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　陰極保護(hù)原理

　　對(duì)被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過(guò)陰極極化使其電極電位負(fù)移至金屬的平穩(wěn)電位，從而抑阻金屬腐蝕的保護(hù)方法稱為陰極保護(hù)。

　　陰極保護(hù)是一種控制金屬電化學(xué)腐蝕的保護(hù)方法。在陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的電池中，氧化反應(yīng)集中發(fā)生在陽(yáng)極上，從而抑阻了作為陰極的被保護(hù)金屬上的腐蝕。陰極保護(hù)是一種基于電化學(xué)腐蝕原理而發(fā)展的一種電化學(xué)保護(hù)技術(shù)。可從電極反應(yīng)、極化曲線和極化圖以及電位-pH圖等諸方面理解陰極保護(hù)原理。

　　電極反應(yīng)方面

　　任意兩種金屬/合金的組合，都可構(gòu)成電化學(xué)電池；低電位者為電池的陽(yáng)極，主要發(fā)生氧化反應(yīng)；高電位者為陰極，主要發(fā)生還原反應(yīng)。由于陽(yáng)極和陰極之間存在著電位差，外部電連接的陽(yáng)極和陰極之間將有電流流過(guò)電池，從而加速了陽(yáng)極的腐蝕，同時(shí)抑阻陰極的腐蝕，使陰極金屬獲得陰極保護(hù)。

　　極化曲線和極化圖方面

　　根據(jù)混合電位理論，金屬表面上局部陽(yáng)極和局部陰極通過(guò)各自的極化而匯聚至一個(gè)共同的混合電位，即金屬的自腐蝕電位Ecorr；此時(shí)局部陽(yáng)極的氧化反應(yīng)速度與局部陰極的還原反應(yīng)速度相等，即等于金屬的自腐蝕電流icorr，如圖1所示。圖中給出了鐵在中性水溶液中的局部陽(yáng)極的真實(shí)極化曲線（Ee,aFPSA’）和局部陰極的真實(shí)極化曲線（Ee,cSMBD），以及該體系的實(shí)驗(yàn)的陽(yáng)極極化曲線（EcorrA）和陰極極化曲線（EcorrGOBB’）。

　　陰極極化至任一電位時(shí)的外加負(fù)電流都等于此時(shí)極化后的局部陰極還原反應(yīng)電流ic與局部陽(yáng)極氧化反應(yīng)電流ia之差。當(dāng)陰極極化使金屬電極電位負(fù)移至局部陽(yáng)極反應(yīng)的平穩(wěn)電位Ee,a時(shí)，外加極化電流幾乎就等于局部陰極電流，因?yàn)榇藭r(shí)的局部陽(yáng)極電流已可予以忽略不計(jì)，當(dāng)然此時(shí)鐵上腐蝕也就被完全抑阻了，即獲得了完全陰極保護(hù)。

　　電位-pH圖方面

　　電位-pH圖是從熱力學(xué)說(shuō)明陰極保護(hù)的理論基礎(chǔ)。圖2是根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算獲得的Fe-H2O系電位-pH圖?？梢钥闯?，在pH=6~7的中性水中，鐵呈活化腐蝕狀態(tài)；通過(guò)外加負(fù)電流的陰極極化，可使鐵的電極電位從腐蝕區(qū)進(jìn)入免蝕區(qū)。對(duì)鐵，這是一個(gè)熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)，金屬腐蝕停止，即此時(shí)鐵獲得了陰極保護(hù)。

　　金屬界面反應(yīng)玘陰極保護(hù)的圖解說(shuō)明

　　圖3給出了鐵在NaCl水溶液（或土壤）中于金屬界面處發(fā)生的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過(guò)程，以及陰極保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)鎂陽(yáng)極或外電源產(chǎn)生的外加負(fù)電流對(duì)這些反應(yīng)過(guò)程的作用影響，說(shuō)明了各種反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)和反應(yīng)產(chǎn)物的存在和傳遞。由于陰極保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)犧牲陽(yáng)極或外電源，能對(duì)金屬提供足夠量的電子（施加所需的負(fù)電流），使金屬界面呈負(fù)電性和達(dá)到足夠負(fù)的電極電位，從而抑阻氧化反應(yīng)（Fe→Fe2++2e）；此時(shí)還原反應(yīng)所需電子完全從犧牲陽(yáng)極或外電源獲得。由此實(shí)現(xiàn)了陰極保護(hù)，停止了金屬的腐蝕過(guò)程。