Что такое поляризация металла

Обновлено: 22.01.2025

Поляризация электрохимическая — отклонение потенциала электрода от равновесного значения.

Содержание

Физическая химия процессов при поляризации

Феноменология

На электроде гальванического элемента, находящемся в равновесии, постоянно протекают химические реакции (см. Ток обмена). Если начать поляризацию электрода (например, повышая или понижая его потенциал, что вызывает прохождение электрического тока через границу раздела электрод — раствор), то, после определённого периода протекания неравновесных процессов, строение двойного электрического слоя изменится. При этом, в соответствии с поляризационной кривой, изменится и электродный потенциал рассматриваемого электрода. Отклонение потенциала от равновесного под действием внешнего потенциала (или при протекании тока) называется электрохимической поляризацией электрода.

Величина отклонения потенциала электрода от равновесного значения называется перенапряжением. Исследование перенапряжения позволяет понять механизмы электрохимических реакций в данной системе. Оно проводится с помощью потенциостатов, также используется осциллография, метод вращающегося дискового электрода.

Природа поляризации

Поляризация связана с торможением тех или иных процессов на электроде:

диффузионное перенапряжение связано с медленной диффузией ионов и др. веществ в зоне электрода
перенапряжение замедленного разряда обусловлено медленностью собственно электрохимической стадии разряда ионов на электроде

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Электрохимическая поляризация" в других словарях:

электрохимическая поляризация — [electrochemical polarization] отклонение электродного потенциала от стационарного потенциала, который электрод приобретает в отсутствие внешнего тока. Электрохимическая поляризация измеряется в вольтах (милливольтах). Если отклонение… … Энциклопедический словарь по металлургии

электрохимическая поляризация — elektrocheminė poliarizacija statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrodo potencialo pokytis, kurį lemia elektros krūvio pernaša. atitikmenys: angl. electrochemical polarization rus. электрохимическая поляризация … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Электрохимическая поляризация — см. Поляризация электрохимическая … Большая советская энциклопедия

поляризация света — [polarization of light] одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии разных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). Поляризацией света… … Энциклопедический словарь по металлургии

поляризация частиц — [polarization of particles] характеристика состояния частиц, связанная наличием у них собственного момента количества движения спина. Понятие поляризации частиц близко к поляризации света. Плоские световые волны с определенной частотой,… … Энциклопедический словарь по металлургии

Поляризация — [polarization] (от греческого polos ось, полюс) Смотри также: электрохимическая поляризация поляризация света поляризация частиц … Энциклопедический словарь по металлургии

Поляризация — (франц. polarisation, первоисточник: греч. pólos ось, полюс) процессы и состояния, связанные с разделением каких либо объектов, преимущественно в пространстве. Поляризация вакуума Поляризация волн Поляризация электромагнитных волн… … Википедия

Поляризация электрохимическая — отклонение потенциала электрода от равновесного значения. Содержание 1 Физическая химия процессов при поляризации 1.1 Феноменология … Википедия

ПОЛЯРИЗАЦИЯ — Приобретение или потеря полярности. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ПОЛЯРИЗАЦИЯ лат. polarisatio, от polus. Изменение свойств света при его отражении или преломлении. Объяснение 25000 иностранных… … Словарь иностранных слов русского языка

Электрохимическая защита трубопроводов — (a. electrochemical protection of pipeline; н. elektrochemischer Schutz von Rohrleitungen; ф. protection electrochimique des tuyauteries, traitement electrochimique des conduites; и. proteccion electroquimica de tuberia) анодная или… … Геологическая энциклопедия

Поляризация и деполяризация при коррозии

Поляризацией называется изменение потенциалов электродов при протекании электрического тока, а также процессы, приводящие к уменьшению скорости коррозии за счет изменения потенциалов, а, следовательно, и снижению коррозионного тока. Когда цепь между катодом и анодом разомкнута (до момента времени τ₁, рисунок 1), катод и анод имеют значения потенциалов φ_к 0 и φ_a 0 соответственно - это равновесные или стационарные потенциалы. После замыкания цепи (после τ₁) между анодом и катодом начинает протекать электрический ток и потенциалы катода и анода изменяются до значений φ_к итφ_a. Разность потенциалов при этом изменяется от Е 0 до Е. Смещения потенциалов анода и катода составляют ΔЕ_a и ΔЕ_k - анодная и катодная поляризация. В результате поляризации скорость коррозии падает, потенциал анода становится менее отрицательным, а потенциал катода менее положительным, разность потенциалов падает и ток коррозии уменьшается.

