材料保護-第3章 電化學(xué)保護

Chapter3電化學(xué)保護電化學(xué)保護是利用外部電流使金屬電位發(fā)生改變從而防止腐蝕的方法。Section3.1電化學(xué)保護的基本原理1.1電位—pH圖電位--pH圖首先是比利時學(xué)者Pourbaix(布拜)提出的。它是基于化學(xué)熱力學(xué)原理建立起來的一種電化學(xué)的平衡圖。由于大多數(shù)金屬腐蝕過程的本質(zhì)是電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，它不僅與溶液中離子的濃度有關(guān)，而且還與溶液的pH值有關(guān)。因此，電極電位與溶液的濃度和酸度存在著一定的函數(shù)關(guān)系。1)平衡電極電位與溶液pH的關(guān)系如果用這些變數(shù)來作圖，就可以清楚的看出腐蝕體系各種化學(xué)平衡和電化學(xué)平衡的一個總輪廓。為簡化起見，往往將濃度變數(shù)制定一個數(shù)值，則電位－pH圖中各條直線代表一系列的等溫、等濃度的電位－pH線。a.對于有電子，但無氫離子參加的平衡反應(yīng)。例如：Fe2++2e=Fe，其平衡電極電位(25℃)，φe=φe0+----------lga(Fe2+)=-0.44+----------lga(Fe2+)20.05920.05922這類電極反應(yīng)的平衡電極電位與pH值無關(guān)。在電位—pH圖上它表示為一條水平直線。b.對于既有電子，也有氫離子參加的平衡反應(yīng)。例如：

Fe(OH)3+3H++e=Fe2++3H2O，其平衡電極電位(25℃)此結(jié)果說明，在一定溫度下，給定a(Fe2+)后，即φe

將隨pH值的升高而降低。在電位--pH圖上表示為一條斜線。φe=φe0+----------lg-----------

=1.057–0.1776pH–0.0592lga(Fe2+)10.0592[a

(H+)]3a(Fe2+)c.對于有氫離子，但無電子參加的平衡反應(yīng)。例如：這個結(jié)果表明，pH值與電位無關(guān)，所以在電位--pH圖上是一條垂線。整理后可得：lga(Fe2+)=13.29-2pHa(Fe2+)

平衡時，ΔrGmθ=-RTlnK

=-RTln------------

[a(H+)]2

Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+2)Fe--H2O體系電位－pH圖的繪制a.列出有關(guān)物質(zhì)的各種存在狀態(tài)及其標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位數(shù)值(25℃)；Fe--H2O體系中重要組分的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位(Cal)μθ(H2O)=-56690μθ(Fe)=0μθ(H+)=0μθ(Fe(OH)2)=-115570μθ(OH-)=-37595μθ(Fe3O4)=-2530μθ(Fe2+)=-20300μθ(Fe(OH)3)=-166000μθ(Fe3+)=-2530μθ(Fe2O3)=-177100μθ(Fe(OH)2+)=-55910μθ(H2)=0μθ(HFeO2-)=-90627μθ(O2)=0μθ(FeO42-)=-111685b.列出各類物質(zhì)的相互反應(yīng)，并利用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位數(shù)據(jù)算出其

平衡關(guān)系式。Fe--H2O體系中重要反應(yīng)及其平衡關(guān)系式(25℃)A.2H++2e=H2

φe=-0.0592pH–0.0296lgp(H2)B.O2+4H++4e=2H2O

φe=1.229-0.0592pH+0.0148lgp(O2)(1)Fe3++e=Fe2+

φe=0.771+0.0592lg[a(Fe3+)/a(Fe2+)](2)FeO42-+8H++3e=Fe3++4H2O

φe=1.700-0.158pH–0.0197lg[a(FeO42-)/a(Fe3+)](3)Fe3O4+8H++8e=3Fe+4H2O

φe=-0.085-0.0592pH

(4)3Fe2O3+2H++2e=2Fe3O4+H2O

φe=0.211-0.0592pH(5)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

lga(Fe3+)=-0.723-3pH

(6)Fe2++2e=Fe

φe=-0.440+0.0296lga(Fe2+)(7)HFeO2-+3H++2e=Fe+2H2O

φe=0.493-0.0886pH

+0.0296lga(HFeO2-)

(8)Fe2O3+6H++2e=2Fe2++3H2O

φe=0.728-0.1776pH–0.0592lga(Fe2+)(9)2FeO42-+10H++6e=Fe2O3+5H2O

φe=1.714-0.0984pH

+0.0198lga(FeO42-)(10)Fe3O4+8H++2e=3Fe2++4H2O

φe=0.980-0.2163pH–0.0886lga(Fe2+)(11)Fe3O4+2H2O+2e=3HFeO2-+H+

φe=0.493+0.0296pH–0.0886lga(HFeO2-)c.作出各類反應(yīng)的電位--pH圖線，最后匯總成綜合的電位—

pH圖。①線上的號碼表示平衡關(guān)系式的編號；②標(biāo)“0”表示lga(X)=0，“-2”表示lga(X)=-2，……；③溶液中a(X)<10-6M，表示金屬不腐蝕，電極電位由能斯特公式計算，并以此作為腐蝕區(qū)和非腐蝕區(qū)的界限；④電位低于“A”線時，水被還原分解出H2，電位高于“B”線時水被氧化分解出O2。⑤為什么考慮“A”和“B”呢？電化學(xué)腐蝕主要涉及的是氫的析出和氧的轉(zhuǎn)化。FeO42-Fe2+FeFe2O3Fe3O4(5)AB(8)(6)(10)(4)(3)(7)(11)0-2-4-60-2-4-6pH26101416-2φe-1.8-1.2-0.60.00.61.21.82.0Fe--H2O體系的電位－pH圖在金屬腐蝕過程中，電位是控制金屬離子化過程的因素，

表征溶液酸堿度的pH值，則是控制腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性的因素。

應(yīng)用這兩個參數(shù)，可以將金屬與水溶液之間大量的復(fù)雜的均相

和非均相化學(xué)反應(yīng)以及電化學(xué)反應(yīng)在給定條件下的平衡關(guān)系簡

單明了的圖示在一個很小的平面或空間里。這對于推斷反應(yīng)的

可能性及生成物的穩(wěn)定性，特別是對金屬腐蝕的研究，提供了

極大的方便。電位--pH圖的作用3)Fe－H2O體系中電位--pH圖在腐蝕和腐蝕控制中應(yīng)用把Fe－H2O體系中電位--

pH圖分成三個區(qū)域：

a.腐蝕區(qū)：在該區(qū)內(nèi)穩(wěn)定狀態(tài)的是可溶性的Fe2+、Fe3+、

FeO42-和HFeO2-等離子。因此，對金屬而言處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能發(fā)生腐蝕。

b.穩(wěn)定區(qū)：在這區(qū)域內(nèi)金屬處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，故金屬不發(fā)生腐蝕。

