阴极保护与涂层

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1、一、涂层检测方法常规检测方法，一般是将涂层试样或实际储罐放置在一 定的腐蚀条件下，经过一段时间后，用目测的方式检查涂层 对腐蚀介质所表现出来的反应，如锈蚀、气泡、脱落等，并 根据此反应分析评价涂层耐腐蚀性能。根据不同的试验方法 和试验条件，常规检测主要包括物理性能测试、机械性能测 试、化学浸演加速试验I等多种方法。物理性能测试主要是研宄涂层的物理性能，包括外观、 粘度、细度、固体分含量等。机械性能测试主要研究涂层力 学性能的变化规律，指标参数包括硬度、附着力、柔韧性、 冲击强度等。根据相关国家标准测定漆膜的机械性能，参照 标准有：漆膜硬度测定法，漆膜附着力测定方法， 漆膜耐冲击性测定法及漆膜柔

2、钥性测定法等化学浸渍加速试验是将涂层试样放置在一定的腐蚀条 件下，经过一段时间后，观察涂层对腐独介质的反应，如绣 蚀、起泡、剥离等，常规的化学浸渍加速试验包括耐盐雾试 验、耐湿热试验、浸泡试验等。耐盐雾试验是将试样放置在 盐雾条件的试验箱中，设置温度为352，试验箱中喷雾 浓度为5%Nacl溶液，定期检查涂层基体的腐蚀、涂层起泡 情况。参照标准：色漆和清漆耐中性盐雾性能的测试。 盐雾试验的咸湿环境能够很好地模拟沿海设备、船舰等腐 蚀，该试验结果对涂层耐腐蚀性能的评价和预测设备的使用 寿命具有十分重要的意义。耐湿热试验是将试样放置在湿热 箱中，一般设置温度为(471)q，湿度为962%定期观 察

3、涂层表面失光、起泡、脱落等基本腐蚀情况，根据国家标 准漆膜耐湿热测定法判定涂层在一定时间的失效等级， 用此粗略评价涂层耐腐蚀性能的好坏。浸泡试验是在一定试 验条件下，将试样直接浸泡在腐蚀介质中，浸泡一段时间后， 观察涂层表面是否有失光、变色、起泡等形态，并检验涂层 破坏所需的腐蚀时间，根据腐蚀时间及试样表面腐蚀形态对 涂层进行评价。浸泡试验分为耐酸碱试验、耐水试验以及各 种有机溶液试验，参照标准有色漆和清漆耐液体介质测 定。交流阻抗谱法(因只施加很小的扰动信号，不会对试样 体系造成不可逆的影响，并可以测量涂层电容，电阻，涂层 与金属界面双电层电容、反应电阻等有关电化学参数，因此, 交流阻抗谱法

4、是研宄金属涂层体系主要方法之一。涂层的硬度是指涂层抵抗压力而引起涂层表面层塑性 变形的能力实质上，硬度是用来反映涂层表面层抗刻划性、 耐磨性及抗压的能力。涂层硬度两种指标为 摆杆硬度和铅笔硬度。摆杆硬度用玻璃硬度作参比，铅笔硬 度宜接在涂层表面刻 划。本文研宄拟采用摆杆硬度测试法。涂层的附着力，又称涂层的粘附力。实质上，附着力是漆膜与金属基材之间的结合力的量度，该力受金属基体的表面粗糙度、材质、化学性质等影响，它是涂层与金属基体之 间表面物质的分子间作用力大小的体现。涂层的附着力包括 涂层与金属之间的粘附力和涂层内部自身的凝聚力。这两方 面的作用力是涂层防护体系中必不可少的。附着力测定一般 采

