[基础知识] 阴极保护

牺牲阳极

带有不同电位的两种金属电子上相连会导致较贱的一种被腐蚀。我们可以利用这一原理，通过牺牲一种金属来保护另一种金属，从而达到防腐的目的。将我们想要保护的金属连接在合适的阳极上，只要阳极不被耗尽（溶解），我们就能够达到保护第一种金属的目的。这种阳极被命名为牺牲阳极，而得到保护的金属则为阴极。换句话说，我们就是利用了原电池来实现对阴极的保护，我们通常称之为阴极保护（或CP）。

用于作为阳极的低电位金属通常为锌、铝或镁，而以锌为主。镁通常用于舱室内表面锈迹的剥离，也就是作为剥离阳极。镁不能长期安装于用来运输易燃液体的货舱内，否则若阳极发生坠落，产生的火花可能引发爆炸。

牺牲阳极的成分非常重要，这是因为必须确保阳极表面不会产生钝化层。镁阳极不存在这一问题，我们在镁合金中加入锌（约3%）和铝（约6%），是为了提高电流密度，而不是为了避免钝化。

要使锌阳极有效，应尽可能降低其中的含铁量，上限为0.0014%。典型锌阳极的含铁量仅为0.0003%。为了避免对阳极造成干扰，固定条（铁制）通常为镀锌的。除了铁，锌阳极可能含有0.5 - 1.0%的铝和0.2 - 0.5%的铬。部分锌阳极还可能含有约0.1%的汞。

由于铝容易发生钝化，因此在生产有效铝阳极方面开展了不少重要工作。通常会在铝中加入约5.0 - 7.0%的锌和0.2 - 0.5%的锡。有时也会加入0.1%的汞。合金颗粒大小和结构的正确与否也非常重要，而这是通过一种非常特殊的热处理而实现的。

锌或铝的牺牲阳极通常都是自动调节型的。所发现的过度保护仅限于紧邻阳极的周边地区，表现为涂层的起泡和钙质沉淀。涂料系统的起泡可以通过在受影响区域喷涂干膜厚度至少为500 μm的环氧漆来加以控制。有时这被称为阳极保护层（anode shield）。

锌和铝的应用几乎同样广泛，而且两者都被用于船只的水下壳体和舱室。锌阳极的使用可以毫无限制，而铝阳极不能安装在船舱内高于（掉落时）能够产生30kpm以上的动能的位置。这也就是说15公斤的铝阳极不能安装在舱室内2米以上的地方。

用牺牲阳极来实现阴极保护，重要的是要确保阳极和钢材之间完全的金属接触。不论是就金属的直接接触，还是防止阳极掉落的安全性来说，焊接都要优于其它类型的固定方法。

外加电流

通过牺牲阳极实现阴极保护，就要让带负电的电流从阳极经由导体流到船只的钢制母板（阴极）上。同时一股带正电的电流则流经海水（电解质），从而形成有方向的封闭电流。保护就取决于电流，我们也可以用电池或者其它来源的电流来代替贱金属。

这样船只的壳体就可以连接在直接电流的负极上，而将一个阳极连接在正极上。而生铁、石墨、银或者镀铂的钛常被用作阳极材料。这样的系统被称为外加电流（或者IP）系统。

IP是用于保护水中和潮湿土壤中的钢材的，典型的例子就是管线、地桩、地下水池、船只的水下壳体、浮船坞以及桥墩。将IP用于航行的船只时，往往会将阳极嵌入壳体，用塑胶化合物使阳极与壳体绝缘，一般还会在阳极周围涂敷一个直径为3-7米（取决于其大小）的阳极保护层。在这里，阳极保护层的厚度必须在1500μm以上，因此通常使用塑料材料来替代涂料。

阳极是沿船体两侧按适当的间隔平均分布的，并设置了参比电池（锌或银/氯化银）。这些也是与壳体中的钢结构绝缘的，通过它们可以监测保护的程度，并根据需要增减所释放的电流（通过自动装置）。

IP系统最大的问题是所谓的杂散电流。电流将选择电阻最小的路径，而如果金属位于电流流经的路径的话，电流将从水中进入金属。如带正电的电流流入金属就就形成阴极，而带正电的电流流出的金属就形成阳极，并将发生分解。杂散电流可能在船只进行焊接或者船只的外加电流与桥墩的外加电流相互妨碍时产生。

阴极保护的测定

将一块连接着电导线的锌电池放入海面下1-2米处靠近船只水下壳体的地方。导线连接在毫伏计的正极上，而毫伏计的负极连接着船只的外壳（已接地）。必须确保正确接地。

为了确保测定的准确性，海水的盐分必须大于1%。

如果毫伏计的读数在-250 mV到0 mV之间时，说明船只的水下壳体得到了锌阳极或者铝阳极的充分保护。读数在+300mV到+400mV之间则说明阴极保护不充分。读数在+200mV到0mV之间说明壳体的保护略微过度。电压可能沿壳体发生变化，因此至少应该在船体两侧各测定3次（分别在船头、船中央和船尾）。

请注意：

电压在+500mV到0mV之间时可能在钢制基底表面和涂料层之间的界面产生碱性（OH-基团）。这就意味着含有油分的油漆涂料不能用于实施阴极保护的船只的水下壳体。