腐蝕與腐蝕電池

作為一種天然存在的現(xiàn)象，腐蝕主要是指材料（一般指金屬材料）與環(huán)境間發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)相互作用而導(dǎo)致材料功能受到損傷的現(xiàn)象。

在大多數(shù)情況下，當(dāng)金屬被放置在水溶液中或潮濕的大氣環(huán)境中時，金屬表面會形成一種微電池，有時也稱腐蝕電池(其電極一般稱為陰、陽極)。在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽極發(fā)生溶解，在陰極上則發(fā)生還原反應(yīng)，一般只起傳遞電子的作用。

腐蝕電池的形成原因

腐蝕電池的形成原因主要是由于金屬表面吸附了空氣中的水分，形成了一層水膜，因而使空氣中CO?等氣體溶解在這層水膜中，形成電解質(zhì)溶液，而浸泡在這層溶液中的金屬又總是不純的，例如工業(yè)上用的鋼鐵，其實際上是合金材料，即除鐵之外，還含有石墨、滲碳體以及一些其它的金屬和雜質(zhì)，它們大多數(shù)沒有鐵元素活潑。這樣形成的腐蝕電池的陽極為鐵，而陰極為雜質(zhì)，又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸，使得腐蝕不斷進(jìn)行。

金屬材料發(fā)生腐蝕的難易程度通常取決于金屬的晶粒結(jié)構(gòu)，合金材料組成以及在制造期間金屬表面經(jīng)受的處理溫度和是否發(fā)生變形等因素。

微觀腐蝕電池

現(xiàn)在，已經(jīng)有許多經(jīng)受了時間考驗的腐蝕預(yù)防方法，其中之一就是陰極保護(hù)法，在本文中，我們將介紹一些關(guān)于陰極保護(hù)類型以及該方法如何有效預(yù)防埋地管道免受腐蝕等知識。

什么是陰極保護(hù)？

陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。暴露于電解質(zhì)中的金屬材料表面具有多個微觀陽極和陰極位置。當(dāng)陽極電負(fù)性強于陰極時，它們之間就會產(chǎn)生電位差，進(jìn)而發(fā)生腐蝕

陰極保護(hù)的目的就是盡可能的降低陰極和陽極之間的電位差，使其降低到一個可以忽略的值。這種電位差的減少主要是由于陰極的極化所導(dǎo)致，根據(jù)歐姆定律，利用這種方法，腐蝕電流能夠得到很好的緩解。陰極保護(hù)可以通過向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流來實現(xiàn)。

陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

為了實現(xiàn)足夠的陰極保護(hù)，受保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位必須極化到一定的值，通常采用參比電極來測量極化電位。例如銅/硫酸銅電極（CSE）就是土壤和淡水中較常用的參比電極。

目前有兩種類型的陰極保護(hù)評估標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)情況，一般可以使用其中任何一種，盡管在許多情況下，第一種被認(rèn)為是更加優(yōu)越的。

1.電位標(biāo)準(zhǔn)

施加陰極保護(hù)時被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位至少達(dá)到-850毫伏（mV）或更負(fù)（相對于銅/硫酸銅參比電極）。

2.極化轉(zhuǎn)變標(biāo)準(zhǔn)

在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值為100mV（相對于銅/硫酸銅參比電極）。

注：這些判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要適用于碳鋼材料，不同類型的金屬材料標(biāo)準(zhǔn)可能有所不同。

陰極保護(hù)的類型

陰極保護(hù)主要包含兩種類型

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犧牲陽極保護(hù)陰極

這種類型的陰極保護(hù)，主要原理是通過將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，進(jìn)而使得被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率。在被保護(hù)金屬與犧牲陽極所形成的電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實現(xiàn)了對陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)。

犧牲陽極一般為一些活性金屬，例如鋅、鋁和鎂等，根據(jù)電位序列，這些都是比較活躍的金屬材料。

陰極保護(hù)電流主要是由犧牲陽極和受保護(hù)結(jié)構(gòu)之間的電位差引起的。

使用的陽極類型通常取決于電解質(zhì)的電阻率和化學(xué)組成等因素。

該類型的陰極保護(hù)優(yōu)點主要有：單次投資費用低，運行過程中基本不需要支付維護(hù)費用；保護(hù)電流的利用率較高，不會產(chǎn)生過保護(hù)；對鄰近的地下金屬設(shè)施無干擾影響；適用于廠區(qū)和無電源的長輸管道以及小規(guī)模的分散管道保護(hù)；施工技術(shù)簡單，平時不需要特殊、專業(yè)的維護(hù)管理等。

2.強制電流陰極保護(hù)(外加電流法)

強制電流陰極保護(hù)法是指將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。外部電源通過埋地的輔助陽極將保護(hù)電流引入地下，通過土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。

三種常用的陽極類型：可溶性陽極（鋁和鋼），半可溶性陽極（石墨和高硅鑄鐵（HSCI））和不溶性陽極（鉑，混合金屬氧化物和聚合物等）。

這種類型的陰極保護(hù)技術(shù)的主要部件是一個變壓整流器，這迫使電流從陽極流到受保護(hù)的結(jié)構(gòu)（陰極）。

具體使用的陽極類型，可溶性，半可溶性或者不溶性，通常取決于電解質(zhì)的化學(xué)組成和待保護(hù)的區(qū)域等因素。

該類型的陰極保護(hù)技術(shù)優(yōu)點主要包括：驅(qū)動電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護(hù)電流輸出量，適用于保護(hù)范圍較大的場合；在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用；選用不溶性或微溶性輔助陽極時，可進(jìn)行長期的陰極保護(hù)；每個輔助陽極床的保護(hù)范圍較大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時，一個陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里等。