5、用圆滚线划痕法。涂层的抗冲击性，又称冲击强度，是指涂层受外界冲击 负荷时吸收能量的能 力。实质上是涂层在高速重力作用下发生快速变形而不出现 幵裂或涂层从金属基体上脱落的能力。抗冲击性测定是以一 定重量的小球落在涂层试样上，涂层没有破坏的最大高度， 通常表示为kg cm。该值越大，说明其抗冲击强度越高。环氧玻璃麟片底漆和环氧富梓底漆。将测试玻璃板涂层朝上，放置在水平工作台上，然后慢慢降落摆杆到玻璃板上，调整标尺零点与静止时位置处于同一垂直位置。然后将摆杆拉起并停在偏转为5.5的位置，松开摆杆，当摆杆摆至5开始计时，记录摆幅由5减小到2所需要的时间。为减少实验误差，同一块玻璃板至少取3个不同位置，

6、记录每次所需的 时间，并取平均值。按照公式（31）计算涂层硬度：式中X涂层硬度；/一摆杆在涂层表面上从5摆至2的时间，s；摆杆在玻璃板表面上从5摆至2的时间，s。二、阴极保护与涂层 阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理 是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极 极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过 程就会得到有效抑制。根据提供阴极电流的方式不同，阴极 保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电 位更负的金属（如镁、铝、锌等）与被保护的金属结构物电 性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向

7、被保护 物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交 流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被 保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。不论是牺牲阳极 法还是外加电流法，其有效合理的设计应用都可以获得良好 的保护效果。 阴极保护和涂覆层的联合应用，可以使地下 或水下金属结构物获得最经济和有效的保护。良好的涂覆层 可以保护构筑物 99%以上的外表面不受腐蚀，地下或水下的 金属结构物通常在使用前涂覆防护涂层用以将金属与电介 质环境电绝缘隔离。如果金属构筑物能够做到完全电绝缘隔 离，金属在电介质中的腐蚀电池的形成将受到抑制，腐蚀电 流将无法产生，从而防止金属的腐蚀。然而，完全理想的

8、涂 覆层是不存在的，由于施工过程中的运输、安装及补口，热 应力及土壤应力、涂层的老化及涂层微小针孔的存在，金属 结构物的外涂层总会存在一些缺陷，而这些缺陷最终将导致 金属的局部腐蚀产生。阴极保护技术和涂层联合应用则可以 有效解决这一问题。一方面阴极保护可有效地防止涂层破损 处产生的腐蚀，延长涂层使用寿命，另一方面涂层又可大大 减少保护电流的需要量，改善保护电流分布，增大保护半径， 使阴极保护变得更为经济有效，对于裸露或防腐涂层很差的 地下或水下金属构筑物，阴极保护甚至是腐蚀防护的唯一可 选择的手段。 阴极保护的费用通常只占被保护金属结构物 造价的1%5%,而结构物的使用寿命则可因此而成倍甚至几

9、 十倍地延长，因此，这项技术得到人们的普遍认可，并已在 船舶、港工设施、海洋工程、石化、电力、市政等领域得到 越来越广泛的应用,前景十分广阔。涂层一般涂覆大气区、浪溅区、潮差区,全浸区和海泥 区一般用阴极保护（牺牲阳极或外加电流）。原因是阴极保 护的效果足够好（海水的电导率很高,如果保护土壤中的管 道,常常是涂料结合阴极保护）。当然,业主或设计单位要 求全部涂,可以把涂料延伸到全浸区和海泥区（没有标准说 一定不能或能把涂料使用在这些区域）。阴极保护使用的场合较多,它通常由一个电源变压器和 一个桥型整流器组成。阴极保护的电压是可以调节的,使用 的电源负荷较大。它把交流 220 V 电源通过变压器

10、和整流电 路变成直流,将负电极接至金属外皮,正电极接地,确保线 缆外皮对地保持适当的负电位,这样线缆的金属外皮就不容 易受到腐蚀了。阴极保护设备如果不用交流电,也可以用直流电池供电。但注意阴极设备应安装在线缆外皮平均正电位最高的地 点。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na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 。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。 两种阴

11、极保护法：外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。 1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连 接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护 金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位 下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰， 广泛应用于保护小型（电流一般小于 1安培）或处于低土壤 电阻率环境下（土壤电阻率小于 100 欧姆.米）的金属结构。 如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对 于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用 寿命一般不会超过 3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败 的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极 的电

