• 从极化曲线上确定保护电位，及相应的保 护电流密度。
• 计算保护度 ：测量极化曲线得出保护电 位的大致范围后，将试样恒定在不同的极 化电位，经过适当的暴露时间，用失重法 测量金属的腐蚀速度，从而计算不同极化 电位下的保护度。
防护技术
V0
V0
(2) 保护参数
保显护然电，位要Ep使r：金阴属极的保腐护蚀中速所度取降的低极到化零电，位。 达到“完全保护”(即保护度η =100%)， 必须取阳极反应平衡电位作为保护电位， 即取Epr = Eea。
(最应小的)保外护加电极流化密电度流i密pr：度与叫所做取保保护护电电流位密对 度。
*在两个保护参数中，保护电位是基本的控 制指标。
产生少量氢气泡
- 1050 3.2 0.0165 98.5 大量析氢
试验时间:144小时 溶液成分:FnH₃ 64 滴度 CNH₃ 28.8 滴度 Cl- 100滴度 试验温度：常温
引自«电化学保护在化肥生产中的应用» P74
防护技术
金属或合金
铁 与 钢
铅 铜合金 铝 (3)
含氧环境 缺氧环境
正的极限值 负的极限值
阴极保护适合的体系：
• 从理论上来讲，任何体系都可以。
• 但在工程上作为一种腐蚀控制技术还要 求保护电流密度比较小，在经济上才合 算。阴极保护的经济指标可以用保护效 益Z来衡量
腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小 (即阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平)， 则随着电位负移，金属腐蚀速度减小快， 而保护电流密度增加慢，保护效益也就 较大，可以满足经济指标方面的要求。
阴 极
Ia Icor=Oa=/Ic/
阳 极
腐蚀电池
I
直流电源
－＋
I－ － ＋
Ic
Ia
辅助
辅助 阳极
阴
阳
极 Ia 极
I-
阳极
外加电流阴极保护
电流关系:ⅠIcⅠ＝
ⅠIcⅠ-Ia
外加电流阴极保护示意图
防护技术
E
E /ic/
Eor
Eor
ia
Eea
Ee(H₂⁄H)
Eea Lgicor Lgipr Lgi
Lgicor Lgipr Lgi
钢铁的（阴极保护）保护电流密度
条件
Ipr(mA/m²) 环境
室温
120
流动
150
流动
60
氧饱和 180
脱气
40
中性土壤 中性土壤 中性土壤 混凝土 混凝土
条件
Ipr(mA/m²)
细菌繁殖
400
通气
40
不通气
4
含氯化物
5
无氯化物
1
＜金属防蚀技术便览＞
几个腐蚀体系的阳极保护参数
金属
碳钢 碳钢 碳钢 不锈钢
电 位
(mv.sce)
-1000
-900
0.318
-800
0.55
1:静态 2:微搅动 溶液成分：Fnh₃ 56 滴度
CnH₃ 42.5 滴度 Cl- 113 滴度 Na+ 70.5 滴度 常温
1
2
3
4
5
6
7
8
9
电流密度(A/m²)
碳钢在联碱盐析结晶器溶液中的阴极极化曲线
引自«电化学保护在化肥生产中的应用» P71
活化极伦控制腐蚀体系
氧扩散控制腐蚀体系
两种腐蚀体系所需保护电流的比较
阴极保护的原理 ：
由外电路向金属通入电子，以供去极化剂 还原反应所需，从而使金属氧化反应(失 电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速 度降低到零时，金属表面只发生去极化 剂阴极反应。
阴极保护的效果用保护度η表示
V0V10 % 01V10 % 0
第十二章 防护方法
1. 电化学保护
(1)保护原理 金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极 化时，电位负移，金属阳极氧化反应过 电位ηa 减小，反应速度减小，因而金 属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。 利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的 防护方法叫做阴极保护 。
防护技术
阴极区
阳极区 腐蚀金属
Icor Ic
(3) 两种阴极保护法
外加电流阴极保护所需保护电流是由直 流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器 等)提供的；而牺牲阳极保护中所需保护 电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺 牲阳极材料都是活泼的有色金属，常用 的有锌、铝、镁。为了有效地发挥保护 作用，牺牲阳极的电位要足够负，阳极 极化率要小，特别是表面不能生成保护 性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。
防护技术
碳钢在联碱盐析结晶器溶液中的保护参数
保护电位（nv/sce) 保护电流密度(A/m²) 腐蚀速度(mm/y) 保护度(%) 析氢情况
0 1.084
0
-850
0.207 80.9
-900 0.318 0.0404 96.3
-950 -1000
0.55
1.27
0.0271 0.0170
97.5 98.4
参比
Cu/饱和 Ag/AgCl/ CuSO₄ 海水 (2)
-0.85 -0.80
-0.95 -0.6 -0.5~-0.65 -0.95 -1.2
-0.90 -0.55
-0.45~-0.6
-0.90 -1.15
电
极
Ag/AgCl/ 饱和KCl Zn/洁净海水
-0.75
+0.25
-0.85 -0.5 -0.4~-0.55 -0.85 -1.1
防护技术
腐蚀 介质
+-
辅助 阳极
直流电源
地面 接线盒
被保护设备
.外加电流保护法. 箭头表示电流方向
埋地管道
牺牲阳极
.牺牲阳极保护法. 箭头表示电流方向
两种阴极保护示意图
两种阴极保护法的比较：
溶液
50%H₂So₄ 碳铵生产碳化液 25%NH₄oH 67%H₂So₄
温度°C
27 40 室温 24
致(A/m²)
2325 300左右 2.65 6
维(A/m²) Epp~Etp(v.sce)
31 0.5~1 <0.3 0.001
+0.6~1.4 -0.3~+0.9 -0.8~+0.4 +0.03~+0.8
工业上应用阴极保护的腐蚀体系是：
土壤、海水、河水等环境中的碳钢管 道、构筑物、设备。
*确定保护电位时应考虑两个方面的因素： 第一，从保护效果来讲，Epr越负越好。 第二，析氢反应的影响。析氢是使极化电 流密度迅速增大，保护效益降低；析氢还 可能造成对设备金属材料的危害，如氢脆 问题，以及对金属表面涂层的破坏。