Рисунок 1 - схема изменения потенциалов катода и анода после замыкания цепи

Причиной поляризации является торможение (маленькая скорость) одной или нескольких составляющих процесса электрохимической коррозии. В результате скорость накопления отрицательных зарядов на аноде или положительных на катоде становится меньше скорости перехода электронов от анода к катоду и потенциалы анода и катода изменяются. Поскольку скорость всего процесса определяется скоростью самой медленной (лимитирующей) стадией, то в результате поляризации скорость коррозии в целом замедляется. Анодная поляризации (торможение анодного процесса) может быть вызвана медленным выходом ионов металла в раствор (лимитирует химическая реакция), образованием на поверхности металла защитной оксидной пленки или медленным отводом ионов металла от поверхности, что затрудняет выход следующих (лимитирует диффузия). Катодная поляризации (торможение катодного процесса) может быть вызвана маленькой скоростью окисления катионов или молекул раствора на поверхности металла (лимитирует химическая реакция) или медленным подводом кат ионов или молекул раст вора к поверхности катода и отводом продукгов восстановления от катода в раствор (лимитирует диффузия).
Деполяризацией называются явления, способствующие увеличению скорости коррозионных процессов и соответственно уменьшению поляризации электродов. Вещесгва, уменьшающие поляризацию называются деполяризаторами. Наиболее распространенными катодными деполяризаторами являются водород и кислород - основные окислители в растворах. Коррозия с участием ионов водорода возможна в случае, когда равновесный потенциал металла отрицательнее равновесного потенциала водородного электрода в данных условиях. Деполяризующее действие будет оказывать увеличение содержания в растворе водорода. Коррозия с участием молекул кислорода - наиболее распространенный случай. Деполяризующее действие будет оказывать увеличение содержания в растворе кислорода. Деполяризующее действие будут также оказывать растворение защитной оксидной пленки и все факторы, облегчающие доступ окислителей к поверхности металла, например, перемешивание.

Поляризация металлической частицы Текст научной статьи по специальности «Физика»

Проанализировано влияние столкновений электронов с атомами решетки в металле на поляризацию металлической частицы в переменном электрическом поле. Показано, что в отличие от бесстолкновительного (свободного) электронного газа, в релаксационных металлических частицах увеличение отрицательной электронной диэлектрической проницаемости с уменьшением частоты электрического поля ограничивается временем релаксации проводимости. Показано, что в релаксационном металле плазменная частота возникает только если время диэлектрической релаксации меньше времени свободного пробега в металле.

Текст научной работы на тему «Поляризация металлической частицы»

ПОЛЯРИЗАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЫ

При помещении металлической частицы в переменное электрическое поле наряду с эффектами проводимости возникает эффект поляризации металлической частицы, что проявляется в возникновении эффективной диэлектрической проницаемости [1, 2, 4]. Рассматривается эффект поляризации прямоугольной металлической частицы в переменном электрическом поле. Предполагается, что размер частицы с1 превышает длину свободного пробега электрона.

Известно, что если поместить металлический образец в постоянное электрическое поле, то в образце произойдет перемещение электронов в сторону положительного полюса источника поля. На концах металлического образца возникнут заряды, электрическое поле которых в образце будет направлено против внешнего поля, т. е. произойдет поляризация образца. Электрическое поле зарядов, возникших на противоположных поверхностях образца, скомпенсирует внешнее поле, и в образце электрическое поле будет отсутствовать. Поляризованный образец в целом останется нейтральным, так как поверхностные заряды равны по величине и противоположны по знакам.

Возникшую поляризацию образца можно уничтожить, если соединить проводом поверхностные заряды. При этом поверхностные заряды нейтрализуются, и образец перестает быть поляризованным, что эквивалентно разрядке одиночного заряженного конденсатора через внешнюю цепь.

При наличии внешней цепи, содержащей источник ЭДС, соединяющей противоположные концы образца, поляризация будет непрерывно возникать и поляризационные заряды, также непрерывно, будут нейтрализоваться (стекать).