c.鈍化區(qū)：在該區(qū)由于具有保護性氧化膜處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，故金屬腐蝕不明顯。應(yīng)用Fe--H2O體系的電位--pH圖說明Fe的腐蝕與防護pHAB26101416-2φe-1.8-1.2-0.60.00.61.21.82.0①②③腐蝕穩(wěn)定鈍態(tài)分析①②③各點情況①點處于Fe和H2的穩(wěn)定區(qū)，所以不發(fā)生腐蝕；②點處于Fe2+和H2的穩(wěn)定區(qū)，發(fā)生析氫腐蝕；③點處于Fe2+和H2O的穩(wěn)定區(qū)，發(fā)生吸氧腐蝕。如果想將②點移出腐蝕區(qū)，可以采取三種措施：(1)把鐵的電極電位降至非腐蝕區(qū)，即對鐵施行陰極保護；(2)把鐵的電極電位升高使它進入鈍化區(qū)，這可使用陽極保護法或在溶液中添加陽極型緩蝕劑來實現(xiàn)；(3)調(diào)整溶液的pH值至9～13之間，也可使鐵進入鈍化區(qū)。1.2電化學(xué)保護原理從Fe－H2O體系中電位--

pH圖中②點的分析可以看出，為了防止鐵的腐蝕，可以通過陰極極化使鐵的電位負(fù)移進入免蝕區(qū)，從而使其處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，這就是通常采用的陰極保護法：在金屬表面通入足夠的陰極電流，使陽極溶解速度減小。也可通過陽極極化使鐵的電位正移進入鈍化區(qū)，從而使腐蝕速度受到極大抑制，這就是陽極保護法：在金屬表面通入陽極電流，使金屬電位達(dá)到并保持在鈍化區(qū)內(nèi)。

電化學(xué)保護：利用外部電流使金屬電位發(fā)生改變從而防止腐蝕方法。Section3.2陰極保護陰極保護技術(shù)發(fā)展史:1789年伽法尼電池現(xiàn)象、伏打電堆1795年亞歷山大.馮.洪堡

電池的反過程：電解1798年里特爾

電壓序與金屬氧化能力一致1824年漢弗萊.戴維爵士

陰極保護技術(shù)的開創(chuàng)1833年

米歇爾.法拉第

法拉第電解定律-電化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)

1902年科恩

外加電流陰極保護

1906年

哈博

電流密度、土壤電阻、管地電阻測量1908年麥克考蘭姆

硫酸銅參比電極1928年庫恩

保護電位-0.85V(相對飽和的銅/硫酸銅參比)1958年上海船舶科學(xué)研究所

鋅合金犧牲陽極2.1基本原理φcorrφiicorrφcφaic0ia0ia1ic1i1i2φ1酸性介質(zhì)中陰極保護原理極化圖解1234微酸性介質(zhì)中陰極保護的極化曲線圖解φφO2φMφH2φ1φcorricorria1ic1ic2i1i中性介質(zhì)中陰極保護極化曲線圖解φφO2φMφH2φ1φcorricorri1i2.2陰極保護的兩種方法犧牲陽極法：是用一種腐蝕電位比被保護金屬腐蝕電位更負(fù)的金屬或合金與被保護體組成電偶電池，依靠負(fù)電性金屬不斷腐蝕溶解產(chǎn)生的電流對被保護金屬構(gòu)成保護的方法。由于低電位金屬在電偶電池中作為陽極，偶接后其自身腐蝕速度增加。故被稱作“犧牲陽極”。Zn，Al，Mg被保護金屬構(gòu)件eeee犧牲陽極保護法犧牲陽極e犧牲陽極保護方法特點1)不需外加電源，用于無電源和小規(guī)模、分散的保護對象。2)驅(qū)動電壓低，輸出功率低，保護電流小且不可調(diào)節(jié)。陽極有效保護距離小，使用范圍受介質(zhì)電阻率的限制。但保護電流的利用率較高，一般不會造成過保護，對鄰近金屬設(shè)施干擾小。3)陽極數(shù)量較多，電流分布比較均勻。但陽極重量大，會增加結(jié)構(gòu)重量，且保護時間受犧牲陽極壽命的限制。4)系統(tǒng)可靠，施工簡單，單次投資費用低，不需專人管理。

外加電流法：利用外部直流電源對被保護體提供陰極極化，實現(xiàn)對被保護體的保護的方法。外部電源的負(fù)極與被保護體相連，正極接輔助陽極，輔助陽極的作用是為了構(gòu)成陰極保護完整的電流回路。e被保護金屬構(gòu)件eeee外加電流保護法輔助陽極外加電流陰極保護方法特點1)需要外部直流電源。2)驅(qū)動電壓高，輸出功率和保護電流大，能人為調(diào)節(jié)、控制陰極保護電流，陽極有效保護半徑大。因此在惡劣的腐蝕條件或高電阻率的環(huán)境中也適用。但有可能造成過保護，也可能對附近金屬設(shè)施造成干擾。3)陽極數(shù)量少，系統(tǒng)重量輕，結(jié)構(gòu)重量增加不多。難溶和不溶性輔助陽極消耗低、壽命長，可作長期的陰極保護。但由于系統(tǒng)使用的陽極數(shù)量少，保護電流可能分布不均勻。4)在惡劣環(huán)境中，系統(tǒng)易受損傷。設(shè)備安裝、施工、維護較復(fù)雜，一次投資費用高。2.3陰極保護應(yīng)用范圍1)環(huán)境介質(zhì)必須是導(dǎo)電的。2)金屬材料在所處介質(zhì)中應(yīng)易于陰極極化。3)被保護金屬結(jié)構(gòu)的幾何形狀不要過于復(fù)雜。目前陰極保護方法主要用于下列介質(zhì)中：1)淡水及海水中。2)堿及鹽類溶液中。3)土壤及海泥中。對無電源、介質(zhì)電阻率低、條件變化不大、所需保護電流較小的小型系統(tǒng)，宜選用犧牲陽極保護。對有電源、介質(zhì)電阻率大、所需保護電流大、條件變化大、使用壽命長的大系統(tǒng)，應(yīng)選用外加電流陰極保護。Section3.3陰極保護參數(shù)3.1電位標(biāo)準(zhǔn)

被保護結(jié)構(gòu)的電位是判斷陰極保護效果的關(guān)鍵參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，也是實施現(xiàn)場陰極保護控制和監(jiān)測、判斷陰極保護系統(tǒng)工作是否正常的重要依據(jù)。

保護電位：是指通過陰極保護使金屬結(jié)構(gòu)達(dá)到完全保護或有效保護所需達(dá)到的電位值。保護電位是一個電位區(qū)間，人們習(xí)慣上將為達(dá)到陰極保護所用極化電位中的最正的電位稱為最小保護電位；而將最負(fù)的電位稱作最大保護電位。保護電位的數(shù)值與被保護金屬的種類及其所處的環(huán)境等因素有關(guān)。一些金屬的保護電位(V)金屬或合金參比電極飽和CuSO4

