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陰極保護技術
來源:    發布時間:2015-12-11     

    陰極保護,往簡單了說,就是把要保護的金屬表面全部變成陰極,就叫陰極保護。為什么是全部變成陰極?為什么不是全部變成陽極?陰極又是什么,陽極又是什么。看完這篇文章你就知道了。

    好,先把陰極和陽極放在一邊。關于陰,陽,這是我們老祖宗的東西,很容易弄懂。先說腐蝕是怎么回事。腐蝕就是材料的破壞,常見的有化學腐蝕和電化學腐蝕兩種形態。化學腐蝕很好理解,金屬在強的化學藥劑環境中,如酸堿溶液中溶解,這就叫化學腐蝕。那電化學腐蝕是什么呢?

    化學腐蝕是一種原位腐蝕,因為腐蝕介質的破壞力非常強,所以在腐蝕點,金屬材料和腐蝕介質直接發生了化學反應。比如鐵和鹽酸直接反應,生成了氯化鐵和氫氣。而在一般的介質中,比如淡水,海水,土壤,潮濕大氣中,這些介質沒有這么強的腐蝕性,比如說,你把一塊鐵放在水中,是看不到腐蝕反應的。那腐蝕是怎么發生的呢?

    在這些相對溫和的介質中,發生的腐蝕也比較溫和,在短時間內肉眼是看不到的。這些腐蝕就是電化學腐蝕,據說占到所有腐蝕的90%左右。電化學腐蝕是在金屬表面上發生的一種電化學反應。前面說到化學反應,化學反應是一種原位反應,他只需要兩個條件就可以發生,即金屬和化學物,即氧化劑和還原劑。而電化學反應由于介質的腐蝕性不強,能量不足,他需要三個條件才能發生,陰極(能量較低的區域),陽極(能量較高的區域),電解質環境(在兩個不同區域之間提供離子、即電荷交換通道,同時參與陰極反應)。以在淡水中的鐵為例子:

    陽極,發生氧化反應:

Fe –2e = Fe 2+

    陰極,發生還原反應:

H2O+ O2 +2e = 2OH-

    這些反應式我們初中就學過,失去電子的氧化反應,金屬變成離子,發生腐蝕。所以陽極。發生腐蝕,而在陰極,得到電子,金屬不參與反應,反應得是氧氣和水。

    為什么金屬表面會有陰極區和陽極區呢,金屬表面不是一樣嗎,都是鐵?其實在宏觀狀態下是一樣的,在微觀狀態下是不平均的。另外,金屬表面接觸的介質濃度不一樣(比如,我們觀察到,船船或鋼樁腐蝕最嚴重的部位既不是水上,也不是水下,而是潮差區或飛濺區,這些區域由于與氧氣接觸的程度不一樣,氧氣濃度不一樣,因此,氧氣濃度最大的地方就是陽極區,所以水線部位最容易腐蝕,這就是氧濃差腐蝕,氧濃差腐蝕也是一種電化學腐蝕形式)。我們經常看到在金屬表面壓一塊磚頭,過一段時間后,磚頭邊緣就銹了,這就是人為造成的氧濃差腐蝕。

    打個不恰當的比方吧,你把金屬表面想象成一塊草原,草原上有男人,女人(金屬表面不同的狀態),當他們要結婚的時候,就需要媒人(介質)。具備了這三個條件,他們來電了,就會發生我們前面所說的腐蝕反應。所以,從腐蝕的角度來看,最糟糕的狀態就是草原上全是女人,只有很少量的男人,這種狀態在腐蝕學上,就叫做“大陰極小陽極”狀態,那些陽極部位,腐蝕反應會非常快,這也是古代皇帝都短命的主要原因之一。

    那陰極保護呢,道理就非常簡單了,把草原上的人全部變成女人,大家也就都太平了。這種方法通過兩種途徑:

