陰極保護(hù)|犧牲陽極（放熱焊接）

陰極保護(hù)    科技名詞定義
中文名稱：  陰極保護(hù)
英文名稱：   cathodic protection
定義1：
通過降低腐蝕電位獲得防蝕效果的電化學(xué)保護(hù)方法。
應(yīng)用學(xué)科：船舶工程（一級學(xué)科）；船舶腐蝕與防護(hù)（二級學(xué)科）
定義2：
將被保護(hù)金屬作為陰極，施加外部電流進(jìn)行陰極極化，或用電化序低的易蝕金屬做犧牲陽極，以減少或防止金屬腐蝕的方法。
應(yīng)用學(xué)科：海洋科技（一級學(xué)科）；海洋技術(shù)（二級學(xué)科）；海水資源開發(fā)技術(shù)（三級學(xué)科）
定義3：
通過降低腐蝕電位而實(shí)現(xiàn)的電化學(xué)保護(hù)。
應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級學(xué)科）；腐蝕與保護(hù)（二級學(xué)科）；電化學(xué)腐蝕（三級學(xué)科）
百科名片
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。
目錄
 1．腐蝕簡介
        1）防腐蝕的重要性
 2）金屬為什么腐蝕？
 3）如何評價金屬的腐蝕傾向？
 4）腐蝕控制措施?
 5）施加涂層后，為什么還會腐蝕？

2．陰極保護(hù)發(fā)展簡史
3．陰極保護(hù)技術(shù)簡介
        1）犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)
 2）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)
 4．陰極保護(hù)效果的判據(jù)
        1）普通鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則
 2）鋁合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
 3）銅合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
 4）異種金屬陰極保護(hù)準(zhǔn)則：

 5．陰極保護(hù)技術(shù)問答
        1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？
 2）什么是犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)？
 3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
 4）電源的作用是什么？
 5）電源的類型主要有哪幾種？
 6）輔助陽極的作用是什么？
 7）輔助陽極的種類有多少?
 8）控制參比電極的有那些？
 9）為什么需要采用電絕緣？
 10）測試樁的作用是什么？
 11）犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
 12）犧牲陽極主要有那些？

 1．腐蝕簡介
        1）防腐蝕的重要性
 2）金屬為什么腐蝕？
 3）如何評價金屬的腐蝕傾向？
 4）腐蝕控制措施?
 5）施加涂層后，為什么還會腐蝕？

2．陰極保護(hù)發(fā)展簡史
 3．陰極保護(hù)技術(shù)簡介
        1）犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)
 2）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)

 4．陰極保護(hù)效果的判據(jù)
        1）普通鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則
 2）鋁合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
 3）銅合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
 4）異種金屬陰極保護(hù)準(zhǔn)則：

 5．陰極保護(hù)技術(shù)問答
        1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？
 2）什么是犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)？
 3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
 4）電源的作用是什么？
 5）電源的類型主要有哪幾種？
 6）輔助陽極的作用是什么？
 7）輔助陽極的種類有多少?
 8）控制參比電極的有那些？
 9）為什么需要采用電絕緣？
 10）測試樁的作用是什么？
 11）犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
 12）犧牲陽極主要有那些？

