c07-电化学保护..doc

第七章 电化学保护 应用电化学极化的方法来防止和减轻金属腐蚀的方法称为电化学保护，主要有阳极保护和阴极保护两种类型。另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所采取的排流防蚀技术及区域保护技术也在此论述。 §7-1 阳极保护 对腐蚀介质中的金属结构物进行阳极极化，使其表面形成钝化膜，并通电维持其钝化状态，从而显著降低腐蚀速率的保护措施。主要用于有氧化性且无Cl-的酸、碱、盐溶液中，要求材料必须具有钝化性，因此在海洋环境中忌用阳极保护，因为海水中含有大量Cl-。 原理 由E—pH图（图2-7）可见，当电极发生阳极极化而电位正移时，金属由活化腐蚀区过渡到钝化稳定区，使腐蚀过程的阴极控制变为阳极控制。只有能够发生阳极钝化的情况下才适用于该方法，极化状态必须保持在钝化区。 参数 由钝化曲线可以看出，阳极保护的主要参数是 致钝电流密度（I致），或曰临界电流密度，是产生钝化所需最小阳极极化电流密度（A/m2），它相当于金属阳极溶解的最大值，只有超过此值的电流部分才能形成钝化膜。极化电流密度（I）越大，转化为钝化状态所需时间（t）越短，其间大体有如下关系： （I－I致）×t = 常数 实际应用中要求I致越小越好，若太大则极化初期消耗功率大，使设备庞大而造价较高。 维钝电流密度（I维）或曰稳定钝化电流密度，是钝化状态下维持电位稳定所需电流密度（A/m2），它主要用于补充钝化膜的溶解。因此，I维越小越好，且消耗电能少。根据电解定律可以求出钝化膜的溶解速度Km与I维的关系为： Km = N×I维/26.8 ( g/m2h) （7-1） 式中： N—钝化膜的化学当量（g）， I维—钝化膜的维钝电流密度（A/m2）， 26.8—电化学当量，A?h，26.8 A?h =96500库仑 钝化（区）电位（E钝），是使金属维持钝化状态的电位，其范围越宽越好。 系统结构 包括恒电位仪、辅助阴极、参比电极和被保护结构物，以及附设电路和仪表等。 阴极材料：要求耐蚀，机械强度好，不发生氢脆。浓硫酸中可使用铂、金、铸铁等；稀硫酸中可使用银、铝青铜、石墨；盐水中可使用高镍或高铬合金、碳钢；碱液中可使用碳钢。阴极设置力求最佳电流分布，使被保护的结构物整体均处于钝化稳定区。阴极安装应当绝缘、牢固、方便维修。阴极引出线与被保护体之间绝缘良好，并进行绝缘密封。 参比电极：有甘汞电极、氯化银电极、硫酸亚汞电极或氧化亚汞电极，根据介质性质和使用要求选定。铂在硫酸中，银在盐酸中或食盐水中，锌在碱性溶液中具有稳定电位，也可作参比电极使用。参比电极应分别设置在距离阴极近、中、远三处，平时以中间为监控标准，近、远处的参比电极可用来观察电位分布或临时使用。 电器设备：恒电位仪，工业用一般要求为6～24V，50～500A。根据阳极保护三参数和被保护体面积估算。配电与走线要求安全合理，注意接地，防止杂散电流腐蚀。 阳极保护方式 单纯阳极保护：连续通电式和间歇通电式。 用同一套电器设备同时满足I致和I维的要求，往往遇到实际困难。因为二者数值往往相差几个数量级，如： 在100oC H2SO4中，对于碳钢I致=100 A/m2, I维=0.5 A/m2；在30% HNO3中，对于碳钢I致=10000 A/m2, I维=0.2 A/m2，为了解决这一矛盾，可以采取逐渐加液连续通电方式或连续钝化方式。 逐渐加液连续通电方式是采取逐步加液，逐步钝化，直至容器中盛满液体和完全钝化，在此过程中，所需电流一直维持较小数量级。 连续钝化方式是预先涂覆临时性涂层，由于涂层有针孔，露出的面积很小，钝化电流也较小，实际使用过程中涂层逐渐破损，破损处很快钝化，直至涂层完全剥落，容器完全钝化，但其致钝电流却始终较小。 联合保护：阳极钝化法与其它防腐方法相结合的联合保护技术往往具有更好的防腐效果，经常采用的联合保护主要有下列三种方式，即与涂层结合、与缓蚀剂结合或与电偶结合。 例如：由于硫酸中的钛与碳或铂（电偶）相连接、热硫酸中的铬钢与Fe3O4＋MnO2相连接时可处于钝化稳定区，当初期使设备强制钝化后，就可以用电偶方式保持其钝化状态。 表7-1 金属材料—介质体系的阳极保护三参数[1] 介 质 材 料 温度/℃ I致/A/m2 I维/A/m2 ?钝/mV 105%H2SO4 碳钢 27 62 0.31 100以上 96～100%H2SO4 碳钢 93 6.2 0.46 600以上 96～100%H2SO4 碳钢 279 930 3.1 800以上 96%H2SO4 碳钢 49 1.55 0.77 800以上 89%H2SO4 碳钢 27 155 0.155 400以上 67%H2SO4 碳钢 27 930 1.55 1000～