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1、定义： 极化 阴极极化，阳极极化 理论极化曲线，实测极化曲线,2.1 电化学腐蚀原理,通过电流而引起原电池两极间电位差减小且电流强度降低的现象称为原电池的极化作用 电位向正的方向移动为阳极极化 电位向负的方向移动为阴极极化 极化的本质在于，电子的迁移比电极反应及有关夫的连续步骤完成的快（产生电子堆积） 极化会减小腐蚀电流降低腐蚀速度,2.2 电化学保护,电化学保护：利用外部电流使金属电位发生改变从而防止腐蚀的一种方法,电化学保护的分类,阴极保护：通入足够阴极电流，使阳极溶解速度减小 阳极保护：通入足够阳极电流，使金属达到并保持在钝化区内,牺牲阳极法:用一种腐蚀电位比被保护金属电位更负的金属或合
2、金与被保护金属组成电偶电池，依靠负电性金属不断腐蚀溶解产生的电流对被保护金属构成保护的方法 外加电流阴极保护法:利用外部直流电源对被保护体提供阴极极化，实现对被保护体的保护方法,2.2.1 阴极保护,两种阴极保护示意图,外加电流保护法箭头表示电流方向,牺牲阳极保护法, 两种阴极保护的比较 牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，对周围设备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。 外加电流阴极保护法不消耗有色金属，提供较大的保护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常对保护系统进行检查和管理，由于电流流过的范围宽，对周围其它金属设备产生杂散电流腐蚀。,2.2.2
3、阴极保护的基本原理,从原理中了解阴极保护参数,保护电位,保护电流密度 最大保护电位，最小保护电位 完全保护，有效保护,A,D,C,F,K,B,H,E,Ia1,Ik,I1,Ic1,I2(Ic2),Ek,E1,E2,j,阴极保护原理,Anode,cathode,Ic1 = Ia1+I1 Ia1 Ik,Ic2 = Ia2+I2 Ic2 = I2 Ia20,E,I,外加电流阴极保护示意图,Icor=Ia=|Ic|,阴极保护适合的体系 理论上，任何体系都可以。但在工程上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，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
4、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。,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表示：,保护效率,i0 未保护时金属的腐蚀电流密度 i 保护时金属的腐蚀电流密度 iappl 外加电流密度 当保护度P上升时，保护效率Z会降低,阴极保护的应用范围,环境介质必须是导电的 金属材料在所处介质中应易于阴极极化 被保护金属的几何形状不要过于复杂 目前阴极保护方法主要用于下列介质中： 1）淡水及海水中 2）碱及盐类溶液
5、 3）土壤及海泥中,确定保护电位时应考虑两个方面的因素： 第一，E值；第二，析氢反应的影响。 腐蚀体系是否适宜采用阴极保护：测量阴极极化曲线，确定保护电位及相应的保护电流密度。再计算保护度，确定是否适宜采用阴极保护。 P276-279,保护参数（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）,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,注：（1）比表数据取自1973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）铝的阴极保护,电位不能太负,否则会加速腐蚀,产生负保
