电化学防护

运用原电池的电化学原理，消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应，使金属得到防护，这种金属防护法叫做电化学防护。

分类电化学防护分阳极防护和阴极防护两大类。阳极防护是把被保护的金属作阳极，在一定外加电压范围内进行阳极钝化，使它的表面由化学状态转为钝化状态，从而阻滞金属在某些酸、碱或盐中被腐蚀。阴极防护是把被保护的金属作为阴极，方法有以下两种：

（1）外加电流的阴极防护法用一个不溶性电极作辅助阳极，跟阴极一道放到电解质溶液里。当接通外加直流电源后，大量电子强制流向被保护的金属阴极（例如钢铁设备），并在阴极积累起来。这样就避免或抑制钢铁发生失去电子的氧化作用，从而被保护。

（2）牺牲阳极的阴极保护法用比铁还原性更强的金属（如锌）或合金跟钢铁制品连接。当发生电化腐蚀时，这种活泼金属就作为微电池的负极而被腐蚀，钢铁设备得到保护。例如，在轮船尾部和船壳吃水线下部装上一定数量锌块，保护船壳不被腐蚀1。

材料的性能要求牺牲阳极保护法就是在金属管道上连接电极电位比管道金属更低的材料，让其始终处于腐蚀电池的阳极，在发生电化学腐蚀时，通过阳极的腐蚀消耗来保护金属管道。因此，阳极材料的性能对这种方法的防腐效果起着决定性的作用。对阳极材料的基本要求是：

(1)阳极材料须有足够负的稳定电位。即它与被保护金属管道之间应有足够大的开路电位差。要达到完全的阴极保护，必须将被保护金属物阴极极化到表面上最活泼阳极点的平衡电位。而牺牲阳极的电位应该比这一平衡电位更负，这样它在阴极保护系统的腐蚀电池中才能作为最有效的阳极而优先溶解。

(2)阳极材料的阳极极化率要小。这样牺牲阳极在工作时的电位朝正的方向移动不大。牺牲阳极的工作电位足够负，这就可在阴极保护系统工作时保持有足够大的驱动电压。驱动电压是指阴极保护系统运行时被保护金属的保护电位与牺牲阳极工作电位之间的电位差。足够大的驱动电压可产生足够大的阳极输出电流，更有效地克服保护系统的回路电阻，保障良好的阴极保护效果。尤其是在电阻率较高的介质中，维持足够大的驱动电压是十分必要的。

(3)阳极材料的理论电容量要大。理论电容量是根据库仑定律计算的消耗单位质量金属所产生的电量。对于牺牲阳极，消耗单位质量的阳极金属所产生的电量要大，产生单位电量所消耗的阳极材料就少，阳极材料的使用寿命就长。

(4)阳极材料的自腐蚀速率要小，电流效率要高。电流效率就是实际电容量与理论电容量的百分比率。实际电容量是实际测得的消耗单位质量金属所产生的电量。由于阴极保护系统工作时消耗阳极材料所产生的电流并不能全部用于被保护金属的保护，所以，实际电容量总是比理论电容量要小。阳极材料的自腐蚀速率越小，电流效率就越高。

(5)阳极材料溶解要均匀。阳极材料在消耗时呈均匀的溶解状态，表面上不沉积难溶的腐蚀产物。这样，既可保正较高的电流效率，也可延长阳极材料的使用寿命。在实际情况下，由于材料中存在杂质，熔炼和浇铸过程中可能产生缺陷，且有点腐蚀、晶间腐蚀或应力腐蚀等因素的影响，往往使阳极表面的溶解不均匀，呈颗粒状脱落，甚至造成阳极断裂。

(6)阳极材料溶解产生的腐蚀产物应无毒、无害、不污染环境。

(7)阳极材料来源丰寓，生产加工容易，价格低廉。2

安装用于保护埋地敷设的金属管道的牺牲阳极以可直接与被保护管道连接，也可以通过测试桩与被保护管道相连。为了监测保护系统的工作状况，通常采用通过测试桩的连接形式，在土壤中安装牺牲阳极时，先将阳极的连接钢芯打磨干净，再与电缆引出头焊接(焊缝长度不小于50mm)；最后将电缆与阳极钢芯的搭接部分用细铁丝扎紧(捆扎长度不小于20mm)，并用热收缩套管和环氧树脂将接头处绝缘密封，以防土壤溶液侵入。阳极连接电缆须耐压500V以上。土壤中牺牲阳极的分布采用单支各自安装或多支成组安装的方式。阳极埋设位置一般距管道外壁3～5m，最小不宜小于0.3m。成组安装时，阳极间距以2～3m为宜。

阳极的埋设方式有立式和水平式，埋设方向分轴向和径向，埋设深度一般与被保护管道中心埋设深度相当，通常应在冻土层以下，地下水位以上，以阳极顶部距地面不小于1m为宜。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极的埋设应适当加深；在河流、湖泊地带，阳极应埋设在河床的安全部位，以防洪水冲刷和挖泥清淤时损坏阳极；在城市或地下金属结构物密集的区域使用牺牲阳极时，应注意在牺牲阳极和被保护管道之间不应有其他金属结构物，如电缆、其他管道或接地装置等。

为防止土壤对阳极的钝化，通常需要在埋地阳极的四周填充一定的化学填料。化学填料的作用是：改良阳极周围环境，提高电流效率；降低阳极接地电阻，增加阳极输出电流；溶解电极腐蚀产物，防止阳极极化；吸收周围土壤水分，维持阳极四周长期湿润，提高阳极工作电位。2

应用利用牺牲阳极作为接地排流设施，可以减轻或消除埋地敷设的管道与高压输电线路平行敷设时因电磁感应而产生的次生电压危害、直流电气化铁路的钢轨对地绝缘不良时进入大地的杂散电流危害、在管道的一些固定设施和场站设备上由于交流干扰而产生的次生电压的可能危害等。1

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学