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Comment l'acier corrode-t-il dans l'eau ?
Pour comprendre la nécessité cathodique de la protection une comprenez d'abord le mécanisme de corrosion. Pour que la corrosion se produise, trois conditions doivent être présentes.
1. Deux métaux différents
2. Un électrolyte (l'eau avec tout type du sel ou de sels dissous dans lui)
3. Un chemin en métal (conduite) entre les métaux différents
Les deux métaux différents peuvent être les alliages totalement différents, tels que l'acier et l'aluminium, mais sont des différences métallurgiques plus habituellement microscopiques ou macroscopiques sur la surface d'une d'une seule pièce d'acier.
Si les conditions ci-dessus existent, sur la surface plus active en métal (dans ce cas-ci nous considérerons corroder librement l'acier qui est non uniforme), la réaction suivante a lieu aux emplacements plus actifs : (deux repassent des ions plus quatre électrons libres)
2Fe => 2Fe++ + 4e-
Les électrons libres voyagent par le chemin en métal aux emplacements moins actifs où la réaction suivante prend l'endroit : (oxygène-gaz converti en ion de l'oxygène - par la combinaison avec les quatre électrons libres - qui combine avec de l'eau pour former des ions d'hydroxyle)
O2 + 4e- + 2H20 => 4 OH-
Recombinaisons de ces ions au produit extérieur actif la réaction suivante, qui rapporte au produit de corrosion de fer l'hydroxyde ferreux : (fer combinant avec de l'eau l'oxygène et pour former l'hydroxyde ferreux)
2Fe + O2 + 2H2O => 2Fe (OH)2
Cette réaction est généralement décrite comme le 'courant traversent l'eau de l'anode (un emplacement plus actif) à la cathode (emplacement moins actif).
Comment la protection cathodique arrête-t-elle la corrosion ?
La protection cathodique empêche la corrosion en convertissant tous les emplacements (actifs) anodiques sur la surface en métal en emplacements (passifs) cathodiques en fournissant le courant électrique (ou les électrons libres) à partir d'une source alternative.
Habituellement ceci prend la forme de anodes galvaniques, qui sont plus en activité que l'acier. Cette pratique désigné également sous le nom d'un système sacrificatoire, puisque les anodes galvaniques se sacrifient pour protéger l'acier ou la canalisation de construction contre la corrosion.
Dans le cas de anodes en aluminium, la réaction sur la surface en aluminium est : (quatre ions en aluminium plus douze électrons libres)
4Al => 4Al+++ + 12 e-
et sur la surface en acier, (oxygène-gaz converti en ions de l'oxygène qui combinent avec de l'eau pour former des ions d'hydroxyle)
3O2 + 12e- + 6H20 => 12OH-
Tant que le courant (électrons libres) arrive à la cathode (acier) plus rapidement que l'oxygène arrive, aucune corrosion ne se produira.
Le schéma 1 : Système sacrificatoire d'anode en eau de mer
Considérations de base en concevant les systèmes sacrificatoires d'anode
Le courant électrique qu'une anode décharge est commandé par la loi d'Ohm's ; c'est :
I=E/R
Écoulement courant d'I= en ampères
Différence d'E= dans le potentiel entre l'anode et la cathode en volts
Résistance totale de circuit de R= en ohms
Au commencement le courant sera haut parce que la différence dans le potentiel entre l'anode et la cathode sont haute, mais car les diminutions potentielles de différence dues à l'effet de l'écoulement courant sur la cathode, courant diminue graduellement en raison de la polarisation de la cathode. La résistance de circuit inclut le chemin de l'eau et le chemin en métal, y compris n'importe quel câble dans le circuit. La valeur dominante ici est la résistance de l'anode à l'eau de mer.
Pour la plupart des applications la résistance en métal est si petite comparée à la résistance à l'eau qu'elle peut être ignorée. (Ne pas rectifier pour des traîneaux, ou de longues canalisations protégées contre les deux extrémités). Désirent ardemment généralement les anodes minces ont la résistance inférieure que de grosses anodes courtes. Ils déchargeront plus courant, mais ne dureront pas comme désirent ardemment.
Par conséquent un concepteur cathodique de protection doit classer les anodes de sorte qu'elles aient la bonne forme et la superficie pour décharger assez le courant pour protéger la structure et assez de poids au bout la vie désirée en déchargeant ce courant. En règle générale du pouce :
La longueur de l'anode détermine combien de courant l'anode peut produire, et par conséquent combien de pieds carrés d'acier peuvent être protégés.
La section transversale (poids) détermine combien de temps l'anode peut soutenir ce niveau de la protection.
Systèmes de protection cathodiques courants appliqués
En raison des courants élevés impliqués dans beaucoup de systèmes d'eau de mer il n'est pas rare d'employer les systèmes courants appliqués. Les systèmes courants appliqués utilisent les anodes d'un type qui ne sont pas facilement dissoutes dans les ions métalliques, mais soutiennent plutôt une réaction alternative, oxydation des ions dissous de chlorure.
2Cl- => Cl2 + 2e-
La puissance est assurée par une unité d'alimentation CC Externe.
Le schéma 2 : Système de protection cathodique courant appliqué en eau de mer
Comment savons-nous quand nous avons assez de protection cathodique ?
Nous savons que si nous avons assez le courant en mesurant le potentiel de l'acier contre une électrode standard de référence, l'argent/chlorure (commutateur d'Ag/AgCl), mais parfois zinc habituellement argentés (commutateur).
L'écoulement courant sur n'importe quel métal décale son potentiel normal dans la direction négative. L'histoire a montré cela si l'acier reçoit assez le courant pour décaler le potentiel (-) 0.800 V contre chlorure d'argent/d'argent (AG/AgCl), la corrosion est essentiellement arrêté.
En raison de la nature des films qui forment, (-) le potentiel 0.800 V minimum est rarement le potentiel optimum, et les concepteurs essayent de réaliser un potentiel entre (-) 0.950 V et (-) 1.000 V contre Commutateur d'Ag/AgCl.
Le schéma 3 : Protégé contre les structures non protégées comme vérifié par potentiel cathodique de protection
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