1．腐蝕簡介
1）防腐蝕的重要性
　　1972年，美國NACE協(xié)會估計每年損失是100億美元，1976年BMR研究所調(diào)查每年損失接
近700億美元。美國國會非常震驚，對此要求貿(mào)易部進(jìn)行證實(shí)，1982年發(fā)表的數(shù)據(jù)是每年損失126億美元。考慮到國家高速公路、水、廢水、廢氣、地下儲罐、因腐蝕造成的污染，每年的損失是3000億美元，占GDP的5%。1998年，我國工程院歷時3年對全國的腐蝕進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明我國腐蝕造成的損失達(dá)5000多億元。
2）金屬為什么腐蝕？
　　金屬是從礦石中提取出來的，在提煉過程種必須要給它一定的能量，使其處于高的能量狀態(tài) 。材料基本規(guī)律總是趨向于最低的能量狀態(tài) ，因此金屬都是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，具有和周圍環(huán)境（如氧和水）發(fā)生反應(yīng)的趨勢，以達(dá)到較低的、更穩(wěn)定的能量狀態(tài)，如生成氧化物。 以鐵為例： 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：O2+4e+2H2O→4OH- Fe2++2OH-→Fe(OH)2 Fe(OH)2+1/2O2+H2O→2Fe(OH)3↓
3）如何評價金屬的腐蝕傾向？
　　對于所有的金屬的腐蝕傾向理論上采用電位的概念進(jìn)行比較。電位負(fù)的金屬，活性較強(qiáng)，容易發(fā)生腐蝕。電位正的金屬活性相對較弱，腐蝕傾向性小。
4）腐蝕控制措施?
　　多年的實(shí)踐證明，最為經(jīng)濟(jì)有效的腐蝕控制措施主要是覆蓋層(涂層)加陰極保護(hù)。與國外相比，我國75%的防蝕費(fèi)用用在涂裝上，而電化學(xué)保護(hù)使用的相對較低。
5）施加涂層后，為什么還會腐蝕？
　　涂層的作用主要是物理阻隔作用，將金屬基體與外界環(huán)境分離，從而避免金屬與周圍環(huán)境的作用。但是有兩種原因會導(dǎo)致金屬腐蝕。一是涂層本身存在缺陷，有針孔的存在；二是在施工和運(yùn)行過程中不可避免涂層會破壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷的存在導(dǎo)致大陰極小陽極的現(xiàn)象，使得涂層破損處腐蝕加速。
編輯本段2．陰極保護(hù)發(fā)展簡史
　　目前陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用到土壤、海水、淡水、化工介質(zhì)中的鋼質(zhì)管道、電纜、鋼碼頭、艦船、儲罐罐底、冷卻器等金屬構(gòu)筑物等的腐蝕控制。 1834年—— 法拉第→陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ) 1890年—— 愛迪生→提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶 1902年—— 柯恩→ 實(shí)現(xiàn)了愛迪生的設(shè)想 1905年 ——美國用于鍋爐保護(hù) 1906年 ——德國建立第一個陰極保護(hù)廠 1913年 ——命名為電化學(xué)保護(hù) 1924年 ——地下管網(wǎng)陰極保護(hù)
編輯本段3．陰極保護(hù)技術(shù)簡介
　　陰極保護(hù)技術(shù)有兩種：犧牲陽極陰極保護(hù)和強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)。
1）犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)
　　犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的
金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護(hù)其它金屬。 優(yōu)點(diǎn)： A: 一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過程中基本上不需要支付維護(hù)費(fèi)用 B: 保護(hù)電流的利用率較高，不會產(chǎn)生過保護(hù) C: 對鄰近的地下金屬設(shè)施無干擾影響，適用于廠區(qū)和無電源的長輸管道，以及小 規(guī)模的分散管道保護(hù) D: 具有接地和保護(hù)兼顧的作用 E: 施工技術(shù)簡單，平時不需要特殊專業(yè)維護(hù)管理。缺點(diǎn)： A: 驅(qū)動電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄，保護(hù)范圍小 B: 使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50Ω?m時，一般不宜選 用犧牲陽極保護(hù)法 C: 在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時，陽極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn) D: 有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽極壽命的限制，需要定期更換
2）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)
　　強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)是在回路中串入一個直流電源，借助輔助陽極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，進(jìn)而使被保護(hù)金屬變成陰極，實(shí)施保護(hù)。 優(yōu)點(diǎn)： A: 驅(qū)動電壓高，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)范圍較大的場合 B: 在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用 C: 選用不溶性或微溶性輔助陽極時，可進(jìn)行長期的陰極保護(hù) D: 每個輔助陽極床的保護(hù)范圍大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時， 一個陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里 E: 對裸露或防腐層質(zhì)量較差的管道也能達(dá)到完全的陰極保護(hù) 缺點(diǎn)： A: 一次性投資費(fèi)用偏高，而且運(yùn)行過程中需要支付電費(fèi) B: 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要嚴(yán)格的專業(yè)維護(hù)管理 C: 離不開外部電源，需常年外供電 D：對鄰近的地下金屬構(gòu)筑物可能會產(chǎn)生干擾作用