AgCl海水飽和AgClZn潔凈海水鋼鐵(有氧)-0.85-0.80-0.75+0.25鋼鐵(無氧)-0.95-0.90-0.85+0.15鉛-0.60-0.55-0.50+0.50銅-0.50~-0.65-0.45~-0.65-0.40~-0.55+0.45~+0.60鋁-1.20~-0.95-1.15~-0.90-1.10~-0.85-0.10~+0.153.2保護電流密度在陰極保護中，使被保護結(jié)構(gòu)達(dá)到最小保護電位所需的陰極極化電流密度稱為最小保護電流密度，達(dá)到最大保護電位所需的電流密度稱為最大保護電流密度。保護電流密度也是陰極保護的重要參數(shù)之一。保護電流密度的大小與被保護金屬的種類、腐蝕外境條件、保護系統(tǒng)中電路的總電阻等因素有關(guān)，這些因素有時能使保護電流密度在很寬的范圍內(nèi)變化。土壤：10~100mA·m-2淡水：20~50mA·m-2靜止海水：50~150mA·m-2流動海水：150~300mA·m-23.3最佳保護參數(shù)陰極保護最佳保護參數(shù)的選擇應(yīng)既能達(dá)到較高的保護程度，又能達(dá)到較高的保護效率。保護程度(P)：P=----------100%icorr-iaicorr保護效率(Z)：Z=----------100%

icorr-iaiappl隨著陰極極化的增加，電位負(fù)移越多，保護程度P不斷提高，而保護效率Z卻隨之下降。在達(dá)到完全保護時，保護效率僅為0.27％。所以，完全保護不一定是適宜的。icorr-未加保護的金屬腐蝕電流密度;ia-陰極保護時的金屬腐蝕電流密度;iappl-陰極保護時外加的電流密度.Section3.4犧牲陽極保護系統(tǒng)犧牲陽極保護系統(tǒng)包括：1)被保護金屬設(shè)備；2)犧牲陽極；3)犧牲陽極填包料：4)電纜；5)測試樁；6)參比電極。Zn，Al，Mg被保護金屬構(gòu)件eeee犧牲陽極保護法e犧牲陽極4.1犧牲陽極①要有足夠負(fù)且穩(wěn)定的電位(開路電位，閉路電位)。②在工作電流下的陽極極化應(yīng)該很小。③要有高而穩(wěn)定的電流效率。犧牲陽極的電流效率是指實際電容量與理論電容量的百分比。犧牲陽極電流效率高，表示自腐蝕電流小，由此決定了其使用壽命長，經(jīng)濟性好。④表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物松軟、易脫落，不致形成硬殼或致密高阻層。⑤來源充足，價格低廉，制作簡易，污染輕微。(1)對犧牲陽極材料性能的一般要求(2)常用犧牲陽極材料犧牲陽極的性能主要由材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)決定。對鋼鐵結(jié)構(gòu)，能滿足以上要求的犧牲陽極材料主要是純鎂及鎂合金、純鋅及鋅合金和鋁合金。①鎂陽極：純鎂、Mg--Mn、Mg--Al—Zn--Mn三類。鎂陽極化學(xué)成分(％)種類AlZnMnFeNiCuSiMg純鎂Mg-MnMg-Al-Zn-Mn<0.01<0.015.3~6.5<0.03<0.032.5~3.5<0.010.05~1.300.15~0.60<0.003<0.003<0.005<0.001<0.001<0.003<0.001<0.02<0.02<0.01<0.05<0.10>99.95余量余量鎂陽極性能性能純鎂、Mg--MnMg--Al—Zn--Mn相對密度(g·cm-3)開路電位(V,SCE)對鐵驅(qū)動電壓(V)理論電量(A·h·Kg-1)1.74-1.560.7522001.77-1.480.552210海水中3mA·cm-2電流效率(%)發(fā)生電量(A·h·Kg-1)消耗量(A-1·h-1·Kg)5011008.05512207.2土壤中0.03mA·cm-2電流效率(%)發(fā)生電量(A·h·Kg-1)40880501110鎂陽極的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：a.工作電位很負(fù)，可保護鋼鐵，也可保護鋁合金等。b.密度小，單位質(zhì)量發(fā)生電量較鋅陽極大。c.工作電流密度大，可達(dá)1~4mA·cm-2。d.陽極極化率小，溶解比較均勻。e.可用于電阻率較高介質(zhì)(如土壤和淡水)中金屬設(shè)施的保護。也可用于熱水槽的內(nèi)保護和飲水設(shè)備的保護。缺點：a.鎂陽極自腐蝕強，電流效率只有50％左右，消耗快。

b.與鋼鐵有效電位差大，容易造成過保護。

c.與鋼結(jié)構(gòu)撞擊時容易誘發(fā)火花。

d.使用過程中析出氫氣。因此在油輪等有爆炸危險的場合是嚴(yán)禁使用的。②鋅陽極：純鋅、Zn--Sn、Zn--Hg、Zn--A1、Zn--A1--X。a.純鋅陽極純鋅陽極很容易極化而失去陰極保護作用，這是由于Fe、Pb、Cu等雜質(zhì)的影響，以Fe的影響最大。鐵含量超過0.0014％會以游離鐵沉積出來，成為陰極性雜質(zhì)，加大鋅的自腐蝕。自腐蝕產(chǎn)物Zn(OH)2沉積在陽極表面，形成致密的覆蓋層，引起陽極鈍化。因此，只有高純鋅才能作為犧牲陽極材料。高純鋅在海水中的電位達(dá)-1.06V(SCE)。在pH6~12時，鋅自溶性不大。電流密度在0~7A·m-2時，極化率為8.6mV·m2·A-1。高純鋅陽極的電流效率隨時間的延長而下降，因此為了充分利用陽極，應(yīng)該采用尺寸較小的規(guī)格。高純鋅溶解不均勻，在表面可形成疏松的腐蝕產(chǎn)物。c.Zn--Mn系合金Zn—(0.1~0.3)Sn合金具有較好的電化學(xué)性能，其穩(wěn)定電位為-l.045V(SCE)，實際發(fā)生電量為780A·h·kg-1，電流效率可達(dá)95%。四元合金Zn--Sn--Bi--Mg據(jù)說陽極性能優(yōu)于三元鋅，電流效率高達(dá)98％以上。日本研制Zn--(0.6~1.8)Mn合金，陽極性能與三元鋅陽極相似。而機械性能優(yōu)良。b.Zn--Sn系合金d.Zn--A1合金鋁含量小于0.6％的鋅合金是單相α固溶體、當(dāng)鋁含量大于0.6％時出現(xiàn)第二相β。含0.4％~0.6％A1的鋅合金是鋁在鋅中的單相固溶體，電流效率最高，極化率最小，電位較負(fù)，并且穩(wěn)定。Zn--A1合金陽極化學(xué)成分(SYJ20-86)合金元素ZnAlFePbCuSi含量(%)余量0.3~0.6<0.005<0.006<0.005<0.125e.Zn--A1--X三元合金Zn中添加0.1%的Al，可與0.003%的Fe形成固溶體；添加0.06％的Cd，可與Zn中的Pb形成固溶體，均能減弱鋅合金的自腐蝕作用。添加0.3%的Al，使腐蝕產(chǎn)物變得疏松和容易脫落。含0.2~0.6%Al和0.1~0.3%Mn的低合金化合金是Al和Mn在Zn中的固溶體。Mn可以提高Al在Zn中的溶解度，使陽極活性穩(wěn)定、自溶速度降低。

