当前课程知识点：腐蚀与防护 > 第八章 金属腐蚀控制与防护 > 8.2 电化学保护 > 外加电流阴极保护法电化学保护
现在我们来学习腐蚀防护的
第一类途径
电化学保护
在我们的腐蚀损伤控制中
属于电位控制技术
它分为直流电阴极保护
牺牲阳极的阴极保护和阳极保护技术三类
其中前两类即为我们常说的
阴极保护技术
简称阴保
所谓阴保
即是将被保护金属进行
外加阴极极化以减小
或防止金属腐蚀的方法
这样的方法包括外加电流
阴极保护法和牺牲阳极保护法
我们先来看外加电流阴极保护法
简称ICCP法
顾名思义
ICCP法是将被保护金属
与直流电源负极相连
使金属发生阴极极化
从热力学角度
以铁在某酸性溶液中为例
如EpH图所示
其基本原理是
在连接电源负极情况下
金属零部件被阴极极化
其电位从腐蚀区间被降至
金属稳定区间
进而控制金属不被腐蚀
从动力学角度
利用动电位极化曲线来分析
如图以某钢在某盐溶液中的
极化曲线为例
实验测得的表观极化曲线为
蓝色的ABCDEF曲线
其中AB为极化曲线阳极区
CDEF为极化曲线阴极区
且阴极区在-1.0~-0.6V之间
具有吸氧腐蚀的极限电流密度特征
在低于-1.1V区域具有析氢腐蚀
与吸氧腐蚀的混合特征
且以吸氧腐蚀为主
我们根据该曲线用阳极塔菲尔拟合
和阴极吸氧腐蚀特征
我们可获得在溶液中的自腐蚀
电位为-0.4V
腐蚀电流密度
约为3.5x10-4A/cm2
但是如果外加电位将
钢阳极极化至A处电位
此时腐蚀按照阳极极化的A点计算
其腐蚀电流密度
值相当大
达到了约0.005A/cm2
如果将金属阴极极化至电位2处
此时金属的腐蚀电流密度为
理论阳极极化曲线与电位2横线的交点
可见该值非常小
其腐蚀电流密度可以忽略不计
但此时的阴极电流密度为
吸氧腐蚀电流密度3.5x10-4A/cm2
此时的阴极电流就需要外加电流实现
如果继续降低电位
采用阴极极化电位3
此时虽然阳极电流密度
还在急剧降低
但是由于此时发生析氢反应
氢的形成造成氢脆潜在危害
同时氢气泡会破坏钢表面腐蚀保护涂层
不利于防腐
因此
对于大多数钢而言
电极电位一般控制在
-0.85V~-1.1V
电位相对于铜 硫酸铜参比联系
电位太高
不一定能有效保护
电位太低
可能出现过保护
ICCP的整体结构如示意图所示
其基本构成是直流电源
辅助阳极
以及各部分构成回路
如果外界介质环境变化不大
通常是连接交流电的整流器
在没有交流电条件下也可以用太阳能
风能等其他形式的电源
如果介质环境变化较大
电源可采用恒电位仪
使金属处于最佳保护状态
恒电位仪型号的选择
可根据被保护的环境选取
电流密度可根据相关国家标准
或行业标准获得相应参数
通过计算体系电阻
得到所需的电位
从而选择恒电位仪的电压电流型号
例如
现需对某航油储罐地板开展
ICCP的恒电位仪选型
储罐外壁直径30m
根据行业标准可知
所需的最小电流密度为10mA/m2
计算阳极
储罐和电缆的总电阻可得
总电阻为1.78Ω
下面我们来计算
首先根据直径计算
被保护的总面积πR2可得
面积为706.86m2
得到所需的总保护电流为
电流密度乘以面积
为7.07A
电压为电流乘以电阻
约为13V
在此基础上还需考虑
电压与电流的安全裕量
最终恒电位仪规格选为
20V 10A的规格
ICCP的阳极可以是
多种形状和尺寸
通常是管状
圆棒状
网状或带状
阳极材料包括高硅铸铁
石墨
金属氧化物
表面镀铂或铌的线或其他材料
所选材料与阳极的布置方式
电流密度大小相关
参比电极包括
铜 硫酸铜
银 氯化银
锌等
要求参比电极具有电极极化电位小
稳定性好
与使用阴极保护设计寿命一致
安装时尽量靠近被保护金属
而与阳极尽量远离
例如
上例中对储罐底部开展