12、流输出。产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范 要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺 牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要 选择土壤电阻率低的阳极床位置。2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极， 是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩 的状态，使金属表面各点达到同一负电位，使被保护金属结 构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土 壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群 等。1）什么是强制电流阴极保护系统？ 强制电流阴极保护系统又称为外加电流系统，是在被保护结 构周围同一电解质环境中埋设辅助阳极，通过一直流电源

13、以 辅助阳极为阳极，以被保护结构为阴极，构成供电回路，将 直流电通向被保护的金属，使被保护金属强制变成阴极以实 施阴极保护。2）什么是牺牲阳极阴极保护系统？ 牺牲阳极法是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属 或合金与被保护的金属电性连接在一起，依靠电位比较负的 金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属的方法。3）强制电流阴极保护系统的组成有什么？ 强制电流阴极保护系统主要由电源、控制柜、辅助阳极、焦 炭（碳素）填料、电缆、控制参比电极、电位测试桩、电流 测试桩、保护效果测试片、电绝缘装置、电绝缘保护装置。4）电源的作用是什么？ 电源的作用是向阴极保护系统不间断提供电流。电源主要有 恒流、

14、恒压整流器、恒电位仪。5）电源的类型主要有哪几种？ 从整流形式上主要有可控硅、磁饱和、数控高频开关。可控 硅和磁饱和恒电位仪体积较大、纹波系数较大、控制精度较 差，效率较低（低于 70%）不易实现数字化。磁饱和恒电位仪 除了上述不足外，额定功率 20%以下的输出无法控制。数控 高频开关恒电位仪体积较小、纹波系数小、控制精度高、效 率较高（90%以上）。6）辅助阳极的作用是什么？ 辅助阳极的作用是通过介质（如土壤、水）与管道之间形成电 回路。通过在阳极表面发生电化学反应，不断向阴极结构提 供电子，从而使阴极极化到保护电位。7）辅助阳极的种类有多少? 辅助阳极根据有废钢、硅铁、石墨、混合氧化物阳极

15、、柔性 阳极、贵金属电极等。8）控制参比电极的有那些？ 控制参比电极主要有长寿命饱和硫酸铜参比电极、高纯锌参 比电极、银/氯化银参比电极、二氧化钼参比电极。土壤中 可使用饱和硫酸铜参比电极和高纯锌参比电极，水介质中使 用高纯锌参比电极和银 /氯化银参比电极。二氧化钼参比电 极主要用于混凝土中。饱和硫酸参比电极的寿命一般小于 10 年。其它的参比电极可以根据寿命来设计。9）为什么需要采用电绝缘？ 在阴极保护技术中，要求被保护结构需要电绝缘，主要是由 于如果不绝缘，保护电流会流失到未被保护的金属构筑物 上，设计的电流需求量可能不足，保护效果不理想，另外， 可能会产生杂散电流的干扰。电绝缘要根据结构

16、的实际情况 进行考虑。10）测试桩的作用是什么？ 测试桩的作用主要是用于检测阴极保护效果和运行参数。根 据作用不同有电位测试桩、电流测试桩、保护效果测试片测 试桩桩。11）牺牲阳极阴极保护系统的组成有什么？ 土壤中，牺牲阳极阴极保护系统主要有牺牲阳极、填包料、 和测试桩组成。水环境中，除导线连接外，牺牲阳极也可直 接焊接到被保护结构上。12）牺牲阳极主要有那些？ 对于钢铁来说牺牲阳极主要有镁合金牺牲阳极、铝合金牺牲 阳极、锌合金牺牲阳极。镁合金牺牲阳极主要应用于高电阻 率的土壤环境中。铝合金和锌合金主要用于水环境介质中。锌合金也可用于土壤电阻率小于5Q?m的环境中。对于其它金属来说，活性较高的金属都可以用作它的牺牲阳 极，如用铁作为牺牲阳极来保护铜。