牺牲阳极保护法是基于原电池原理。将被保护的金属与一种电极电位更负(更活泼)的金属相连,在电解质环境中形成原电池。活泼金属(牺牲阳极)作为阳极会优先失去电子发生氧化反应,如锌、镁、铝等金属常用于作为牺牲阳极。例如,在海水中用锌块保护钢铁船体,锌块(阳极)发生反应,而钢铁(阴极)得到保护,主要是氧气得电子的还原反应。
外加电流保护法基于电解原理。将被保护的金属与直流电源的负极相连,作为阴极;另找一不溶性辅助阳极(如石墨、高硅铸铁等)与电源的正极相连。在电解质溶液中,通过外加直流电源,使大量电子被强制流向被保护金属,使其表面产生负电荷积累,抑制金属失去电子的氧化反应。例如,在保护地下埋地金属管道时,管道连接电源负极,电源正极连接辅助阳极,当接通电源后,管道表面就会聚集电子,防止管道被腐蚀。
设备组成方面
牺牲阳极保护法主要由牺牲阳极材料(如锌、镁、铝及其合金)和连接被保护金属与牺牲阳极的导线组成。牺牲阳极材料直接安装在被保护金属结构附近,通过物理连接(如焊接或螺栓连接)与被保护金属构成导电通路。
外加电流保护法包括直流电源、辅助阳极、参比电极和导线。直流电源提供稳定的直流电;辅助阳极用于将电流引入电解质溶液,并且自身在电解过程中不被快速消耗(像高硅铸铁阳极、石墨阳极等);参比电极用于监测被保护金属的电位,以便准确控制外加电流的大小,确保保护效果。
保护范围方面
牺牲阳极保护法保护范围相对较小。其保护半径通常在数米以内,主要取决于牺牲阳极材料的种类、大小、被保护金属所处的电解质环境等因素。因为牺牲阳极输出的电流有限,随着距离的增加,保护效果会逐渐减弱。
外加电流保护法保护范围较大。通过合理设计辅助阳极的布局和调节外加电流的大小,可以对大面积的金属结构进行保护。例如,对于长距离的地下管道,通过沿线布置多个辅助阳极,能实现对管道长达数公里甚至数十公里的有效保护。
应用场景方面
牺牲阳极保护法适用于保护小型或分散的金属结构,以及对电位分布要求不高的场合。如小型的热交换器、储水罐内部的局部保护,还有一些难以连接外加电源的设备(如海上的小型浮标)等。
外加电流保护法适合大型的、连续的金属结构的长期保护。如大型的地下金属管道网络、大型桥梁的基础结构以及港口的大型码头设施等,这些场合需要大面积、高精度的腐蚀控制。