合金元素的作用：細(xì)化晶粒；消除雜質(zhì)的不利影響。三元合金如Zn--Al--Cd、Zn--Al--Mn、Zn--Al--Si、Zn--Al--Hg等。

鋅合金陽極的優(yōu)點和缺點鋅及鋅合金陽極開路電位較正，與被保護鋼鐵結(jié)構(gòu)的有效電位差只有0.2V左右，保護時不發(fā)生析氫現(xiàn)象，具有自然調(diào)節(jié)保護電流的作用，不會造成過保護。鋅陽極自腐蝕輕、電流效率高、壽命長，適于長期使用，安裝總費用較低。該類陽極與鋼鐵構(gòu)件撞擊時，沒有誘發(fā)火花的危險。但由于鋅及鋅合金陽極的有效電位差小，密度大，發(fā)生電流量小，故實際應(yīng)用時個數(shù)多、分布密、重量大，且不適合于電阻較高的土壤和淡水中。鋅基合金陽極廣泛用于海上艦船外殼、油輪壓載艙、海上、海底構(gòu)筑物的保護。在電阻率低(<15Ω·m)的土壤環(huán)境中使用普通。在潮濕土壤中，電阻中可放寬到30Ω·m。③鋁合金陽極未合金化的鋁容易鈍化，電位正。純鋁不能作為犧牲陽極材料。通過合金化的方法可防止在鋁表面形成連續(xù)的、保護性的氧化膜，促進其表面活化，使合金具有較負(fù)的電位和較高的電流效率。研究表明，在鋁中單獨添加鋅、鎘、鎂、鋇、汞、錫、銦、鎵等元素，電流效率較低，且隨時間延長而下降；在鋁中添加兩種或兩種以上的合金元素，可以得到電位較負(fù)、電流效率較高的鋁合金犧牲陽極。其中較好的有Al--Zn--In系、Al--Zn--Sn系和A1--Zn--Hg系合金。

鋁合金陽極化學(xué)成分及電化學(xué)性能陽極成分電位(V,SCE)電流效率(%)AlZnInSnHgAl--Zn—InAl--Zn—SnA1--Zn--Hg余量0.5~3.00.01~0.05--余量1.5~8.0-0.07~0.20-余量0.45--0.045-1.04~-1.14-0.99~-1.09-0.97~-1.0470~9084~8792~97a.Al--Zn--In系合金典型的三元合金為Al--2.5Zn--0.02In，在此基礎(chǔ)上添加鎘、錫、硅、鎂等元素構(gòu)成四元或五元合金。主要有Al--Zn--In--Sn合金、Al--Zn--In--Si合金、Al--Zn--In--Sn--Mg合金。b.Al--Zn--Sn系合金Al--(6~8)Zn--(0.08~0.16)Sn和雜質(zhì)(不超過)Cu0.009％、Fe0.10％和Si0.10％的合金性能較好。穩(wěn)定電位-1.14V(SCE)，發(fā)生電量2600A·h·kg-1，電流效率87％。該合金需在510℃以下的溫度熱處理數(shù)小時，然后迅速淬火。c.Al--Zn--Hg系合金汞固溶在鋁中可以得到具有低鈍化傾向和高電化學(xué)活性的合金。作為鋁合金犧牲陽極材料的添加元素，汞一般是與鋅一起使用的。美國Dow化學(xué)公司在60年代開發(fā)了分別用于海水和海泥的Al--0.45Zn--0.045Hg(GalvalumⅠ)和Al--4Zn--0.04Hg(GalvalumⅡ)。鋁合金陽極的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：1)理論發(fā)生電量大，2970A·h·kg-1。由于發(fā)生電量大，可以制造長壽命的陽極。2)在海水及其他含氯離子環(huán)境中，鋁合金陽極性能良好，保護鋼結(jié)構(gòu)時有自動調(diào)節(jié)電流的作用。3)鋁的資源豐富，鋁合金陽極對鋁純度要求不很高。4)密度小，安裝方便。缺點：1)電流效率比鋅陽極低，在污染海水中性能下降。在高阻介質(zhì)(如土壤)中陽極效率很低，性能不穩(wěn)定。2)溶解性能差。3)與鋼結(jié)構(gòu)撞擊有誘發(fā)火花的可能。鋁合金陽極廣泛用于海洋環(huán)境和含氯離子的介質(zhì)中，用于保護海上鋼鐵構(gòu)筑物及海灣、河口的鋼結(jié)構(gòu)。(3)犧牲陽極規(guī)格犧牲陽極有多種規(guī)格。犧牲陽極的規(guī)格決定了其技術(shù)電阻、發(fā)生電流量和使用壽命等性能。犧牲陽極有棒狀、長條狀、板狀、塊狀和鐲狀等。犧牲陽極內(nèi)部都有鋼芯，其作用是保持陽極有一定的強度和起導(dǎo)電作用。鋼芯與犧牲陽極應(yīng)處于良好的電連接狀態(tài)，其接觸電阻應(yīng)小于0.001Ω。鋼芯外露部分用來固定犧牲陽極。一般使用焊接或螺栓固定。國內(nèi)鎂陽極大多為棒形、梯形斷面。國標(biāo)GB4950~4951-85規(guī)定了Zn--Al--Cd犧牲陽極的型號規(guī)格。GB4948~4949-85還規(guī)定了國產(chǎn)Al--Zn--In系合金犧牲陽極的型號規(guī)格。4.2犧牲陽極填充料當(dāng)犧牲陽極用于土壤中時，往往在其周圍填充一層導(dǎo)電性良好的物料，稱為填充料。填充料的作用是：1)減小電流流通時的電阻；2)阻止在犧牲陽極表面形成鈍化層；3)使?fàn)奚枠O溶解均勻。在填充料中犧牲陽極處于最佳工作環(huán)境，具有最好的輸出特性和高的效率，而且陽極腐蝕產(chǎn)物疏松，可降低對電流的阻滯作用。常用犧牲陽極填充料配方陽極類型填充料成分(%)適用環(huán)境(?·m)石膏粉硫酸鈉硫酸鎂生石灰氯化鈉膨潤土(CaSO4·2H2O)

(Na2SO4·12H2O)

(MgSO4)

(CaO)

(NaCl)

鎂陽極505025255075520151520501535502020>20>20>20鋅陽極5054575520潮濕土飽水土鋁陽極206020304030(1)鎂合金陽極填充料鎂陽極工作時，鎂的溶解伴隨著氫的析出，從而引起周圍介質(zhì)pH升高。在pH值達(dá)到8~11時、會有Mg(OH)2生成。試驗表明，鎂陽極在氯化物和硫酸鹽介質(zhì)中處于穩(wěn)定、良好的工作狀態(tài)。鎂陽極的性能在氯化物中要比在硫酸鹽中差，所以鎂陽極的填充料主要由硫酸鹽制成。

膨潤土：又名蒙脫土，斑脫土。主要成分為鋁硅酸鹽、水銀母、粘土礦物等。是一種陰極載體，帶負(fù)電且電阻率很低。在潮濕條件下可吸收大量水和硫酸鹽，延長填充料的使用期。

