【2017年整理】051109_牺牲阳极法阴极保护.docVIP

牺牲阳极阴极保护技术 S. Szabo and I. Bakos 匈牙利科学院化学研究中心 材料科学与环境化学研究院 H - 1525布达佩斯邮箱17(匈牙利) 摘要 本文在接触腐蚀理论的基础上，讨论了牺牲阳极法阴极保护技术的一些基础问题，阐述了这种阴极保护过程的反应动力学行为，在这一动力学理论基础上，分析了-0.85V和100mV这两个极化参数。说明了确定阳极尺寸的原则以及一种试验方法，提出了选择阳极材料的原则和阳极床的作用，并分析了影响阴极保护系统运行的一些物质和物理化学现象，例如氧化剂，有机材料，复杂的有机试剂，催化剂，干燥的回填料，氢脆，交流电和杂散电流等。 本文还介绍了牺牲阳极阴极保护的一些重要技术应用，简要总结了阴极保护技术在管道防腐蚀的应用。近年来人们对钢筋混凝土防腐的关注很大，对此，本文进行了较为详细的总结。由于这一应用的重要性，本文还单独列出了对钢筋混凝土桥梁的阴极保护措施。最后，简要介绍了微生物腐蚀对阴极保护技术的影响。 关键词：牺牲阳极阴极保护，基础理论，实践环节 1. 概述 牺牲阳极阴极保护法或许是应用在阴极保护工业中最古老的方法之一。尽管这一方法历史悠久，但它现如今的应用远远低于它潜在的和期望的作用。由于牺牲阳极法不需要外接电源（即：转换器、整流器以及复杂的线路），所以可以应用在外加电流阴极保护系统难以建立或安装的环境中。由于牺牲阳极阴极保护法理论基础较为复杂，以及阳极尺寸和安装方法还要取决于实际工况，故在实际中应用这一保护法仍有许多需要注意的问题。 牺牲阳极阴极保护是由两个具有不同氧化还原电位的电连接在一起的氧化还原系统组成，电连接（一阶导电或者说电子导电）的结果就是氧化还原电位较负的的电极使氧化还原电位较正的电极阴极极化，造成电极电位下降，其结果就是减缓腐蚀。 正确的应用牺牲阳极阴极保护系统的一个重要的要求就是要有足够的阳极腐蚀速率。为了保证这一要求，避免阴极保护过程效率不够或者停止，除了要考虑被保护结构的腐蚀，操作者还必须考虑阳极材料的腐蚀。由于牺牲阳极阴极保护法中阳极材料的腐蚀速率与实际应用的环境有关，因此相比于外加电流阴极保护法，建立牺牲阳极阴极保护系统需要考虑更多的因素。为解决上述问题，牺牲阳极保护法还比外加阴极电流保护法要求操作者具有更多的关于氧化还原和腐蚀问题的理论知识。继续我们之前的研究，我们现在正努力提出更加易懂的牺牲阳极阴极保护准则，扩大牺牲阳极阴极保护在实际工程中的应用范围，目的在于帮助公司进行更好的设计、安装和使用的工作。 2 关于牺牲阳极阴极保护法的综述 如前文所述，电连接（电子导电）的结果是在具有不同的氧化还原电位的氧化还原系统之间形成一个阴极保护系统，氧化还原反应中电位较负的电极对电位较正的电极产生阴极保护。这一理论可以普遍的应用在科研以及工程实际中的相似领域，包括腐蚀及腐蚀防护。一般地，在这些腐蚀防护的情况中，都应用了相同的金属腐蚀理论。一个重要的例子就是Raney-Ni催化剂，在这种催化剂中，残留的Al就扮演了牺牲阳极的角色，对Ni进行阴极保护，以阻止腐蚀发生的方式确保催化剂不会失去活性。 当然，并非所有的氧化还原系统都可以作为牺牲阳极，在工程应用中，多数使用锌、铝、镁及其合金作为牺牲阳极的材料。 2.1. 牺牲阳极阴极保护的理论基础 为了较为容易的理解牺牲阳极阴极保护的理论基础，我们可以借助于分析实际中应用的阴极保护系统或者建立一些模型。一个常见的例子就是用锌作为牺牲阳极对铁进行阴极保护，而具有锌作为阴极的干电池可以作为典型的模型。我们可以认为，把干电池中的碳棒阳极换成与锌电连接的被保护结构即为牺牲阳极阴极保护系统。而当被保护系统通过金属导线（电子导电）与牺牲阳极相连接时，就形成了接触腐蚀系统，因此，可以在接触腐蚀理论的领域中找到牺牲阳极阴极保护的理论基础。牺牲阳极通过自身的腐蚀产生电流从而对被保护的结构进行阴极保护。（这一过程与干电池中的过程类似，只是在阴极保护中，由锌氧化产生的电流是用来进行腐蚀防护而不是用来向外供电。） 在腐蚀防护领域中，被保护的结构几乎都是钢铁结构，因此为了理解牺牲阳极阴极保护理论可以研究铁--锌阴极保护系统。锌--铁系统是一个较好的选择，这是因为在电镀钢或者热浸镀钢表面的锌，与牺牲阳极系统中的锌类似，通过阴极保护的方式保护铁的表面。 2.1.1. 牺牲阳极阴极保护系统的工作过程 为了理解牺牲阳极阴极保护系统的工作过程，我们必须研究牺牲阳极的工作过程中和被保护结构的表面发生的电荷转移过程。在牺牲阳极的工作过程中不可避免的发生的电荷转移过程，是整体过程的速率决定步骤。 我们都知道，当一片锌或者铁在酸溶液中发生腐蚀溶解时，可以观察到有氢气产生。即使腐蚀发生在相同的电解质中，这两种金属的腐蚀行为也不会互相影响。两种金属的腐蚀行为是相互独立的