四川理工学院：《金属腐蚀理论及腐蚀控制》第十二章 防护方法

第十二章防护方法 电化学保护 阴极保护 (1)保护原理 金属_电解质溶解腐蚀体系受到阴极极 化时,电位负移,金属阳极氧化友应过 电位n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

第十二章 防护方法 1. 电化学保护 • 阴极保护 (1)保护原理 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ηa 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

防护技术 Icor→ Icor=Oa=/Ic/ 阳极区 阳 极 阴极区 腐蚀金属 腐蚀电池 直流电源 a 辅助 辅助 阳极 阳极 外加电流阴极保护 电流关系:IIcI IIcI-Ia 外加电流阴极保护示意图

防护技术 外加电流阴极保护示意图 电流关系:ⅠIcⅠ＝ ⅠIcⅠ-Ia 外加电流阴极保护 阳极区 阴极区 腐蚀金属 阴 极 阳 极 Icor Ia Ic Icor=Oa=/Ic/ 腐蚀电池 － ＋ I 直流电源 辅助 阳极 阴 极 阳 极 辅助 阳极 I－ － ＋ Ic Ia Ia I-

防护技术 E C Ec Eor E∈ Ee(H2/H) Eea Lg Lgi Lgicor lgipr Lgicor Lgipr 活化极伦控制腐蚀体系 氧扩散控制腐蚀体系 两种腐蚀体系所需保护电流的比较

防护技术 E Eor Eea Lgicor Lgipr Lgi E Eor Eea Lgicor Lgipr Lgi Ee(H₂⁄H) /ic/ ia 活化极伦控制腐蚀体系 氧扩散控制腐蚀体系 两种腐蚀体系所需保护电流的比较

阴极保护的原理: 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。 阴极保护的效果用保护度η表示 77 ×100%=1-×100% 0 0

阴极保护的原理 ： 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。 阴极保护的效果用保护度η表示 100% 0 100% 1 0 0        = − − = V V V V V 

(2)保护参数 保护电位E:阴极保护中所取的极化电位。 然,要使金属的腐蚀速度降低到零 达到“完全保护”(即保护度η=100%), 必须取阳极反应平衡电位作为保护电位, 即取E=E (最小)保护电流密度in:与所取保护电位对 应的外加极化电流密度叫做保护电流密 度。 在两个保护参数中,保护电位是基本的控 制指标

(2) 保护参数 保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。 显然，要使金属的腐蚀速度降低到零， 达到“完全保护”(即保护度η =100%)， 必须取阳极反应平衡电位作为保护电位， 即取Epr = Eea。 (最小)保护电流密度i pr：与所取保护电位对 应的外加极化电流密度叫做保护电流密 度。 *在两个保护参数中，保护电位是基本的控 制指标

阴极保护适合的体系: 从理论上来讲,任何体系都可以 但在工程上作为一种腐蚀控制技术还要 求保护电流密度比较小,在经济上才合 算。阴极保护的经济指标可以用保护效 益Z来衡量 腐蚀体系的阴极极化率大,阳极极化率小 (即阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平), 则随着电位负移,金属腐蚀速度减小快, 而保护电流密度增加慢,保护效益也就 较大,可以满足经济指标方面的要求

阴极保护适合的体系： • 从理论上来讲，任何体系都可以。 • 但在工程上作为一种腐蚀控制技术还要 求保护电流密度比较小，在经济上才合 算。阴极保护的经济指标可以用保护效 益Z来衡量 腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小 (即阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平)， 则随着电位负移，金属腐蚀速度减小快， 而保护电流密度增加慢，保护效益也就 较大，可以满足经济指标方面的要求

工业上应用阴极保护的腐蚀体系是: 土壤、海水、河水等环境中的碳钢管 道、构筑物、设备。 *确定保护电位时应考虑两个方面的因素: 第一,从保护效果来讲,Epr越负越好 第二,析氢反应的影响。析氢是使极化电 流密度迅速增大,保护效益降低;析氢还 可能造成对设备金属材料的危害,如氢脆 问题,以及对金属表面涂层的破坏

工业上应用阴极保护的腐蚀体系是： 土壤、海水、河水等环境中的碳钢管 道、构筑物、设备。 *确定保护电位时应考虑两个方面的因素： 第一，从保护效果来讲，Epr越负越好。 第二，析氢反应的影响。析氢是使极化电 流密度迅速增大，保护效益降低；析氢还 可能造成对设备金属材料的危害，如氢脆 问题，以及对金属表面涂层的破坏

阴极保护举例 测量阴极极化曲线,确定是否适宜采用 阴极保护 从极化曲线上确定保护电位,及相应的保 护电流密度 计算保护度:测量极化曲线得出保护电 位的大致范围后,将试样恒定在不同的极 化电位,经过适当的暴露时间,用失重法 测量金属的腐蚀速度,从而计算不同极化 电位下的保护度

阴极保护举例： • 测量阴极极化曲线 ，确定是否适宜采用 阴极保 护。 • 从极化曲线上确定保护电位，及相应的保 护电流密度。 • 计算保护度 ：测量极化曲线得出保护电 位的大致范围后，将试样恒定在不同的极 化电位，经过适当的暴露时间，用失重法 测量金属的腐蚀速度，从而计算不同极化 电位下的保护度

防护技术 电位 (mv. sce -1000 900 0.318 0.55 2 4 5

防护技术 电 位 (mv.sce) -1000 -900 -800 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电流密度(A/m²) 碳钢在联碱盐析结晶器溶液中的阴极极化曲线 引自«电化学保护在化肥生产中的应用» P71 1:静态 2:微搅动 溶液成分：Fnh₃ 56 滴度 CnH₃ 42.5 滴度 Cl- 113 滴度 Na+ 70.5 滴度 0.318 常温 0.55

防护技术 碳钢在联碱盐析结晶器溶液中的保护参数 保护电位(nv/sce) -850-900 -950 1000-1050 保护电流密度(Am2)0 0.318 0 腐蚀速度(mm/y) 1.0840.2070.04040.0271001700.0165 保护度(%) 80.9963 97.5 98498.5 析氢情况 产生少量氢气泡大量析氢 试验时间:144小时 溶液成分:FnH364滴度CNH328.8滴度C1-100滴度 试验温度:常温 引自《电化学保护在化肥生产中的应用》P74

防护技术 碳钢在联碱盐析结晶器溶液中的保护参数 保护电位（nv/sce) -850 -900 -950 -1000 - 1050 保护电流密度(A/m²) 0 0.318 0.55 1.27 3.2 腐蚀速度(mm/y) 1.084 0.207 0.0404 0.0271 0.0170 0.0165 保护度(%) 0 80.9 96.3 97.5 98.4 98.5 析氢情况 产生少量氢气泡 大量析氢 试验时间:144小时 溶液成分:FnH₃ 64 滴度 CNH₃ 28.8 滴度 Cl- 100滴度 试验温度：常温 引自«电化学保护在化肥生产中的应用» P74