編輯本段4．陰極保護(hù)效果的判據(jù)
1）普通鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則
　　◆施加陰極保護(hù)時被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至少達(dá)到-850mV或更負(fù)(相對飽和硫酸銅參比 電極CSE)。 ◆相對于飽和硫酸銅參比電極的負(fù)極化電位至少為850mV。 ◆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最小為100mV。 ◆存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至950mV(CSE)或更負(fù)。
2）鋁合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
　　◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最小為100mV，準(zhǔn)則適用于極化建立或衰減過程。 ◆極化電位不應(yīng)負(fù)于-1200mV（CSE）。
3）銅合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
　　◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極的陰極極化值最小為100mV。極化建立或衰減過程均可以被應(yīng)用。
4）異種金屬陰極保護(hù)準(zhǔn)則：
　　◆所有金屬表面與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的負(fù)電壓等于活性最強(qiáng)的陽極區(qū)金屬的保護(hù)電位。 5）高強(qiáng)鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則： ◆700MPa以上的鋼腐蝕速率降低至0.0001mm/a的保護(hù)電位為-760～-790mV(Ag/AgCl)。 ◆在存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境下，鋼屈服強(qiáng)度大于700MPa，保護(hù)電位應(yīng)在800-950mV(Ag/AgCl)的范圍內(nèi)。 ◆屈服強(qiáng)度大于800MPa的鋼，其保護(hù)電位應(yīng)不低于-800mV(Ag/AgCl)。
編輯本段5．陰極保護(hù)技術(shù)問答
1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？
　　強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在被保護(hù)結(jié)構(gòu)周圍同一電解質(zhì)環(huán)境中埋設(shè)輔助陽極，通過一直流電源以輔助陽極為陽極，以被保護(hù)結(jié)構(gòu)為陰極，構(gòu)成供電回路，將直流電通向被保護(hù)的金屬，使被保護(hù)金屬強(qiáng)制變成陰極以實(shí)施陰極保護(hù)。
2）什么是犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)？
　　犧牲陽極法是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護(hù)其它金屬的方法。
3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
　　強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測試樁、電流測試樁、保護(hù)效果測試片、電絕緣裝置、電絕緣保護(hù)裝置。
4）電源的作用是什么？
　　電源的作用是向陰極保護(hù)系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。
5）電源的類型主要有哪幾種？
　　從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開關(guān)�？煽毓韬痛棚柡秃汶娢粌x體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低(低于70%)不易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20%以下的輸出無法控制。數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90%以上）。
6）輔助陽極的作用是什么？
　　輔助陽極的作用是通過其本身的溶解，與介質(zhì)(如土壤、水)、電源、管道形成電回路。
7）輔助陽極的種類有多少?
　　輔助陽極根據(jù)介質(zhì)來分，土壤中有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽極、柔性陽極。水介質(zhì)中有混合氧化物陽極、硅鐵陽極、鉛陽極等。
8）控制參比電極的有那些？
　　控制參比電極主要有長壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來設(shè)計。
9）為什么需要采用電絕緣？
　　在陰極保護(hù)技術(shù)中，要求被保護(hù)結(jié)構(gòu)需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護(hù)電流會流失到未被保護(hù)的金屬構(gòu)筑物上，設(shè)計的電流需求量可能不足，保護(hù)效果不理想，另外，可能會產(chǎn)生雜散電流的干擾。
10）測試樁的作用是什么？
　　測試樁的作用主要是用于檢測陰極保護(hù)效果和運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測試樁、電流測試樁、保護(hù)效果測試片測試樁樁。
11）犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？
　　土壤中，犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)主要有犧牲陽極、填報料、布袋、貼片、電纜、測試樁組成。水環(huán)境中犧牲陽極直接焊接到被保護(hù)結(jié)構(gòu)上。
12）犧牲陽極主要有那些？
　　犧牲陽極主要有鎂合金犧牲陽極、鋁合金犧牲陽極、鋅合金犧牲陽極。鎂合金犧牲陽極主要應(yīng)用于高電阻率的土壤環(huán)境中。鋁合金和鋅合金主要用于水環(huán)境介質(zhì)中。鋅合金也可用于土壤電阻率小于5Ω?m的環(huán)境中。