6、护效应。,一些金属的保护电位 (单位：V),保护电流密度（钢铁）,金属防蚀技术便览,2.2.3 牺牲阳极法阴极保护,牺牲阳极的性能 （1）电位要足够负 （2）阳极溶解性能好 （3）理论发生电量大 （4）实际发生电量和电流效率 （实际发生电量总是小于理论发生电量，所占百分比称为电流效）,* 性能参数 p286,电位：开路电位，工作电位，驱动电压 电容量：理论电容量，实际电容量，阳极电流效率 阳极的腐蚀特性，阳极消耗率，阳极发生电流量，阳极利用系数，自动调节性能,2.2.3.1 三类牺牲阳极,镁阳极：纯镁、MgMn系、MgAlZn等 锌阳极：纯锌、ZnA1系、ZnSn系ZnHg系等 铝系：A1-Z
7、n-In系、Al-ZnSn系、A1ZnHg系等,镁阳极,特点 1)有很负的工作电位，不仅可以保护钢铁也可以保护铝合金等较活泼的金属 2)密度小，单位质量发生电量较锌阳极大，安装支数较少 3)工作电流密度大，14mA/cm2 4)阳极极化率小，溶解比较均匀； 5)可用于电阻率较高的介质(如上壤和淡水），腐蚀产物无毒，可用于热水槽的内保护和饮水设备,自腐蚀作用大，电流效率约50，消耗快。由于与钢铁的有效电位差大，容易过保护。 镁阳极与钢结构撞击时容易诱发火花，而使用中又会析出氢气，因此在油轮等行爆炸危险的场所禁使用,纯镁标准电极电位很负-2.37V（SHE），但在介质中实测电位要正得多局部腐蚀电池
8、; 即使在中性的电解质溶液中析氢腐蚀，Mg(OH)2保护膜; Cl-、OH-影响; 镁的理论发生电量应该是2200Ahkg，但实际上只有其二分之已，电流效率很低。,镁的无效溶解：自溶性，溶解反应机制 理论发生电量应是2200Ahkg 理论发生电量恰为1100Ahkg,影响自溶性因素,少量杂质或合金成分会使镁的自溶倾向升高（阴极相） 铁、镍、铜和钴 A1、Zn和Mn可消除重金属杂质的作用,锌阳极,纯锌阳极很容易极化而失去阴极保护作用，杂质元素Fe会加重锌的自腐蚀。自腐蚀产物沉积在阳极表面，形成致密的覆盖而钝化。只有高纯锌才能满足阳极要求 加入Al、Cd、Si、Hg、Sn、Mn等合金元素，消除Fe
9、的有害作用,特点,锌合金（Zn-Al-Cr)阳极开路电位较正，与被保护钢铁结构的有效电位差只有0.2V左右，保护时不发生析氢现象，不会造成过保护。 阳极自腐蚀轻、电流效率高、寿命长，适于长期使用，所以安装总费用较低。 与钢铁构件撞击时，没有诱发火花的危险。,有效电位差小，密度大，发生电流量小，个数多、分布密、量大，不适合用电阻较高的土壤和淡水中。 广泛用海上舰船外壳、油轮压载舱、海上、海底构筑物的保护。,1)在海水及其他含氯离子的环境中，性能良好，保护钢结构时有自动调节电流的作用。 2)铝的资源丰富，密度小，安装方便。,铝阳极,电流效率比锌阳极低，在污染海水中性能有下降趋势。在高阻介质(如土壤
10、)中阳极效率很低，性能不稳定。 溶解性能差 与钢结构撞击有诱发火花的可能,比较三种阳极的电化学性能(环境：海水),Zn-Al-Cd 化学成分(1)：Al:0.30.6%、Cd:0.050.12%； Zn-Al-Cd 化学成分(2)：Zn:2.54.5%、In:0.0180.050%、Cd: 0.0050.02%； Mg-6Al-3Zn 化学成分(3)：Al:5.36.7%、 Zn:2.53.5%； (1)GB 4950-85 “锌铝镐合金牺牲阳极” (2) Gb 4948-85 “铝锌铟合金牺牲阳极” (3)是日本学术振兴会编金属防蚀技术更览,P288 表14-15,2.2.3.2 填充料 P
