5.4. Электрохимическая защита

Скорость электрохимической коррозии может быть существенно уменьшена путем поляризации металлических конструкций. Защитный эффект достигается в различных случаях катодной или анодной поляризацией, в связи с чем выделяют два вида электрохимической защиты - анодную и катодную защиту. При этом поляризация обеспечивается либо источником постоянного тока, либо присоединением электрода (протектора), обладающего потенциалом, существенно отличающимся от потенциала защищаемого металла.

Уменьшение скорости коррозии за счет анодной поляризации возможно лишь при условии анодного пассивирования защищаемого металла в отсутствие влияния активирующих факторов. В этой связи анодная защита более эффективна, по отношению к легко пассивирующимся металлам в средах, свободных от активирующих ионов Н⁺, Сl^- и др.

Для осуществления анодной защиты необходимо иметь следующие данные (рис.5.4): Е_х – потенциал коррозии металла в данной среде; Е_кр и i_кр - критические значения потенциала и плотности тока пассивации; Е_пп = Е_з и i_пп = i_з - потенциал и плотность тока полной пассивации, равные соответствующим параметрам защиты;

ΔЕ_пп = ΔЕ_з= Е_пп - Е_х- защитный сдвиг потенциала; Е_пт и Е_пр - потенциалы питтингообразования и перепассивации, определяющие протяженность области устойчивой пассивности по потенциалу.

Рис. 5.4. Анодная поляризационная кривая пассивирующихся металлов: 1- область катодной защиты, 2 – область анодной защиты.

Важной характеристикой является время, необходимое для формирования пассивирующей пленки и перевода металла в пассивное состояние путем изменения потенциала от потенциала коррозии Е_х до Е_пп.

При анодной защите обеспечивается пассивность углеродистых, хромоникелевых и некоторых других сталей, а также титановых сплавов в серной и фосфорной кислотах, различных сталей в щелочах, азотной и сульфаминовой кислотах.

Катодная защита металлов, является более разработанным способом борьбы с электрохимической коррозией. Смещение потенциала в отрицательном направлении приводит к ослаблению работы локальных анодов или их полному подавлению по достижении потенциала полной защиты, равному обратимому потенциалу металлу в данных условиях (рис.5.5). Для защиты сплава его поверхность необходимо заполяризовать до обратимого потенциала его наиболее отрицательной анодной составляющей. При этом растворявшиеся участки металла утрачивают свои анодные функции, и анодный процесс локализуется на дополнительном электроде, обеспечивающем катодную поляризацию.

Рис.5.5. Коррозионная диаграмма, катодной защиты металла с помощью анодного протектора: B – анодная, L – катодная кривые железного электрода; М – анодная кривая протектора; N – общая анодная кривая. .

Эффективность электрохимической защиты характеризуется величиной защитного эффекта Z:

Z= %, (5.17)

где К₁, и К₀ - показатели скорости коррозии с защитой и без нее, соответственно, и коэффициентом защитного действия К_Z:

К_Z= , г/А^.ч, (5.18)

где Δm₁ и Δm₀, (г/м²) - убыль массы металла при коррозии с наложением поляризации и в естественных условиях, i - плотность внешнего поляризующего тока, А/м².

При использовании в качестве источника поляризации элект­рода - протектора с отличающимся потенциалом, его работа оцени­вается также выходом тока (1/С_практ ) и коэффициентом полезного действия η ^. (1/С_практ), и определяется из соотношений:

= , (5.19)

где С_практ - практический электрохимический эквивалент металла протектора, г/А^.час, связанный с током протектора i и изменением массы протектора за время τ – Δm_п. Теоретический выход тока равен величине, обратной значению электрохимического эквивалента металла-протектора. Отношение практического выхода к теоретическому представляет собой КПД. протектора, выраженный в процентах:

η= ( )/( ), (5.20)

Длительность работы протектора может быть рассчитана по формуле (5.19) и известным значениям характеристик С_практ и i с заменой Δm_п на общую массу закладываемого протектора.

Принципиальные электрические схемы анодной и катодной защиты внешним током различаются лишь полярностью подключения источника постоянного тока к защищаемому металлу и вспомогательному электроду. При протекторной защите защищаемый металл подключается непосредственно к протектору.