Катодная защита металлов от коррозии¶

Катодная защита металлов от коррозии — электрохимический метод защиты металлических конструкций от коррозионного разрушения, при котором защищаемая поверхность принудительно превращается в катод коррозионного элемента. Метод основан на том, что растворение металла (анодный процесс) происходит только при оттоке электронов, а при достаточном поступлении электронов извне потенциал металла смещается в отрицательную сторону и скорость его ионизации падает практически до нуля. Катодная защита применяется для подземных трубопроводов, морских сооружений, резервуаров, свай и других металлоконструкций, находящихся в контакте с электролитами — грунтом, морской или пресной водой.

¶Физико-химические основы

Коррозия металла в электролите протекает как совокупность двух сопряжённых реакций: анодной (переход металла в раствор в виде ионов с высвобождением электронов) и катодной (восстановление окислителя, чаще всего кислорода или ионов водорода). Электроны, освобождаемые на анодных участках, перетекают к катодным, замыкая процесс.

Если к конструкции подвести внешний ток так, чтобы весь её потенциал оказался ниже потенциала свободной коррозии, анодные участки исчезают — вся поверхность становится катодной. Существует критерий защиты: потенциал металла должен быть смещён на 100–300 мВ в отрицательную сторону от стационарного значения. Для стали в грунте обычно ориентируются на защитный потенциал около −0,85 В по медно-сульфатному электроду сравнения.

¶Способы реализации

Различают два основных способа катодной защиты.

• Гальваническая (протекторная) защита. К конструкции подключают металл с более отрицательным потенциалом — протектор (анод), который растворяется вместо защищаемого объекта. Применяются магниевые, алюминиевые и цинковые сплавы. Источник тока не требуется, что удобно для удалённых объектов, но мощность ограничена.
• Защита внешним током (электродренажная). К конструкции через специальный анодный заземлитель подводится ток от внешнего источника — выпрямителя, преобразующего переменный ток сети. Это позволяет защищать протяжённые объекты и регулировать силу тока, но требует электроснабжения и обслуживания.

¶Области применения

Катодная защита используется в первую очередь там, где металл контактирует с агрессивной проводящей средой и где нанесение покрытий недостаточно эффективно:

• магистральные и промысловые трубопроводы, в том числе проложенные под землёй и по дну водоёмов;
• корпуса судов, портовые сооружения, сваи, причалы;
• днища и внутренние поверхности резервуаров, теплообменников;
• металлические оболочки кабелей, подземные ёмкости и фундаменты.

Часто метод сочетают с изоляционными покрытиями: покрытие снижает требуемый ток защиты, а катодная защита предохраняет металл в местах повреждения изоляции.

¶Ограничения и взаимодействие с другими методами

Катодная защита эффективна лишь в проводящей среде; в атмосфере, где нет сплошного электролита, она неприменима. Возможны побочные эффекты: перезащита вызывает выделение водорода и охрупчивание металла, а блуждающие токи способны ускорять коррозию соседних незащищённых конструкций. Поэтому режим защиты рассчитывают и контролируют с помощью измерений потенциала.

Метод дополняет другие способы борьбы с коррозией — защитные покрытия, ингибиторы, легирование, — но не заменяет их полностью. Наиболее рационально комплексное применение, при котором покрытие и катодная поляризация действуют совместно.