腐蝕與腐蝕電池

　　作為一種天然存在的現(xiàn)象，腐蝕主要是指材料（一般指金屬材料）與環(huán)境間發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)相互作用而導(dǎo)致材料功能受到損傷的現(xiàn)象。

　　在大多數(shù)情況下，當(dāng)金屬被放置在水溶液中或潮濕的大氣環(huán)境中時(shí)，金屬表面會(huì)形成一種微電池，有時(shí)也稱腐蝕電池(其電極一般稱為陰、陽(yáng)極)。在陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽(yáng)極發(fā)生溶解，在陰極上則發(fā)生還原反應(yīng)，一般只起傳遞電子的作用。

　　腐蝕電池的形成原因

　　腐蝕電池的形成原因主要是由于金屬表面吸附了空氣中的水分，形成了一層水膜，因而使空氣中CO?等氣體溶解在這層水膜中，形成電解質(zhì)溶液，而浸泡在這層溶液中的金屬又總是不純的，例如工業(yè)上用的鋼鐵，其實(shí)際上是合金材料，即除鐵之外，還含有石墨、滲碳體以及一些其它的金屬和雜質(zhì)，它們大多數(shù)沒(méi)有鐵元素活潑。這樣形成的腐蝕電池的陽(yáng)極為鐵，而陰極為雜質(zhì)，又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸，使得腐蝕不斷進(jìn)行。

　　金屬材料發(fā)生腐蝕的難易程度通常取決于金屬的晶粒結(jié)構(gòu)，合金材料組成以及在制造期間金屬表面經(jīng)受的處理溫度和是否發(fā)生變形等因素。

　　微觀腐蝕電池

　　現(xiàn)在，已經(jīng)有許多經(jīng)受了時(shí)間考驗(yàn)的腐蝕預(yù)防方法，其中之一就是陰極保護(hù) 法，在本文中，我們將介紹一些關(guān)于陰極保護(hù)類型以及該方法如何有效預(yù)防埋地管道免受腐蝕等知識(shí)。

　　什么是陰極保護(hù)？

　　陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。暴露于電解質(zhì)中的金屬材料表面具有多個(gè)微觀陽(yáng)極和陰極位置。當(dāng)陽(yáng)極電負(fù)性強(qiáng)于陰極時(shí)，它們之間就會(huì)產(chǎn)生電位差，進(jìn)而發(fā)生腐蝕

　　陰極保護(hù)的目的就是盡可能的降低陰極和陽(yáng)極之間的電位差，使其降低到一個(gè)可以忽略的值。這種電位差的減少主要是由于陰極的極化所導(dǎo)致，根據(jù)歐姆定律，利用這種方法，腐蝕電流能夠得到很好的緩解。陰極保護(hù)可以通過(guò)向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

　　為了實(shí)現(xiàn)足夠的陰極保護(hù)，受保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位必須極化到一定的值，通常采用參比電極來(lái)測(cè)量極化電位。例如銅/硫酸銅電極（CSE）就是土壤和淡水中較常用的參比電極。

　　目前有兩種類型的陰極保護(hù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)情況，一般可以使用其中任何一種，盡管在許多情況下，第 一 種被認(rèn)為是更加優(yōu)越的。

　　1.電位標(biāo)準(zhǔn)

　　施加陰極保護(hù)時(shí)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位至少達(dá)到-850毫伏（mV）或更負(fù)（相對(duì)于銅/硫酸銅參比電極）。

　　2.極化轉(zhuǎn)變標(biāo)準(zhǔn)

　　在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值為100mV（相對(duì)于銅/硫酸銅參比電極）。

　　注：這些判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要適用于碳鋼材料，不同類型的金屬材料標(biāo)準(zhǔn)可能有所不同。

　　陰極保護(hù)的類型

　　陰極保護(hù)主要包含兩種類型

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　　犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極

　　這種類型的陰極保護(hù)，主要原理是通過(guò)將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，進(jìn)而使得被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率。在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)。

　　犧牲陽(yáng)極一般為一些活性金屬，例如鋅、鋁和鎂等，根據(jù)電位序列，這些都是比較活躍的金屬材料。

　　陰極保護(hù)電流主要是由犧牲陽(yáng)極和受保護(hù)結(jié)構(gòu)之間的電位差引起的。

　　使用的陽(yáng)極類型通常取決于電解質(zhì)的電阻率和化學(xué)組成等因素。

　　該類型的陰極保護(hù)優(yōu)點(diǎn)主要有：?jiǎn)未瓮顿Y費(fèi)用低，運(yùn)行過(guò)程中基本不需要支付維護(hù)費(fèi)用；保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)；對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無(wú)干擾影響；適用于廠區(qū)和無(wú)電源的長(zhǎng)輸管道以及小規(guī)模的分散管道保護(hù)；施工技術(shù)簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊的維護(hù)管理等。

　　2.強(qiáng)制電流陰極保護(hù)(外加電流法)

　　強(qiáng)制電流陰極保護(hù) 法是指將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。外部電源通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極將保護(hù)電流引入地下，通過(guò)土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會(huì)再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。

　　三種常用的陽(yáng)極類型：可溶性陽(yáng)極（鋁和鋼），半可溶性陽(yáng)極（石墨和高硅鑄鐵（HSCI））和不溶性陽(yáng)極（鉑，混合金屬氧化物和聚合物等）。

　　這種類型的陰極保護(hù)技術(shù)的主要部件是一個(gè)變壓整流器，這迫使電流從陽(yáng)極流到受保護(hù)的結(jié)構(gòu)（陰極）。

　　具體使用的陽(yáng)極類型，可溶性，半可溶性或者不溶性，通常取決于電解質(zhì)的化學(xué)組成和待保護(hù)的區(qū)域等因素。

　　該類型的陰極保護(hù)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要包括：驅(qū)動(dòng)電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護(hù)電流輸出量，適用于保護(hù)范圍較大的場(chǎng)合；在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用；選用不溶性或微溶性輔助陽(yáng)極時(shí)，可進(jìn)行長(zhǎng)期的陰極保護(hù)；每個(gè)輔助陽(yáng)極床的保護(hù)范圍較大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時(shí)，一個(gè)陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里等。