Таким образом, наличие внешней сторонней силы вызывает непрерывную нейтрализацию поляризационных зарядов образца, которые замыкаются (нейтрализуются) через внешнюю цепь, и во внешней цепи возникает постоянный ток, который по своей природе, является поляризационным.

Действительно, вектор поляризации электрона р = —ех. В переменном электри-

ческом поле производная вектора поляризации — = -е-— = —ег;, т. е. является

элементарным током, создаваемым одним электроном. При концентрации электронов

п производная вектора поляризации Р единицы объема —— = —еуп = т. е. равна

плотности электрического тока.

Так как производная вектора поляризации в переменном поле эквивалентна плотности тока, то для рассмотрения возникновения поляризации проводника в переменном электрическом поле воспользуемся уравнением движения электронов под действием переменного электрического поля Е = Еое1ш1 в виде:

где V - мгновенная скорость электрона, т - масса электрона, г - время свободного пробега электрона. Второй член в уравнении означает импульс, отдаваемый электроном решетке при столкновении за время свободного пробега т. Будем искать решение этого уравнения в виде

Подставляя V в уравнение (1), получим для мгновенной скорости соотношение

Согласно определению, плотность электронного тока j = —еуп. Поэтому

Освободившись от комплексности в знаменателе, получим, что плотность тока может быть представлена в виде

1+и>2т2 1 4- со2т2

Таким образом, проводимость У оказывается комплексной величиной и может быть представлена в виде действительной компоненты

1 +о;2т2 и мнимой компоненты

В то же время известно, что в случае, когда в проводнике действует переменное электрическое поле, полная плотность тока является суммой, состоящей из тока проводимости и максвелловского тока смещения, плотность которого, согласно уравнениям Максвелла

. _ е0 дЕ ]т = 4ж~дТ'

где Со - микроскопическая диэлектрическая проницаемость металла. В переменном иоле

Е = Е0егш1 плотность максвелловского тока смещения ¿л = г-Е. Поэтому полная

Поскольку е2пт/гп = а0 - электропроводность на постоянном токе, то выражение для полной плотности тока можно представить в виде:

11 -(- и;2т2 4х V 1 +о;2г2. Второй член в круглых скобках имеет размерность диэлектрической проницаемости, обусловленной подвижными электронами. Следовательно, эффективная диэлектриче екая проницаемость металла в переменном электрическом поле с частотой и определяется выражением

При этом действительная компонента проводимости в переменном поле

На малых частотах, когда шт «С 1, т. е. когда период колебаний Т значительно превышает время свободного пробега г, проводимость не зависит от частоты и совпадает с проводимостью на постоянном токе а0. Напротив, на высоких частотах, когда и>т > 1, проводимость уменьшается с увеличением квадрата частоты и приобретает вид, описывающийся известной формулой Друде для высокочастотной (оптической) проводимости

Из выражения (4) следует, что с увеличением частоты переменного поля происходит уменьшение вклада электронов в диэлектрическую проницаемость бо, и на достаточно высоких частотах, при которых ит 1, вклад свободных электронов в диэлектрическую проницаемость е0 перестает зависеть от времени свободного пробега электрона т, и при частоте ш —> оо стремится к нулю, так что с —♦ б0.

В области низких частот, когда и>т «С 1, в частности при частоте ш —> 0, эффективная диэлектрическая проницаемость е —► бо — 47гсг0т и становится отрицательной, если 47ГСГ0Т > б0.

Возникновение отрицательной эффективной диэлектрической проницаемости е аналогично возникновению отрицательной эффективной емкости Се [5], поскольку Се = б

-—К тому же обе величины б и Се принимают нулевые значения при одной и той же 47та

частоте сор (см. ниже формулу (6)).

Оценим б, например, для железа при и —> t0 и комнатной температуре. Электронная диэлектрическая проницаемость бе/ определяется из формулы (4),

Для железа имеются следующие данные:

г = 2.4-Ю-15 s, m = 9.11 • 10"28g, е = 4.803 • Ю~10 CGS, б0 ~ 16.

Из этих данных следует, что при частоте ш —> 0 эффективная диэлектрическая проницаемость железа б —> —3100, т. е. становится отрицательной и достаточно большой.