      1、 犧牲陽極保護法,在要保護的金屬邊上連接一塊更容易腐蝕的金屬,比如鎂鋁合金;這就象在草原邊上新建立了一個“帥哥基地”,這樣,女人們對本草原的男人毫無興趣,要腐蝕也腐蝕那些“帥哥”們。而且更奇妙的是,在這種情況下,草原上的男人會自動變成“偽娘”,相對于“帥哥”們也是陰極。當然,他們與那些“帥哥”形成腐蝕回路的機率要小于那些真正的“女人”們。這種方法下,“帥哥”們會慢慢消耗殆盡,這種方法就叫犧牲陽極法;

      2、 外加電流法,建立一個通電電路,在金屬邊上設置一個輔助陽極,將輔助陽極連接到電源的正極,將金屬連接到電源的負極,強制將金屬全部變成陰極。這種方法類似于強制把草原上的男人變性了,簡單粗暴。

那么大家一定覺得,外加電流法更直接,更簡單,效果更好。理論上是這樣的,但是外加電流法也有它的不足,比如,需要建立一個電流通路,基本費用不低,如果保護對象較少,那就不經濟了。另外,由于持續通電,需要進行設備管理。所以,在保護對象較少時,一般用犧牲陽極方法,而大量的結構,一般推薦外加電流方法。當然,這不是絕對的,要根據現場實際情況,由防腐蝕工程師進行設計。

一定有聰明的人問,那把金屬表面全部變成陽極,不也一樣不會發生腐蝕嗎?真是機智的問題啊,真的有這種防腐蝕方法,就叫陽極保護。有兩個應用,一是在濃硫酸的儲存中,就是用碳鋼儲罐,將表面強制設置成陽極,在表面快速發生慘烈的陽極反應,生成的腐蝕產物是致密的,從而保護了內層的金屬,這種方法就叫陽極保護,可以簡單理解成將表面全部變成陽極,快速發生陽極反應,形成致密的保護層。還有一種應用就是不銹鋼或鋁材的防腐蝕,不銹鋼和鋁材耐腐蝕的原理就是表面金屬與空氣接觸時,會迅速發生氧化反應,表面形成了一層致密的氧化膜(氧化產物或腐蝕產物)。但是在海水中,海水含氯化鈉,由于氯離子具有活化作用,局部會活化這些金屬,不能形成致密氧化膜,容易形成點蝕。所以,不銹鋼和鋁合金在海水中是不能作為耐腐蝕材料使用的。

更進一步說,既然一個電化學腐蝕反應需要三個要素,陰極,陽極和介質,那消滅介質可以嗎?當然可以,在干燥的環境中,是不會發生電化學腐蝕的,比如在外太空,由于沒有腐蝕介質,所以也就不會有電化學腐蝕發生。所以潮濕環境中金屬更容易腐蝕,這是常識。

我們日常使用涂料來防護,阻隔介質與金屬接觸也是一種重要的防護機制。

現在你理解什么叫陰極保護了嗎?重復一遍,簡單來說,就是用外加的方法,將金屬表面全部轉換成電化學意義上的陰極狀態。

寧波中科腐蝕控制工程技術有限公司是專業從事陰極保護的專業公司,我們從事陰極保護工作已經有十多年了。陰極保護技術在我們看來,是最經濟的防腐蝕技術,投入少,效果大。陰極保護技術相對于其它防護技術最大的優勢在于,當金屬管道或結構使用陰極保護技術時,由于陰極保護技術是一種電學保護技術,保護電流流向管道表面電阻最小的位置,即防腐蝕涂層破損的位置。所以,陰極保護技術與涂層技術結合,形成子一個完美的防腐蝕組合,當涂層完好時,陰極保護待命,不發生作用。當涂層發生破損時,哪里有破損,電流就流向哪,什么時候發生破損,電流就什么時候流過去,1秒鐘都不會耽擱!

單獨使用涂層技術對你的結構進行防護,是不保險的,哪天有個老鼠到你的結構上磨牙,或者有一棵頑強的小樹苗非要在你的管道上生根,你的涂層做得再好都沒用。而這個時候,你所能指望的,除了祈禱就是陰極保護了。

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