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三明市无线电二厂 忠武输气管道工程阴极保护设备培训教材 HPS-2 阴 极 保 护 设 备 培 训 教 材 阴 极 保 护 设 备 培 训 教 材 前言 一、电化学腐蚀原理 金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最普遍的一种形式，这种形式发生在金属和电解质溶液接触而互相作用的时候，其最明显的特征是它必然有电流的流动（电子的转移）。 阴极保护设备培训教材 金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏。把两种电极电位不同的金属放入电解液中，即成为简单的原电池，若用导线将两种金属连接起来，则两电极间有电位差存在而产生电流。例如将锌板和铜板当作两极，插入装有稀硫酸溶液的同一器皿中，并用导线连接，如图１—１所示。由于双电层原理Zn、Cu各自在溶液中建立电极电位，但Zn的电极电位较负，所以不断失去电子，变成Zn2+离子溶解到电解质溶液中去。锌板上多余的电子则沿导线由锌板流到铜板，铜板上不断地有来自锌板的电子和溶液中的氢离子中和放电。 阴极保护设备培训教材 其电极反应： 在铜板上酸中的H＋离子接受电子进行还原，生成氢气逸出 整个电池反应为： 阴极保护设备培训教材 在原电池外部电子e由锌板流到铜板（图中虚线方向），则电流方向由铜板到锌板。（图中实线方向）。 在原电池内部电流方向是从锌板流入溶液，再由溶液流入铜板。电极电位比较负的锌板称为阳极，电极电位比较正的铜板称为阴极。 在电解质溶液中，金属表面上的各部份，其电位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极区，电位较低的部分形成阳极区。这便构成了局部腐蚀电池。 腐蚀电池可以理解为金属腐蚀表面上短路的多电极原电池。 阴极保护设备培训教材 二、阴极保护原理 １、理想极化曲线 腐蚀电池在电路接通后就产生电流，电流的流通，使得腐蚀电池阳极和阴极的电极电位都偏离电流未流通之前的电极电位值。 在阳极，由于阳极金属溶解即离子化的过程滞后于电子的转移过程，而正电荷过剩，使阳极表面的电位向正的方向偏移，即阳极极化。 在阴极表面，由于从阳极转移过来的电子的迁移速度大大于在阴极表面的极化剂（H+和O2分子）吸收电子的速度，使大量电子在阴极表面集聚，从而使阴极表面的电位向负的方向偏移，即阴极极化。 阴极保护设备培训教材 阳极极化和阴极极化的共同结果，造成了腐蚀原电池起始电位差的变小。将腐蚀电池阳极和阴极的电极电位与电流之间的关系用曲线表示出来绘成图，就得到了腐蚀电池的极化曲线图。图１—２是腐蚀电池的极化曲线示意图。 阴极保护设备培训教材 如图所示，EaS是阳极化曲线，EcS是阴极极化曲线，当腐蚀电池内电阻为零时，它们相交于Ｓ点。Ｓ点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr。它是腐蚀电池的阳极和阴极在极化后共同趋近的电位值。与此电位值相对应的电流Icorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。 事实上，上述的极化曲线是测不出来的。这是因为人们无法在腐蚀电池系统中确定阳极与阴极的面积。也无法保证在电极表面只发生单一的一种电极反应。甚至不可能测到腐蚀电池中任一微阳极部位，或微阴极部位的电位值。而测到的通常是其微阳极与微阴极极化后，共同趋向的电位Ecorr。上述极化曲线称之为理想的极化曲线，或假想的极化曲线。它所反映的是，腐蚀电池内电流与阳极和阴极电位的关系。 阴极保护设备培训教材 ２、阴极保护原理 在介绍腐蚀电池工作原理时，人们曾谈到由于金属本身的电化学不均性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。例如在碳钢表面，其基体金属铁与碳素体Fe3C如浸在电解质溶液中会形成电位差为200mV的微电池腐蚀。 当采用外加电流极化时，原来腐蚀着的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，此时腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。反之，则称之为负的差异效应 阴极保护设备培训教材 强制电流阴极保护所引起的差异效应可用图１—５来说明。 阴极保护设备培训教材 上图a为未加阴极保护之前金属本身的腐蚀的电池模型；b为加阴极保护以后保护电池的电路及原来腐蚀电池的变化，所加的外电流I的方向是使被保护金属作为阴极。 向系统输入外电流，使金属阴极极化，此时整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移。 若使金属继续阴极极化到更负的电位Ea即达到微阳极的开路电位，则腐蚀减至为零。金属达到完全保护 阴极保护设备培训教材 总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用，又因为阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应。金属不再发生丢电子的氧化反应