Из выражения (4) следует, что при некоторой частоте переменного поля эффективная диэлектрическая проницаемость обращается в нуль. Эту частоту принято называть

плазменной. При этом сдвиг фаз между действительной и мнимой компонентами тока проводимости компенсируется. Поэтому полная проводимость определяется действительной компонентой проводимости. Явление компенсации диэлектрической проницаемости решетки проводника кинетической диэлектрической проницаемостью электронов иногда называют плазменным резонансом.

Частота о;р/ , при которой возникает плазменный резонанс, определяется из условия

и выражается соотношением

Величина -= г^ является временем диэлектрической релаксации. Поэтому соотно-

шение (5) можно записать в виде

Очевидно, что резонанс или плазменная частота имеет место при условии, если только тд < т. При тл = т резонанс и, следовательно, плазменная частота не существуют, т. е. шр1 = 0. Если г^р приобретает известную для бесстолкновительной плазмы форму:

Как было показано выше, эффективная диэлектрическая проницаемость определяется уравнением (4). Из этого уравнения следует, что резкое увеличение электронной диэлектрической проницаемости бе/ с уменьшением частоты может быть вызвано движением подвижных электронов.

В отсутствие столкновений электронов, т. е. в свободном электронном газе, понижение частоты поля приводит к неограниченному увеличению отрицательной электронной диэлектрической проницаемости [1, 3].

Однако при наличии столкновений электронов с атомами решетки, увеличение от рицательной электронной диэлектрической проницаемости с уменьшением частоты ограничивается. Поэтому при частоте, равной нулю, полная диэлектрическая проницаемость будет определяться величиной е = с0 — 47г

Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости от круговой частоты, (а) Газ свободных электронов: концентрация электронов п = 1022 ст~3, плазменная частота ир1 = 5.641 • 1015 sec-1; (Ь) Релаксационный металл: концентрация электронов п = 3.143 • 10~'1 ст~3, время релаксации т = 10-15s, плазменная частота ир\ = 1.527- 101э sec-1, макроскопическая диэлектрическая проницаемость е0 = 3.

На рис. 1 представлены зависимости эффективной диэлектрической проницаемости е от частоты для двух случаев: для газа свободных электронов [1, 3], и металла со временем релаксации проводимости т.

Величина поляризации проводникового образца зависит от величины переменного тока во внешней цепи, содержащей источник ЭДС, соединяющей противоположные концы образца. В отсутствие тока, но в присутствии постоянного электрического поля, поляризация является полной, статической. С увеличением тока поляризация образца уменьшается, и при токе в цепи, равном поляризационному току, исчезает, и разность потенциалов на образце обращается в нуль. С увеличением тока меняется знак разности потенциалов на поляризуемом образце и возникает обычный дрейфовый ток во всей цепи. С дальнейшим увеличением тока полярность разности потенциалов (напряжения) на образце совпадает с полярностью приложенного напряжения.

При уменьшении частоты поля эффективная диэлектрическая проницаемость образца, как было отмечено выше, становится отрицательной и возрастает. С увеличением частоты приложенного поля эффект поляризации исчезает и диэлектрическая прони-

цаемость частицы стремится к микроскопической диэлектрической проницаемости частицы бо- В металлических частицах различной формы эффект поляризации различен из-за деполяризующего поля. Для плоского образца эффект поляризации равен 47Г. а для сферического равен З/Атг.

Из проведенного в данной статье анализа следует, что увеличение отрицательной диэлектрической проницаемости с уменьшением частоты переменного поля в релаксационном металле ограничивается временем релаксации или временем свободного пробега электрона. В железе, например, при уменьшении частоты до нуля диэлектрическая проницаемость становится отрицательной и достигает величины порядка -3000. На частоте, равной плазменной, эффективная диэлектрическая проницаемость образца б обращается в нуль, а на высокой частоте стремится к микроскопической диэлектрической проницаемости материала бо- Показано, что возникновение отрицательной эф фективной диэлектрической проницаемости аналогично возникновению отрицательной эффективной емкости [5].

Кроме того, показано, что в металле со временем свободного пробега г плазменная частота возникает только если время диэлектрической релаксации тд меньше времени свободного пробега в металле т.

Работа поддержана Программой фундаментальных исследований Президиума РАН "Квантовые наноструктуры" и РФФИ.

[1] Ч. Киттель, Введение в физику твердого тела (М., Наука, 1978), с. 282.