硫酸鎂(或硫酸鈉)：作為填充料中的活性物質(zhì)，增加SO42-

濃度，改善陽極工作條件。

石膏(CaSO4·2H2O)：一方面能吸收水分，在陽極周圍造成

濕度恒定的環(huán)境：另一方面使陽極表面腐蝕產(chǎn)物疏松易脫落，

降低對陽極電流的電阻。在pH7~9的土壤中，鋅溶解并最終生成Zn(OH)2，積聚在陽極表面，阻止了鋅的溶解。在鋅表面生成的碳酸鹽或硫化物也會促使鋅鈍化。在氯化物和硫酸鹽介質(zhì)中，有可能使鋅長期保持活性。石膏可使腐蝕產(chǎn)物硫松，降低陽極接地電阻；膨潤土主要起載體作用并保持環(huán)境潮濕。硫酸鈉是活性介質(zhì)，還可以降低電阻率。(2)鋅合金陽極填充料(3)鋁合金陽極填充料鋁合金陽極主要用于海水、海泥中的金屬結(jié)構(gòu)的保護，在土壤中往往使用效果不佳。國外一般不主張將鋁合金陽極用于土壤環(huán)境，但國內(nèi)有入推薦將其用于低電阻率、潮濕和含氯化物的土壤中，且已有工程實例。在土壤中，鋁合金陽極溶解會在陽極表面生成Al2O3或Al(OH)3膜，妨礙陽極的正常溶解。常用石灰作為破膜劑。飽和Ca(OH)2水溶液的pH值為12.5，可溶解Al2O3或Al(OH)3，并使鋁強烈溶解，成為良好的犧牲陽極材料。NaCl中的Cl-有破壞氧化膜的作用。這種強電解質(zhì)以膨潤土為載體，包在陽極表面，可以縮短誘導(dǎo)時間，促進陽極活化，還可以降低陽極的接地電阻。Section3.5外加電流陰極保護系統(tǒng)外加電流陰極保護系統(tǒng)包括：1)被保護金屬設(shè)備；2)輔助陽極；3)直流電源；4)電纜；5)測試樁；6)參比電極;7)陽極屏。被保護金屬構(gòu)件eeee外加電流保護法輔助陽極5.1輔助陽極作用：構(gòu)成完整的電流回路，使電流從輔助陽極經(jīng)過介質(zhì)到達(dá)被保護結(jié)構(gòu)。任何導(dǎo)體原則上都可用作輔助陽極。理想的輔助陽極材料應(yīng)具備以下性能：1)導(dǎo)電性好，陽極/介質(zhì)的界面電阻低，極化小，排流量大(單位陽極面積上能通過的電流大)；2)耐腐蝕，通電時消耗量小，壽命長；3)具有足夠的機械強度，耐磨，耐機械振動，4)容易加工，便于安裝；5)材料易得，價格便宜。輔助陽極材料可分為三類：可溶性陽極、微溶性陽極和不溶性陽極。A

可溶性陽極--鋼和鋁。主要特征是陽極溶解速度大，且隨電

流密度的增加而加大，消耗率高。B

微溶性陽極--高硅鑄鐵、Pb/PbO2、石墨、磁性氧化鐵。主要特征是陽極溶解速度慢，消耗率低，壽命長。導(dǎo)電反應(yīng)：2H2O=O2+4H++e

2Cl-=Cl2+2e(1)高硅鑄鐵：含硅14％一18％的鑄鐵被稱作高硅鑄鐵(HSI)。表面形成水化SiO2保護膜而耐蝕。低電阻率的含氯離子介質(zhì)中，HSI對點蝕敏感。添加少量Mo(1％～3％)可提高氧化膜保護性和減少點蝕；含鉻的高硅鑄鐵(HSCI)在鹽水和土壤的所有應(yīng)用中，都比含鉬合金更有效、更經(jīng)濟。高硅鑄鐵很硬不能進行機械加工，采用一次澆鑄成型。對機械沖擊和熱沖擊的耐力很差。(2)Pb/PbO2電極：鉛的陽極行為與介質(zhì)的性質(zhì)以及鉛/介質(zhì)界面的電極電位有關(guān)。鉛作為微溶性陽極材料，必須在表面形成一層保護性的、導(dǎo)電的PbO2膜。為此可以采取以下兩種方法：用Ag、Sb將鉛合金化；在鉛表面嵌入惰性、導(dǎo)電的微電極。a.鉛合金：三元鉛合金陽極有Pb-6Sb-1Ag和Pb-6Sb-2Ag。廣泛用于海洋環(huán)境陰極保護系統(tǒng)。b.鉛-微鉑陽極：在鉛或鉛銀合金嵌入直徑約0.5mm的鉑絲，入深度約5mm，部分鉑絲露在外面，面積約為陽極面積的0.1~5%，便構(gòu)成鉛-微鉑陽極或鉛銀-微鉑陽極。主要用于海水或電阻率小的濃鹽水。在淡水中，氧析出使電極表面形成高阻腐蝕產(chǎn)物膜。c.Pb--Fe3O4復(fù)合電極：在鉛基體中，F(xiàn)e3O4顆?？勺鳛镻bO2的形核中心。將Pb粉和Fe3O4粉混合、壓實，可制成Pb--Fe3O4復(fù)合電極。(3)磁性氧化鐵：陽極是用磁鐵礦和鐵氧體經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成磁性氧化鐵Fe3O4粉末、加入少量合金元素并使用專門的鑄造技術(shù)制成。主要成分Fe3O492～93％，SiO24～6％，CaO、MgO、Al2O3分別占0.1~1％。陽極一般鑄成外徑60mm、壁厚5～10mm的中空有底的圓筒形。為了使陽極表面電流密度均勻，整個內(nèi)表面鍍銅。焊有銅片的陽極電纜插入陽極空腔并與銅層接觸。電極內(nèi)腔的中心部分用聚苯乙烯填充，剩余環(huán)形中間用環(huán)氧樹脂填充。還可用多種方法制成鈦基磁性氧化鐵陽極。(4)石墨陽極：多孔碳素材料用瀝青、樹脂或二次煮沸的亞麻子油等浸漬可降低它的多孔性。石墨陽極在NaCl溶液或海水中會析出氯和氧，使用壽命上取決于陽極析出氧的數(shù)量。石墨陽極質(zhì)脆、硬度低，主要用于地下電纜和長輸管道的保護。C不溶性陽極—鉑、鍍鉑鈦、鍍鉑鉭(鈮)、鉑合金。工作時析氯和氧，陽極本身幾乎小溶解。(1)鉑：表面可形成導(dǎo)電性非常好的氧化物膜，是理想的陽極材料。實心鉑陽極在合適條件下的陽極電流密度可達(dá)10kA/m2，驅(qū)動電壓不受限制；消耗率極小。但價格昂貴，不能廣泛應(yīng)用。(2)鍍鉑陽極：以金屬鈦、鉭或鈮為基體，鍍上一薄層鉑。鍍鉑陽極的制備可采用電沉積、噴涂、復(fù)合壓力加工、點焊和熱分解等方法。鍍鉑鉭和鍍鉑鈮的性能比鍍鉑鈦更穩(wěn)定。但鉭和鈮均為稀有金屬，價格昂貴。電流脈動會使鍍鉑陽極的腐蝕率增加。利用可控硅控制硅整流器單相整流或采用低頻方波脈沖進行自動控制，都有可能使鉑的陽極溶解速率增加。鍍鉑陽極電位負(fù)移（即使是短時間的）或陰極保護系統(tǒng)斷電，有可能造成基體金屬的氫損傷或鍍層脫落。

