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　陰極保護原理

　　對被保護金屬施加負電流，通過陰極極化使其電極電位負移至金屬的平穩(wěn)電位，從而抑阻金屬腐蝕的保護方法稱為陰極保護。

　　陰極保護是一種控制金屬電化學(xué)腐蝕的保護方法。在陰極保護系統(tǒng)構(gòu)成的電池中，氧化反應(yīng)集中發(fā)生在陽極上，從而抑阻了作為陰極的被保護金屬上的腐蝕。陰極保護是一種基于電化學(xué)腐蝕原理而發(fā)展的一種電化學(xué)保護技術(shù)?？蓮碾姌O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)。由于陽極和陰極之間存在著電位差，外部電連接的陽極和陰極之間將有電流流過電池，從而加速了陽極的腐蝕，同時抑阻陰極的腐蝕，使陰極金屬獲得陰極保護。

　　極化曲線和極化圖方面

　　根據(jù)混合電位理論，金屬表面上局部陽極和局部陰極通過各自的極化而匯聚至一個共同的混合電位，即金屬的自腐蝕電位Ecorr；此時局部陽極的氧化反應(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極的真實極化曲線（Ee,aFPSA’）和局部陰極的真實極化曲線（Ee,cSMBD），以及該體系的實驗的陽極極化曲線（EcorrA）和陰極極化曲線（EcorrGOBB’）。

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

　　電位-pH圖方面

　　電位-pH圖是從熱力學(xué)說明陰極保護的理論基礎(chǔ)。圖2是根據(jù)熱力學(xué)計算獲得的Fe-H2O系電位-pH圖。可以看出，在pH=6~7的中性水中，鐵呈活化腐蝕狀態(tài)；通過外加負電流的陰極極化，可使鐵的電極電位從腐蝕區(qū)進入免蝕區(qū)。對鐵，這是一個熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)，金屬腐蝕停止，即此時鐵獲得了陰極保護。

　　金屬界面反應(yīng)玘陰極保護的圖解說明

　　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)過程，以及陰極保護系統(tǒng)通過鎂陽極或外電源產(chǎn)生的外加負電流對這些反應(yīng)過程的作用影響，說明了各種反應(yīng)質(zhì)點和反應(yīng)產(chǎn)物的存在和傳遞。由于陰極保護系統(tǒng)通過犧牲陽極或外電源，能對金屬提供足夠量的電子（施加所需的負電流），使金屬界面呈負電性和達到足夠負的電極電位，從而抑阻氧化反應(yīng)（Fe→Fe2++2e）；此時還原反應(yīng)所需電子完全從犧牲陽極或外電源獲得。由此實現(xiàn)了陰極保護，停止了金屬的腐蝕過程。