[2] А. Анималу, Квантовая теория кристаллических твердых тел (М., Мир; 1981), с. 264.

[3] Н. Ашкрофт, Н. Мермин, Физика твердого тела 1,2 (М., Мир, 1979).

[4] Дж. Займан, Принципы теории твердого тела (М., Мир, 1974), с. 190.

[5] Н. А. Пенин, ФТП 30, 626 (1996).

Поступила в редакцию 27 февраля 2008 г. После переработки 22 января 2009 г.

Катодная защита от коррозии – все особенности методики

Одним из часто применяемых методов электрохимической защиты разнообразных конструкций из металлов от ржавления является катодная защита. В большинстве случаев ее используют совместно с нанесением на металлические поверхности специальных покрытий.

1 Общая информация о катодной защите

Впервые такая защита металлов была описана в 1820-х годах Гемфри Дэви. На основании его докладов в 1824 году на корабле HMS Samarang осуществили проверку предоставленной теории. На медную обшивку корабля установили железные анодные протекторы, которые существенно уменьшили скорость ржавления меди. Методику стали развивать, и в наши дни катодная антикоррозионная защита всевозможных конструкций из металлов (трубопроводов, элементов автомобиля и т. д.) признается наиболее эффективной и широко используемой.

В производственных условиях такая защита металлов (ее нередко называют катодной поляризацией) производится по двум основным методикам.

Предохраняемая от разрушения конструкция подключается к внешнему источнику тока. В данном случае металлоизделие выполняет функцию катода. А анодами являются инертные дополнительные электроды. Эта методика обычно применяется для защиты трубопроводов, металлических сварных оснований, платформ для бурения.
Катодная поляризация гальванического типа. При такой схеме металлическая конструкция контактирует с металлом, который имеет больший электроотрицательный потенциал (алюминий, магний, алюминиевые сплавы, цинк). При этом под анодом понимают оба металла (основной и защитный). Растворение (имеется в виду сугубо электрохимический процесс) электроотрицательного материала приводит к протеканию через предохраняемое изделие необходимого катодного тока. С течением времени происходит полное разрушение металла-"защитника". Гальваническая поляризация эффективна для конструкций, на которых есть изоляционный слой, а также для металлоизделий относительно малых размеров.

Первая методика нашла широкое применение по всему миру. Она достаточно проста и экономически целесообразна, дает возможность предохранять металл от общей коррозии и от многих ее разновидностей – межкристаллитной коррозии "нержавейки", питтинговой, растрескивания латунных изделий, обусловленного напряжениями, при которых они работают.

Гальваническая схема нашла большее применение в США. В нашей стране она используется реже, хотя ее эффективность высока. Ограниченное применение протекторной защиты металлов в России связано с тем, что на многие трубопроводы у нас не наносят специальное покрытие, а это является обязательным условием для реализации антикоррозионной гальванической методики.

2 Как работает стандартная катодная поляризация металлов?

Катодная защита от коррозии производится посредством использования наложенного тока. Он поступает на конструкцию от выпрямителя либо иного источника (внешнего) тока, где промышленный по частоте переменный ток модифицируется в требуемый постоянный. Объект, который защищается, подключают к выпрямленному току (к "минусовому" полюсу). Конструкция, таким образом, является катодом. Анодное заземление (второй электрод) подключают к "плюсу".

Важно, чтобы между вторичным электродом и конструкцией имелся хороший электролитический и электронный контакт. Первый обеспечивается грунтом, куда погружают анод и объект защиты. Грунт в данном случае выполняет роль электролитической среды. А электронного контакта добиваются с помощью проводников из металлических материалов.

Регулирование катодной антикоррозионной защиты осуществляется посредством поддержания защитного потенциала между электролитической средой и индикатором потенциала поляризации (либо непосредственно конструкцией) на строго определенной величине. Замеряют показатель вольтметром с высокоомной шкалой.

Здесь необходимо понимать, что у потенциала есть не только поляризационный компонент, но и еще одна составляющая – падение (омическое) напряжения. Такое падение возникает из-за протекания через эффективное сопротивление катодного тока. Причем качество катодной защиты зависит исключительно от поляризации на поверхности изделия, которое предохраняется от ржавления. По этой причине выделяют две характеристики защищенности металлоконструкции – наибольший и наименьший потенциалы поляризации.