(3)鉑合金：鉑合金中，含10％銥的鉑銥合金最穩(wěn)定，陽極穩(wěn)定性超過鉑。鉑銠合金和鉑鈀合金的化學(xué)穩(wěn)定性低于鉑，而陽極穩(wěn)定性與鉑相似。D

柔性陽極柔性陽極是帶有導(dǎo)電塑料的電導(dǎo)體，被做成電纜形式，用做外加電流陰極保護的陽極，可用于埋地管道的陰極保護。柔性陽極沿被保護的管道敷設(shè)在靠近管線的焦炭回填物的地床，可以產(chǎn)生均勻的電場和電流分布。柔性陽極在地床中產(chǎn)生的是一條連續(xù)的、與管道平行的柱狀電場，從而使被保護的管道處于均勻的電場作用下，管地電位沿管線的分布基本上是一條平直的直線。使用柔性陽極的優(yōu)點是：1)長距離上電流分布均勻；2)柔性陽極可敷設(shè)在距離管道較近范圍內(nèi)，提供完全的保護；3)即使管道涂層嚴(yán)重破損，甚至無覆蓋層的情況下，也可確保陰極保護電流的均勻。5.2參比電極被保護結(jié)構(gòu)的電位測量和控制的精確度與參比電極的性能有關(guān)。對參比電極的一般要求是：1)電極反應(yīng)可逆，具有穩(wěn)定的電位，重現(xiàn)性好；2)電極過程交換電流密度高，是不極化或難極比電極體系；3)介質(zhì)與電極內(nèi)的電解液之間不污染，不產(chǎn)生液接電位；4)電極電位的溫度系數(shù)小；5)電極結(jié)構(gòu)堅固，使用壽命長；6)電極制造、維護、使用方便。陰極保護常用參比電極：銅/硫酸銅電極、銀/氯化銀電極、甘汞電極、鋅電極。陰極保護常用參比電極電極構(gòu)成電位(25℃)(V,SHE)溫度系數(shù)(V/℃)適用環(huán)境硫酸銅電極Cu/CuSO4(飽和)0.316-9.0

10-4土壤、淡水、海水氯化銀電極Ag/AgCl/KCl(0.1M)Ag/AgCl/KCl(飽和)Ag/AgCl(海水)0.2880.1960.251-6.5

10-4化工介質(zhì)土壤、水、化工介質(zhì)海水甘汞電極Hg/Hg2Cl2/KCl(0.1M)Hg/Hg2Cl2/KCl(1.0M)Hg/Hg2Cl2/KCl(飽和)Hg/Hg2Cl2

(海水)0.3340.2800.2420.296-0.7

10-4-2.1

10-4-7.6

10-4化工介質(zhì)化工介質(zhì)化工介質(zhì)、水、土壤海水(1)銅/硫酸銅電極電極反應(yīng)：Cu2++2e==Cu電位：φt=φ25+α(t-25)導(dǎo)線密封蓋密封圈容器純銅棒硫酸銅溶液硫酸銅顆粒多孔陶瓷(2)銀/氯化銀電極KClsolutionfiberwickforcontactwithexternalsolutionAgwirecoatedwithAgCl

(AgCl/Ag)=0.22233V氯化銀電極：AgCl(s)+e

Ag(s)+Cl-(aq)

(AgCl/Ag)＝

θ(AgCl/Ag)–(RT/nF)ln[c(Cl-)/cθ]銀/氯化銀電極制備方法：電鍍法、熱分解法和粉壓法。(3)CalomelElectrodeφ(Hg2Cl2/Hg)＝φθ(Hg2Cl2/Hg)–(RT/nF)ln[c(Cl-)/cθ]saturatedKClsolutionKClcrystalsfiberwickforcontactwithexternalsolutionglassfritHg—Hg2Cl2mixtureCl-(c)

Hg2Cl2(s)

Hg(l)Hg2Cl2(s)+2e

2Hg(l)+2Cl-(aq)(4)鋅電極鋅及鋅合金電極是固體參比電極。工作時直接置于被測金屬周圍介質(zhì)中。作為參比電極用的鋅，必須是高純鋅(99.99％以上)，鐵的含量不越過0.0014％。鋅中添加少量含金元素Al、Si等，可使電極表面腐蝕產(chǎn)物松軟、易脫落，改善極化性能，使電極電位更加穩(wěn)定。鋅合金電極的化學(xué)成分為：Al1.4~1.7％，Si0.10~0.16％，F(xiàn)e<0.005％，Cu<0.005%。鋅鋁硅合金電極在海水中的電位很穩(wěn)定，其機械強度高，使用壽命長，容易加工成各種形狀，在船舶的外加電流陰極保護中普遍應(yīng)用。5.3電源在外加電流陰極保護系統(tǒng)中，需要有一個穩(wěn)定的直流電源，能保讓穩(wěn)定、持久供電。對供電電源的一般要求是：

1)能長時間穩(wěn)定、可靠的工作；2)保證有足夠大的輸出電流，并可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；3)有足夠的輸出電壓，以克服系統(tǒng)內(nèi)電阻；4)安裝容易、操作簡便，無需經(jīng)常檢修。陰極保護電源通常是低電壓、大電流的直流電源。主要有1)整流器；2)恒電位儀；3)太陽能電池；4)直流發(fā)電機組；5)風(fēng)力發(fā)電機；6)高容量蓄電池；7)熱電發(fā)生器。(1)整流器：將交流電變?yōu)橹绷麟姷难b置。用于陰極保護的