土壤环境的ICCP设计
在储罐底部铺设金属氧化物
Ti柔性阳极
参比电极选用了铜 硫酸铜
同时采用锌作校准
防止铜硫酸铜参比电极
在长时服役后内部陶瓷破损
导致测量电位的漂移
图示为某储罐底部柔性电极
参比电极设置及典型现场照片
其他设施包括绝缘
接地
测试桩
或电位智能采集与GPRS
在线监控等辅助监控设施
实现大数据采集与智能控制
由于ICCP为直流电控制
当被保护部件周围环境复杂
例如周围有多种金属零部件
且这些部件表面防腐涂层损坏
若ICCP系统及被保护部件
没有良好绝缘
将会引发其他金属部件的
杂散电流腐蚀
特别是当阳极的安装
采用斜深井式且与被保护工件
有一定距离时
需考虑该潜在因素
第二
如果电位控制不当或参数选择不当时
在被保护金属表面发生析氢反应
引发防腐层破坏及管材氢脆
第三
存在电流屏蔽与阴极干扰
例如当某些管道穿过公路
铁路等区域时
为了提高使用价值与安全性
会在管道外再加金属套管保护
套管与管道之间用绝缘层隔开
同时套管表面用防腐层覆盖
如果施工时套管表面防腐层受到损伤
将使套管得到阴极保护
而套管下的管道被屏蔽
如果套管与管道之间还有
电解质并与管道形成短路
还将引发管道内壁的加速腐蚀
另外
当管道经过电压
电位变化较大的环境时
还能产生阴极干扰
为了避免析氢并降低电屏蔽的影响
在套管内采用穿越管段
增加阳极或牺牲阳极法
另外还可采用脉冲直流电位的ICCP法
较高脉冲电压可克服高欧姆电压降
脉冲电流具有更深的穿透性
减小电屏蔽范围
而在脉冲休止期
阴极反应中断
有可能放置氢气泡的形成
降低涂层破坏和氢脆的可能
-1.1 腐蚀与防护的基本概念
-1.2 腐蚀的分类
--腐蚀的分类
-1.3 全面腐蚀速率的评价指标
-第一章 概论--本章习题
-2.1 电化学腐蚀电池
--电化学腐蚀电池
-2.2 电极和电极电位
--电极和电极电位
-2.3 E-pH图及其应用
-第二章 电化学腐蚀热力学--本章习题
-3.1 电极的极化
--电极的极化
-3.2 单电极反应动力学
--单电极反应动力学
-3.3 混合电位理论
--混合电位理论
-3.4 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 一
-3.5析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二
-第三章 电化学腐蚀动力学--本章习题
-4.1 钝化及电化学极化特征
-4.2 钝化的影响因素
--钝化的影响因素
-4.3 不锈钢钝化质量的检测
-4.4 金属动电位极化测量实验
-第四章 金属的钝化--本章习题
-5.1 电偶腐蚀
--电偶腐蚀
-5.2 点蚀
--点蚀
-5.3 缝隙腐蚀
--缝隙腐蚀
-5.4 晶间腐蚀与选择性腐蚀
-5.5 晶间腐蚀综合实验
--晶间腐蚀综合实验
-第五章 常见的金属局部腐蚀形态--本章习题
-6.1 应力腐蚀开裂
--应力腐蚀开裂
-6.2 氢致开裂
--氢致开裂
-6.3 腐蚀疲劳
--腐蚀疲劳
-6.4 磨损腐蚀
-- 磨损腐蚀
-本章习题--作业
-7.1 大气腐蚀
--大气腐蚀
-7.2 水环境腐蚀
--水环境腐蚀
-7.3 土壤环境腐蚀
--土壤环境腐蚀
-7.4 自然环境腐蚀检测方法与腐蚀失效工程案例
-本章习题--作业
-8.1 选材与结构设计
-8.2 电化学保护
--电化学保护
-8.3 缓蚀剂保护
--缓蚀剂保护
-8.4 金属涂镀层
--金属层防护层
--非金属防护层
-8.5 大型工程中的腐蚀防护应用案例
-第八章 金属腐蚀控制与防护--本章习题
-一、判断题
-二、填空题
-三、选择题
-四、综合应用题
-讨论二