Эффективное регулирование поляризации металлов, учитывая все сказанное, становится возможным в том случае, когда показатель омического компонента исключается из величины полученной разности потенциалов. Добиться этого можно при помощи особой схемы замера потенциала поляризации. Описывать ее в рамках данной статьи мы не будем, так как она изобилует множеством специализированных терминов и понятий.

Как правило, катодная технология применяется совместно с нанесением на внешнюю поверхность предохраняемых от коррозии изделий специальных защитных материалов.

Для защиты неизолированных трубопроводов и других конструкций необходимо использовать существенные токи, что экономически невыгодно и технически сложно.

3 Катодная защита элементов автомобиля

Коррозия – активный и весьма агрессивный процесс. Качественная защита узлов автомобиля от ржавления вызывает немало проблем у автолюбителей. Коррозионному разрушению подвергаются все без исключения транспортные средства, ведь ржавление начинается даже тогда, когда на лакокрасочном покрытии машины появляется маленькая царапина.

Катодная технология предохранения автомобиля от коррозии достаточно распространена в наши дни. Ее применяют наряду с использованием антикоррозионных красок и всевозможных мастик. Под такой методикой понимают подачу электрического потенциала на поверхность той или иной детали автомобиля, что приводит к эффективному и длительному замедлению ржавления.

При описываемой защите транспортного средства катодом являются специальные пластинки, которые накладывают на наиболее уязвимые его узлы. А роль анода играет корпус автомобиля. Подобное распределение потенциалов обеспечивает целостность корпуса машины, так как разрушению подвергаются только катодные пластины, а основной металл не корродирует.

Под уязвимыми местами транспортного средства, которые можно защитить по катодной методике, понимают:

заднюю и переднюю части днища;
арку заднего колеса;
области фиксации подфарников и непосредственно фар;
стыки крыла с колесом;
внутренние зоны дверей и порогов;
пространство за щитками колес (передних).

Для защиты автомобиля необходимо приобрести специальный электронный модуль (некоторые умельцы изготавливают его самостоятельно) и протекторы-пластины. Модуль монтируют в салоне машины, подсоединяют к бортовой сети (он должен быть запитанным при отключении автодвигателя). Установка устройства занимает буквально 10–15 минут. Причем энергии оно берет минимум, а антикоррозионную защиту гарантирует весьма качественную.

Защитные пластины могут иметь разный размер. Их число также отличается в зависимости от того, в каких местах автомобиля они монтируются, а также от того, какие геометрические параметры имеет электрод. На практике пластин нужно тем меньше, чем больший размер имеет электрод.

Защита от коррозии автомобиля по катодной методике производится и иными сравнительно простыми способами. Самый элементарный – подсоединить проводом "плюс" аккумулятора автомобиля к обычному металлическому гаражу. Обратите внимание – для подключения необходимо обязательно использовать резистор.

4 Защита трубопроводов методом катодной поляризации

Разгерметизация различных по назначению трубопроводов происходит во многих случаях из-за их коррозионного разрушения, вызываемого появлением разрывов, трещин и каверн. Особенно подвержены ржавлению подземные коммуникации. На них образуются зоны с разным потенциалом (электродным), что обуславливается гетерогенностью грунта и неоднородным составом металлов, из которых изготавливаются трубы. За счет появления указанных зон начинается процесс активного формирования коррозионных гальванических компонентов.

Катодная поляризация трубопроводов, выполняемая по схемам, описанным в начале статьи (гальваника или внешний источник энергии), базируется на уменьшении скорости растворения материала труб в процессе их эксплуатации. Достигается подобное уменьшение посредством смещения коррозионного потенциала в зону, имеющую по отношению к естественному потенциалу более отрицательные показатели.

Еще в первой трети 20 столетия был определен потенциал катодной поляризации металлов. Его показатель равняется –0,85 вольт. В большинстве грунтов естественный потенциал металлических конструкций находится в диапазоне от –0,55 до –0,6 вольт.

Это означает, что для эффективной защиты трубопроводов требуется "передвинуть" коррозионный потенциал в отрицательную сторону на 0,25-0,3 вольт. При такой его величине практическое влияние ржавления на состояние коммуникаций почти полностью нивелируется (коррозия за год имеет скорость не более 10 микрометров).

