阴极保护和阳极保护的基本原理

阴极保护是一种用于防止金属在电解质中发生腐蚀的电化学保护方法，其核心原理是通过外部手段使被保护金属成为阴极，从而降低其腐蚀速率。

·腐蚀的电化学本质：金属在电解质环境中发生腐蚀是一个电化学过程。当金属与电解质接触时，金属表面会形成许多微小的原电池。在这些原电池中，金属的某些部位成为阳极，发生氧化反应，金属原子失去电子变成金属离子进入溶液，导致金属被腐蚀；而另一些部位则成为阴极，发生还原反应。例如，铁在潮湿的空气中生锈，铁表面的不同区域会形成原电池，铁作为阳极失去电子变成亚铁离子，氧气在阴极得到电子与水反应生成氢氧根离子，亚铁离子与氢氧根离子进一步反应生成氢氧化亚铁，最终被氧化成铁锈。

·阴极保护的实现方式

o牺牲阳极法：在被保护的金属结构上连接一种电位更负的金属或合金作为阳极，如镁、锌及其合金。由于这些阳极金属的电位比被保护金属更负，在形成的原电池中，阳极金属成为负极，被保护金属成为正极。阳极金属不断地发生氧化反应，失去电子，为被保护金属提供电子，使被保护金属表面的电子富集，电位降低，从而抑制了被保护金属的氧化反应，达到保护的目的。例如，在地下埋地的钢管上连接锌块，锌块作为牺牲阳极不断溶解，为钢管提供电子，防止钢管腐蚀。

外加电流法：通过外加直流电源，将电源的负极连接到被保护金属上，使被保护金属成为阴极；电源的正极连接到辅助阳极上，辅助阳极通常采用不溶性或微溶性的材料，如石墨、高硅铸铁等。当电源接通后，电流从电源正极流出，通过电解质到达辅助阳极，再从辅助阳极经过电解质流向被保护金属，最后回到电源负极。这样，被保护金属表面得到电子，电位降低，抑制了金属的氧化反应，实现了对金属的保护。例如，在大型的海洋平台、船舶等金属结构上，常采用外加电流法进行阴极保护。阳极保护的基本原理阳极保护是另一种电化学保护方法，它是通过外加阳极电流使金属表面生成一层钝化膜，从而降低金属的腐蚀速率。

·金属的钝化现象：某些金属在特定的环境条件下，当受到阳极极化时，其表面会发生变化，从活性溶解状态转变为钝化状态。在钝化状态下，金属表面形成一层致密、稳定的氧化膜，这层氧化膜具有很高的电阻，能够阻止金属离子的进一步溶解，从而大大降低了金属的腐蚀速率。例如，铁在浓硝酸中会发生钝化现象，表面形成一层致密的四氧化三铁氧化膜，使铁的腐蚀速率显著降低。

·阳极保护的实施过程

o确定钝化区间：要实现阳极保护，首先需要确定金属在特定环境中的钝化区间。通过测量金属的阳极极化曲线，可以得到金属的电位与电流密度之间的关系。在极化曲线上，可以找到三个重要的区域：活性溶解区、钝化过渡区和钝化区。在活性溶解区，金属正常溶解，腐蚀速率较高；在钝化过渡区，金属开始向钝化状态转变；在钝化区，金属处于钝化状态，腐蚀速率极低。只有将被保护金属的电位控制在钝化区内，才能实现有效的阳极保护。

o施加阳极电流：在确定了钝化区间后，通过外加直流电源向被保护金属施加阳极电流，使金属的电位升高到钝化区内。随着电流的施加，金属表面逐渐形成钝化膜。当金属进入钝化状态后，所需的维持电流密度很小，只要保持金属的电位在钝化区内，就能维持钝化膜的稳定性，从而实现对金属的长期保护。例如，在一些化工设备中，如不锈钢反应釜，可采用阳极保护的方法，通过施加适当的阳极电流，使反应釜内壁的不锈钢表面形成钝化膜，防止介质对反应釜的腐蚀。