整流器主要有可控硅整流器、硅整流器、硒整流器和氧化銅整

流器。常用的硅整流器或硒整流器主要由電源變壓器、整流電

路和平滑濾波器三部分構(gòu)成。

(2)恒電位儀：自控直流電源，它能精確控制保護電位、自動、迅速地調(diào)整輸出電流，使被保護結(jié)構(gòu)電位維持恒定電位。恒電位儀主要有晶體管恒電位儀、磁飽和恒電位儀和可控硅恒電位儀。(3)太陽能電池：例用半導(dǎo)體器件的光電轉(zhuǎn)換原理，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置。(4)熱電發(fā)生器：利用兩種不同金屬在連接點加熱產(chǎn)生溫差，輸出電流的電源裝置。5.4陽極屏在外加電流陰極保護系統(tǒng)工作時，從輔助陽極排放出很大的電流。為使被保護結(jié)構(gòu)整體上都達(dá)到保護電位，陽極周圍被保護結(jié)構(gòu)的電位很負(fù)，以致可能析出氫氣，使溶液堿性增大。這將引起涂料的皂化、起泡和脫落、引起電流“短路”。為了防止電流短路，擴大電流分布范圍，確保陰極保護效果，往往在陽極周圍的被保護結(jié)構(gòu)表面設(shè)置陽極屏蔽層，即陽極屏。陽極屏應(yīng)當(dāng)具有以下性能：1)有較強的粘附力和一定的韌性，以防止受海水沖擊損壞或脫落；2)有優(yōu)良的耐堿、耐氯離子性能；3)絕緣性能好，能防止電滲作用造成短路；4)使用壽命長，應(yīng)與輔助陽極同壽命。目前常用的陽極屏材料有：1)環(huán)氧膩子。采用聚酰胺固化的環(huán)氧樹脂，加入一定量的絕緣性好的填料制放膩子，根據(jù)陽極輸出電流的大小，在陽極周圍刮至一定厚度。2)涂層。采用環(huán)氧系涂料或氯丁橡膠涂料，在陽極周圍刮至一定厚度。3)塑料薄板。利用聚乙烯、聚氯乙烯等塑料薄板，以鉚釘固定在加強鋼板上，然后以焊接或螺栓固定方式將加強鋼板固定在被保護體上。能夠防止水和腐蝕介質(zhì)的滲透，耐油或其他介質(zhì)侵蝕，并有足夠的機械強度。電纜和陽極連接處要絕緣、加固。如絕緣法蘭等。絕緣不當(dāng)，可能造成系統(tǒng)的短路接地，或陰極保護電流的散失。5.5電纜5.6絕緣裝置犧牲陽極法與外加電流法陰極保護比較犧牲陽極法外加電流法①不需要電源，陽極與被保護體偶接。②輸出電流、保護距離有限，適用于涂層良好的被保護體或局部性保護，適用于較低電阻率的介質(zhì)(土壤、海水、鹽水等)。③保護系統(tǒng)簡單，安裝簡便。④鋅、鋁陽極有電流自動調(diào)節(jié)傾向，調(diào)節(jié)保護參數(shù)困難，很少產(chǎn)生過保護。⑤土壤中不會對鄰近鋼構(gòu)件產(chǎn)生干擾。⑥鋅陽極可用于易燃、防爆區(qū)。⑦維護管理方便，無運行費用。需定期更換陽極。⑧一次性投資費用較低，但對大型設(shè)備不低。①需要電源，需設(shè)置輔助陽極。②輸出電流較大，保護距離較遠(yuǎn)，適用于無涂層或涂層不好的大型被保護體，很少受介質(zhì)電阻率的限制。③保護系統(tǒng)需要參比電極控制調(diào)整參數(shù)，安裝時必須注意極性。④可依工藝變化，可調(diào)節(jié)保護參數(shù)，控制不當(dāng)會產(chǎn)生過保護。⑤土壤中易對鄰近鋼構(gòu)件產(chǎn)生干擾，可通過深埋陽極解決。⑥防爆區(qū)慎用，需采取防爆措施。⑦需日常維護管理，有運行費用。⑧一次性投資費用較高，但總投資費用并不高。例：大口徑管道內(nèi)壁恒電位法陰極保護(1)給定體系(管道內(nèi)壁/海水)概況管道由厚度為16mm的A3鋼板卷制、T42焊條焊接而成，直徑1.8m，長度1740m；管道一端與一級泵房出水閥門(無陰極保護)相連，另一端與熱電廠進水管道(有陰極保護)相連。管道埋深0.7m(管頂距地面)。管道內(nèi)壁噴涂厚度為10～15mm的礦渣水泥(有局部龜裂)，pH＝6.8，管內(nèi)輸送介質(zhì)為海水，流速2m/s。(2)確定陰極保護技術(shù)路線無論是何種形式的陰極保護，其最佳陽極布置均是從管道首端延伸到末端的軸向連續(xù)式陽極，這樣可以得到均勻的電位分布。但是，對犧牲陽極法，在管道軸心設(shè)置具有一定截面積的連續(xù)式陽極勢必增加施工量，投資費用增高、增大海水流動阻力，還會使陽極更換十分因難，不宜采用。對外加電流法，軸向連續(xù)式陽極本身費用很高，經(jīng)濟上不可行。若采用垂直于管道的插入式陽極，則由于犧牲陽極驅(qū)動電壓有限使得保護半徑很小，并且犧牲陽極重量、尺寸不可能太大，需要經(jīng)常更換，不宜采用。最后確定使用外加電流法，采用插入式輔助陽極的技術(shù)方案。該方案可避免諸多不利因素。(3)確定保護參數(shù)

①實驗室試驗測定涂覆厚度10～15mm礦渣水泥的A3鋼試樣在現(xiàn)場海水中的腐蝕電位，結(jié)果為-64515mV(海水氯化銀電極，下同)。②實驗室試驗測定裸露的A3鋼試祥1、涂覆厚度10～15mm礦渣水泥的A3鋼試樣2在現(xiàn)場海水中的陰極極化曲線。-1500-1300-1100-900-700-5001.250.01250.12512.51251250E(mV)lgi(mA/cm2)21極化開始時，裸露的A3鋼為氧的去極化，在-0.8V左右，由于氧的擴散跟不上氧的還原速度，致使電子大量積聚而使電位負(fù)移，在-1.1V后達(dá)到析氫電位，由于氫離子的去極化使電流增大。涂覆水泥的A3鋼開始時與裸露A3鋼相似；電位繼續(xù)負(fù)移則與裸露A3鋼顯著不同；在-1.1V仍不出現(xiàn)急劇的放氫電流。這是因為水泥層的阻擋作用使擴散受到抑制，同時，涂覆水泥A3鋼表面高pH值，致使析氫電位顯著負(fù)移。

③現(xiàn)場模擬試驗測定靜態(tài)、動態(tài)條件下的保護半徑(略)。綜合分析上述試驗結(jié)果得出：腐蝕電位取-0.6V；保護電位范圍取-0.78～-1.30V；保護電流密度取50mA/m2；由于現(xiàn)場試驗受多種條件限制，如管段長度有限、試驗時間較短等，無法準(zhǔn)確地確定陽極間距，故此采用電位外推、電位疊加原理近似估計，可粗略確定陽極間距為50m。(4)輔助陽極①計算管道內(nèi)壁保護面積S=πDL=3.141.81740=10000m2

②計算保護電流Ip=5010000/1000=500A③計算所需陽極支數(shù)N=L/L0+1=1740/50+1=36(支)④計算單支陽極排流量

Ia=500/36=14A單支陽極排流量很大，考慮陽極更換及施工難度，要求陽極壽命長、消耗小。根據(jù)海水體系陽極材料特點，選用鍍鉑鈦陽極，它允許通過的電流密度高達(dá)1000A/m2。⑤計算單支陽極所需表面積

