一、牺牲阳极阴极保护
1. 原理
这种保护方式是将被保护金属与一种电位更负的金属(称为牺牲阳极)连接在一起,在电解质环境(如土壤、海水等)中形成一个原电池。牺牲阳极会优先腐蚀,它所释放出的电子会通过连接的导线流向被保护金属,使得被保护金属表面的电子增多,从而使被保护金属的电极电位向负方向移动。当被保护金属的电位降低到其腐蚀电位以下时,就可以抑制被保护金属的腐蚀反应。例如,在海水中,将锌块(牺牲阳极)连接到钢铁船体上,锌的标准电极电位为 - 0.76V,铁的标准电极电位为 - 0.44V,锌比铁更活泼,在电解质溶液中锌会失去电子变成锌离子进入溶液,电子通过导线转移到钢铁船体上,使船体得到保护。
2. 牺牲阳极材料的选择
一般要求牺牲阳极材料具有足够负的电位,并且其阳极极化率要小,这样才能保证在工作过程中有足够的驱动电压和电流输出。常见的牺牲阳极材料有镁合金、锌合金和铝合金。镁合金牺牲阳极电位很负,适用于电阻率较高的土壤或淡水环境中;锌合金牺牲阳极适用于海水、咸水等环境;铝合金牺牲阳极在海水中也有广泛应用,它的理论电容量大,能提供较大的保护电流。
3. 应用范围
这种方法简单易行,不需要外部电源,适用于对保护电流要求不高、土壤电阻率较低、设备分散的小型装置或局部区域的保护。例如,小型热交换器、地下储罐、船舶外壳、码头钢管桩等的腐蚀防护。
二、外加电流阴极保护
1. 原理
外加电流阴极保护是通过外部的直流电源,将被保护金属与直流电源的负极相连,辅助阳极与直流电源的正极相连。在电解质环境中,直流电源迫使电流从辅助阳极流向被保护金属,使被保护金属的电位向负方向偏移,从而抑制金属的腐蚀。例如,对于埋地长输管道的保护,通过恒电位仪(一种提供直流电源并能自动调节输出电位的设备)将管道连接到电源负极,在管道周围的土壤中设置一些高硅铸铁、石墨等材料制成的辅助阳极,当电源接通后,电流从辅助阳极流入土壤,再流到管道表面,使管道的电位降低到保护电位范围内,防止管道腐蚀。
2. 辅助阳极材料的选择
辅助阳极材料应具有良好的导电性、耐腐蚀性和在工作环境下的化学稳定性。高硅铸铁阳极在土壤和海水中都有较好的性能,它的消耗率较低;石墨阳极导电性好,化学稳定性高,在很多电解质环境中都能使用;还有一些贵金属氧化物涂层阳极,如钌钛氧化物涂层阳极,它具有尺寸稳定、催化活性高、消耗率极低等优点,适用于高电阻率的介质和对保护要求较高的场合。
3. 应用范围
这种方法能够提供较大的保护电流,适用于长距离的埋地管道、大型的码头设施、海上石油平台等大型金属结构的腐蚀防护,尤其适用于高电阻率环境下对保护电流要求较大的金属结构。不过,它需要外部电源和复杂的控制系统,设备成本和维护成本相对较高。