Гальванический анод

Гальванический анод является основным компонентом системы гальванической катодной защиты, используемой для защиты подземных или подводных металлических конструкций от коррозии .

Они сделаны из металлического сплава с более «активным» напряжением (больший отрицательный восстановительный потенциал / больший положительный электрохимический потенциал ), чем металл структуры. Разница в потенциале между двумя металлами означает, что гальванический анод корродирует, так что материал анода расходуется в большей степени, чем конструкция.

Потеря материала анода приводит к появлению альтернативного названия жертвенного анода .

Вкратце, коррозия - это химическая реакция, происходящая по электрохимическому механизму ( окислительно-восстановительная реакция ). ^[1] Во время коррозии происходят две реакции: окисление, когда электроны покидают металл (и приводит к фактической потере металла), и восстановление, где электроны используются для превращения воды или кислорода в гидроксиды. ^[2]

${\displaystyle {\mathsf {Fe\longrightarrow \ Fe^{2+}+2e^{-};}}}$

${\displaystyle {\mathsf {O_{2}+2H_{2}0+4e^{-}\longrightarrow \ 4OH^{-};}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O+2e^{-}\longrightarrow \ H_{2}+2OH^{-};}}}$

В большинстве сред гидроксид-ионы и ионы двухвалентного железа образуют гидроксид двухвалентного железа , который в конечном итоге становится хорошо знакомой коричневой ржавчиной: ^[3]

${\displaystyle {\mathsf {Fe^{2+}+2OH^{-}\longrightarrow \ Fe(OH)_{2};}}}$

Когда происходит коррозия, происходят реакции окисления и восстановления, и на поверхности металла образуются электрохимические элементы, так что некоторые области становятся анодными (окисление), а некоторые — катодными (восстановление). Электроны текут из анодных областей в электролит по мере коррозии металла. И наоборот, когда электроны текут из электролита в катодные зоны, скорость коррозии уменьшается. ^[4] (Поток электронов находится в направлении, противоположном потоку электрического тока ).

По мере того как металл продолжает корродировать, локальные потенциалы на поверхности металла будут меняться, а анодная и катодная области будут меняться и двигаться. В результате в черных металлах по всей поверхности образуется общее покрытие из ржавчины, которое в конечном итоге будет поглощать весь металл. Это скорее упрощенный взгляд на процесс коррозии, потому что он может происходить в нескольких различных формах. ^[5]

Катодная защита работает, вводя другой металл (гальванический анод) с гораздо более анодной поверхностью, так что весь ток будет течь от введенного анода, и металл, который должен быть защищен, станет катодным по сравнению с анодом. Это эффективно останавливает реакции окисления на поверхности металла, передавая их на гальванический анод, который будет принесен в жертву в пользу защищаемой конструкции. ^[6]

Чтобы это работало, между анодом и защищаемым металлом (например, проволокой или прямым контактом) должен быть путь электронов, а также путь ионов между окислителем (например, водой или влажной почвой) и анодом, и между окислителем и металлом, подлежащему защите, таким образом образуя замкнутый контур; поэтому простое приклеивание части активного металла, такого как цинк, к менее активному металлу, такому как мягкая сталь, в воздухе (плохой проводник и, следовательно, отсутствие замкнутой цепи) не обеспечит никакой защиты.

В качестве гальванических анодов используются три основных металла: магний, алюминий и цинк. Все они доступны в форме блоков, прутов, листов или штампованной ленты. Каждый материал имеет свои преимущества и недостатки.