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海上阴极保护 101：
它是什么以及它的工作原理是什么？
作者

Richard Baxter 和 Jim Britton

钢在海水中是如何受腐蚀的？

为了理解阴极保护，首先必须要了解腐蚀机理。发生腐蚀必须具备三个条件。 1. 两种不同的金属 2. 一种电解质（溶解有一种或多种类型盐的水） 3. 不同金属间存在金属（导电）通路 两种不同的金属可以是完全不同的合金，如钢和铝，但更常见的情况是一整块钢表面上微观或宏观的冶金学差异。 如果上述条件存在，那么在较活泼的金属表面（我们这里考虑非均质的自由腐蚀钢的情况）上，就会在较活泼的位置发生下列反应：(2 个铁离子 + 4 个自由电子)

2Fe => 2Fe⁺⁺ + 4e^-

自由电子通过金属通路，到达较不活泼的位置，在此处将发生下列反应： （氧气结合四个自由电子转化为氧离子，进而与水结合形成氢氧根离子）

O₂ + 4e^- + 2H₂0 => 4 OH^-

在活泼的表面，这些离子重新结合后产生以下反应，从而得到铁的腐蚀产物氢氧化亚铁 （铁与氧气和水结合形成氢氧化亚铁)

2Fe + O₂ + 2H₂O => 2Fe (OH)₂

这种反应更普遍解释为电流通过水从阳极（较活泼的位置）流向阴极（较不活泼的位置）。

阴极保护如何防止腐蚀？

阴极保护通过以下方式防止腐蚀：从备用源向金属表面上的所有阳极（活化）位置提供电流（或自由电子），从而将其转换为阴极（钝化）位置。 通常，这是以比钢更为活泼的牺牲阳极的形式出现。这种做法也称为牺牲系统，因为牺牲阳极牺牲自身以保护钢结构或管道免遭腐蚀。 对于铝阳极而言，在铝表面发生的反应是：(4 个铝离子 + 12 个自由电子)

4Al => 4Al⁺⁺⁺ + 12 e^-

而在钢表面，（氧气转化为氧离子，进而与水结合形成氢氧根离子）

3O₂ + 12e^- + 6H₂0 => 12OH^-

只要电流（自由电子）比氧气更快的到达阴极（钢），就不会发生腐蚀。

设计牺牲阳极系统的基本考虑

阳极释放的电流遵守欧姆定律；即：

I=E/R

式中： I= 电流（单位：安培） E= 阳极和阴极之间的电势差（单位：伏特） R= 总的回路电阻（单位：欧姆）

由于初始时阳极和阴极之间的电势差高，初始电流会比较高，但电势差随着电流流向阴极而下降，电流则因阴极的极化而逐渐下降。

回路电阻包括水通路和金属通路（包括回路中的所有电缆）。这里最主要的是阳极和海水之间的阻抗。

在绝大多数应用中，与水的电阻相比，金属电阻很小以至于可以忽略。（对于滑道或两端受保护的长管道而言并非如此）。

在一般情况下，细长阳极的阻抗比粗短阳极更小。这种电极将释放更多的电流，但耐久性较差。

因此，阴极保护设计者必须确定阳极尺寸，使其具有合适的形状和表面积，以释放足够的电流来保护结构，并且重量要足以保证其在预期寿命内始终释放出电流。

一般经验法则是：

阳极的长度决定了阳极能够产生多少电流，因而决定了能够保护多大面积的钢。

横截面（重量）决定阳极能够使这一保护水平维持多久

外加电流阴极保护系统

由于在许多海水系统中存在大电流，因此使用外加电流系统并不少见。外加电流系统所使用的阳极类型通常不易溶为金属离子，而是维持一个替代反应，氧化溶解出氯离子。 (由外部直流电源装置进行供电。 )

2Cl^- => Cl₂ + 2e^-

Power is supplied by an external DC power unit.

如何知道阴极保护何时足够呢?

通过测量标准参考电极[通常为银/氯化银(Ag/AgCl sw.)，但有时使用锌(Zn sw.)]与钢之间的电势，即可知晓是否获得了足够的电流。

任何流向金属的电流都会使其标准电势更负。

既往经验表明，如果钢获得足够的电流使其电势达到 (-) 0.800 V（相对于银/氯化银），基本上即可防止腐蚀。

鉴于所形成薄膜的性质，最小电势 (-0.800 V) 很少是最佳电势，设计者尽量使电势达到 (-) 0.950 V 至 (-) 1.000 V （相对于 Ag/AgCl sw）。