11、292 表14-19,当牺牲阳极用于土壤中时 1)减小电流流通时的电阻 2)阻止在牺牲阳极表面形成钝化层 3)使牺牲阳极溶解均匀。,膨润土：主要成分为铝硅酸盐、水银母、粘土矿物等，是阴极载体，带负电，电阻率很低。在潮湿条件吸收大量的水和硫酸盐，延长填充料的使用期。 硫酸镁(或硫酸钠)：作为填充料中的活性物质 石膏：能吸收水分，在阳极周围造成湿度恒定的环境；使阳极表面腐蚀产物硫松、易脱落，但在干燥土壤中会结成硬壳而增加阳极接地电阻。 石灰作为破膜剂。NaCl经常和石灰一起使用，具有破坏氧化膜的作用,地下输油钢管 牺牲阳极阴极保护,镁阳极11Kg 发生电流93mA,镁阳极,输油管,镁阳极,阳极埋没
12、,公路面,测试桩,2.4m,2.4m,1.4m,公 路,阳极分布,输油钢管 5297,1阳极组,1测试桩,严重腐蚀区（长120米）,2阳极组,2测试桩,BACK,电流分散能力 P282 极化电流均匀地分散到被保护设备表面上的能力。分散能力越好，被保护设备表面上的极化电位越均匀，保护效果越好。 实际生产设备结构复杂，各部件之间还存在着对极化电流的屏蔽作用，因此，应改善极化电流分布的均匀性，提高电流分散能力。,阴极保护中电流遮蔽作用的例图,引自电化学保护在化肥生产中的应用P83.84,(c)有突出部分结构,(a)对管内壁保护,(b)管束间实施保护,- +,2.2.4 牺牲阳极阴极保护设计,保护参数
13、的选定 国家标准GB884188、国家军用标准GB15686、船舶建筑说明书等 保护面积和保护电流的计算 总保护电流、保护电流密度、总表面积,牺牲阳极和型号的选择 p296,288 镁、锌、铝牺牲阳极的选择 计算所需阳极的数量 法一： W-所需阳极的总质量,kg； B-阳极消耗率，kg(Aa)； Ii-保护电流，A； T-阳极设计寿命，a； -安全系数，与阳极形状及使用条件有关，一般1.10-1.25,法二：,N所需牺牲阳极的数目，支 Ii阴极保护所需的保护电流，A If 单支牺牲阳极的发生电流， A/支； 遮蔽系数。由被保护设备的结构、阳极间距离和阳极材料的性质等决定，一般1.5-3.0,牺
14、牲阳极的发生电流量计算(理论公式） 经验公式 P290，288,牺牲阳极的寿命计算 p293 或,(7)复验阳极质量 计算得出的阳极总质量应大于 得出的值。如果不能满足要求，应重新选择阳极的规格型号。否则，阳极寿命将达不到设计要求。,安装阳极注意事项 P294,阳极的分布均匀 如，船体外板所需的牺牲阳极应均匀对称地分置在舭龙骨和舭龙骨前后的流线上； 螺旋桨和舵所需的牺牲阳极应均匀地布置在艉部船壳板及舵上。 为了保护腐蚀较严重的部位，例如船的尾部及平台的焊接接头，在这些部传应该多安装些阳极。 在某些部位不得布置阳极，如船舶距螺旋桨叶梢300mm范围内的船壳板上和单螺旋桨船的无阳极区。 安装：焊接
15、和螺栓，接触电阻应小于0.001。,牺牲阳极阴极保护设计实例,某储油船入DNV级，该船污油舱、污水沉降舱要求采用涂料和牺牲阳极联合保护。建造说明书保护电流密度为10mA/m2,保护年限为14年。,已知 保护电流密度i10mA/m2 污油舱面积 1430m2 污水沉降舱 1140m2 保护年限14年,2.2.5 外加电流阴极保护系统,辅助阳极 参比电极 电源 阳极屏,2.2.5.1 辅助电极系统,辅助电极材料 外加电流阴极保护和阳极保护需要有辅助电极构成电流回路。辅助电极的作用是通电，故辅助电极材料必须导电良好，能通过较大的极化电流密度,有足够的耐蚀性、机械性能，加工性能和经济性能。,P301 表14-24，P302 表14-26 外加电流的阴极保护系统辅助阳极材料的性能,柔性阳极,1)长距离上电流分布均匀， 2) 在距离管道较近范围内，提供完全的保护，不对邻近设施干扰 3)即使管道涂层严重破损，甚至无覆盖的情况下，也确保保护电流均匀,2.2.5.2 参比电极系统 p278,2.2.5.3 供电电源,电源，整流器，恒电位仪 表14-22，14-23,2.2.5.4 阳极屏等 P300-301，表14-25,辅助电极系统的设计 首先是要确定辅助电极的数量和位置。为了减小辅助电极到设备表面各部位的距离差异。 在设备形状较复杂，或