Sa=14/1000=0.014m2

選用φ30

150mm棒狀鍍鉑鈦陽極，有效面積0.015m2。

⑥計算鍍鉑鈦陽極鉑鍍層厚度

陽極設(shè)計壽命15年，計算鉑鍍層質(zhì)量：

W=Ia

T

Y/K=14

15

6

10-6/0.8=1.575

10-3kg

相應(yīng)鉑鍍層厚度計算：

δ=W/(ρ

Sa)=1.575/(21.4

150)=4.91

10-4cm=5μm

⑦輔助陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計及安裝：陽極體為工業(yè)純鈦，鉑鍍層厚

度10μm，陽極裝置外表面用玻璃鋼絕緣防腐，電纜接頭

部位用Xm-15環(huán)氧-聚硫橡膠密封。(5)參比電極

采用粉壓型海水氯化銀電極，電極體規(guī)格φ19

20mm，用微孔聚氯乙烯燒結(jié)薄膜與管道內(nèi)海水導(dǎo)通。參比電極、陽極均設(shè)置參比電極井、陽極井，用直徑0.8m的廢鋼管垂直焊在管道上，高出地面0.3m，確保不滲入地下水。(6)直流電源、電纜電線

根據(jù)保護參數(shù)，考慮工程實際情況，設(shè)6個保護站，則每個保護站輸出電流為83A(500A/6)、需輔助陽極6支(35支/6個)。每個保護站采用兩臺恒電位儀供電，每臺額定輸出電流50A。根據(jù)國產(chǎn)恒電位儀定型產(chǎn)品規(guī)格，選用KKG-3型50A/30V恒電位儀。輸電電纜選用VV-0.54~10mm2電力電線，信號電線選用SBVVP2×l.5屏蔽軟線。Section3.7陽極保護在外加陽極電流作用下，使金屬發(fā)生鈍化，從而使腐蝕速度人為降低的防護方法叫做陽極保護。7.1金屬的鈍化鈍化：金屬或合金金在特殊條件下失去活性，陽極過程停滯而處于高耐蝕狀態(tài)的現(xiàn)象。φ致鈍ABCDE活化區(qū)鈍化過渡區(qū)穩(wěn)定鈍化區(qū)過鈍化區(qū)ii致鈍φi維鈍實現(xiàn)鈍化的方法(1)溶液中添加氧化劑：鐵鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽。(2)合金的改性處理：a.添加易鈍化元素，如鋼中添加元素鉻形成不銹鋼；

b.合金的陰極改性，在合金中添加高效的陰極性元素如鈀、鉑、釕等，可降低去極化劑陰極還原反應(yīng)的極化度，增大其還原反應(yīng)的速度，促使合金自鈍化。

(3)保護器法：被保護金屬與電位更正的材料相連。如熱硫酸中將鈦與石墨偶接，促進鈦鈍化。(4)外電源法：將被保護金屬與直流電源正極相連，陽極極化達(dá)到致鈍電流密度時，金屬發(fā)生鈍化。7.2陽極保護技術(shù)參數(shù)(1)i致鈍：表示被保護金屬在給定環(huán)境中鈍化的難易程度。i致鈍小的體系，金屬較易鈍化；i致鈍大的體系，則致鈍困難。影響i致鈍的因素有金屬材料、介質(zhì)條件、溫度等。

i致鈍還相測量方法有關(guān)。(3)穩(wěn)定鈍化區(qū)電位范圍：鈍化過渡區(qū)與過鈍化區(qū)之間的電位范圍。是陽極保護控制指標(biāo)；寬度體現(xiàn)陽極保護的安全性和維持鈍化的難易程度。(2)i維鈍：反映陽極保護正常操作時耗用電流的大小和保護的效果。影響i維鈍的因素有金屬材料、介質(zhì)條件(組成、濃度、溫度、pH值等)及維鈍時間。(4)自活化時間ta：從斷電開始，到發(fā)生活化作用的時間。ta反映了體系鈍態(tài)的穩(wěn)定性，代表鈍化膜的壽命。ta越長，陽極保護可靠性越大，維鈍越容易?？煽紤]采用間歇極化方法；ta短的體系，要采用連續(xù)通電的陽極保護控制技術(shù)。(5)分散能力：電流均勻分布到設(shè)備各部位的能力，由各部位電位的均勻性體現(xiàn)。被保護表面平坦、電屏蔽作用弱、陽極極化大、表面電阻高(如鈍化后或有涂料)、陰極分布均勻、陰--陽極間距離大、溶液電導(dǎo)率高、分散能力就高。通過恰當(dāng)?shù)年帢O布置可獲得好的分散能力。7.3致鈍和維鈍方法(1)陽極保護致鈍方法：致鈍操作是實施陽極保護的第一步驟，通過致鈍操作，使體系盡快由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)入鈍化狀態(tài)。a.整體致鈍法：通大電流使設(shè)備表面鈍化。b.逐步致鈍法：先通電，使液面逐步升高，使表面逐步鈍化。c.化學(xué)致鈍法：采用其他非工藝化學(xué)介質(zhì)，使設(shè)備自鈍化或減小體系的致鈍電流密度。d.脈沖致鈍法：經(jīng)過反復(fù)的陽極極化，導(dǎo)致完全鈍化。e.低溫致鈍法：使體系在低溫下完成致鈍操作，鈍化后再投入工藝運行。f.涂料的應(yīng)用：可降低致鈍電流強度。(2)陽極保護維鈍方法

a.固定槽壓法：人為調(diào)整輸出電壓，槽壓變化，保護電流隨之變化，設(shè)備的電位也相應(yīng)變化。b.恒電位法：利用恒電位儀對設(shè)備實行維鈍。c.區(qū)間控制法：利用自動控制裝置將設(shè)備的電位保持在某個電位區(qū)間，維持設(shè)備鈍態(tài)。①以時間為基的間歇通電法，通電—斷電—通電。②以電位為基的間歇通電法，通電—斷電—通電。③以電位為基的連續(xù)通電法，將固定槽壓維鈍裝置改進成帶電位控制器的區(qū)間保護裝置。④循環(huán)極化法，利用周期轉(zhuǎn)換恒電位控制裝置，對多臺設(shè)備實行循環(huán)極化法的陽極保護維鈍操作。7.4陽極保護系統(tǒng)：陽極--被保護設(shè)備；輔助陰極；直流電源；

饋電導(dǎo)線；參比電極。(1)輔助陰極：應(yīng)該是惰性的，在介質(zhì)中穩(wěn)定，受陰極保護。鋼鐵、銅、鎳、鉛、鋁、鉻鋼、鎘鎳鋼、哈氏合金、鉬、鉑、鉭、石墨等均有采用。陰極材料環(huán)境陰極材料環(huán)境包鉑黃銅鎘鎳鋼高硅鑄鐵鋼管鋼纜1Cr18Ni10Ti各濃度硫酸硫酸硫酸紙漿液紙漿液氮肥溶液，氫氧化銨哈氏合金C空氣電極鉬銅304不銹鋼鍍鎳電極硫酸，化肥溶液硫酸－－硫酸化學(xué)鍍鎳槽輔助陰極材料

陰極接觸電阻：為了降低電能消耗，應(yīng)該使用大面積的陰

極。因為在載流回路中的電阻主要取決于陰極與介質(zhì)之間的接

觸電阻。圓柱形陰極接觸電阻計算公式：Rc=ρ[-----------]lg(r2/r1)1.97πLRc：陰極與溶液間的電阻，Ω；ρ：溶液電阻率，Ω·cm；r1：陰極半徑，cm；r2：陰極中心線至槽壁的距離，cm；L：陰極長度，cm。陰極結(jié)構(gòu)的設(shè)計及安裝，要使陰極具有足夠的