Методика с применением источника тока (внешнего) считается трудоемкой и достаточно сложной. Зато она обеспечивает высокий уровень защиты трубопроводов, ее энергетический ресурс ничем не ограничивается, при этом сопротивление (удельное) грунта оказывает минимальное влияние на качество защитных мероприятий.

Источниками питания для катодной поляризации обычно являются воздушные электролинии на 0,4; 6 и 10 кВ. На местностях, где таковых нет, допускается использование газо-, термо и дизель-генераторов в качестве источников энергии.

Ток-"защитник" распределяется неравномерно по протяженности трубопроводов. Наибольшая его величина отмечается в так называемой точке дренажа – в месте, где производится подключение источника. Чем больше расстояние от этой точки, тем меньше защищены трубы. При этом и чрезмерный ток непосредственно в зоне подключения оказывает негативное влияние на трубопровод – высока вероятность водородного растрескивания металлов.

Метод с использованием гальванических анодов демонстрирует неплохую эффективность в грунтах с малым показателем омности (до 50 ом*м). В грунтах высокоомной группы его не применяют, так как особых результатов он не дает. Здесь стоит добавить, что аноды изготавливают из сплавов на основе, алюминия, магния и цинка.

5 Коротко о станциях катодной защиты (СКЗ)

Для антикоррозионной защиты трубопроводов, проложенных под землей, вдоль трассы их залегания устанавливают СКЗ, включающие в себя:

анодное заземление;
источник тока;
пункт контроля и измерения;
кабели и провода, выполняющие соединительные функции.

Станции подключают к сетям электрического тока либо к автономным устройствам. Разрешается устанавливать на СКЗ несколько заземлений и источников энергии тогда, когда в одном подземном коридоре проложено две и более ниток трубопровода. Это, правда, влечет за собой увеличение расходов на проведение антикоррозионных мероприятий.

Если монтируется всего одна установка на многониточные коммуникации, ее соединение с трубами осуществляется посредством особых блоков. Они не позволяют формироваться сильным гальваническим парам, возникающим при монтаже глухих перемычек на трубные изделия. Указанные блоки изолируют трубы друг от друга, а также дают возможность выбирать на каждом элементе трубопроводов требуемый потенциал, гарантирующий максимальную защиту конструкции от ржавления.

Выходное напряжение на катодных станциях может регулироваться автоматически (установка в этом случае оснащается тиристорами) или вручную (оператор переключает при необходимости трансформаторные обмотки). В ситуациях, когда СКЗ функционируют в изменяющихся во времени условиях, рекомендуется эксплуатировать станции с автоматической регулировкой напряжения.

Они сами следят за показателями сопротивления (удельного) грунта, появлением блуждающих токов и прочих факторов, оказывающих негативное воздействие на качество защиты, и автоматически корректируют работу СКЗ. А вот в системах, где защитный ток и показатель сопротивления в его цепи остаются неизменными, лучше использовать установки с ручной настройкой напряжения на выходе.

Добавим, что регулирование в автоматическом режиме производится по одному из двух показателей:

по току защиты (гальваностатические преобразователи);
по потенциалу объекта, который защищается (потенциостатические преобразователи).

6 Информация об известных станциях катодной защиты

Среди популярных отечественных СКЗ можно выделить несколько установок. Очень востребованной является станция Минерва–3000 – мощная система, разработанная французскими и российскими инженерами для объектов Газпрома. Достаточно одной Минервы, чтобы надежно защитить от ржавления до 30 километров трубопроводов. Станция обладает такими основными достоинствами:

уникальная технологичность выпуска всех ее комплектующих;
повышенная мощность СКЗ (можно предохранять коммуникации с очень плохим защитным покрытием);
самовосстановление (после аварийных перегрузок) режимов работы станции на протяжении 15 секунд;
наличие высокоточного цифрового оборудования для контроля рабочих режимов и системы терморегулирования;
наличие защитных схем от перенапряжения измерительных и входных цепей;
отсутствие подвижных узлов и герметичность электрошкафа.

Кроме того, к Минерва–3000 можно подключать установки для удаленного контроля над работой станции и дистанционного управления ее оборудованием.

Отличными техническими показателями обладают и системы АСКГ-ТМ – современные телемеханизированные адаптивные станции для защиты электрокабелей, городских и магистральных трубопроводов, а также емкостей, в которых хранят газ и нефтепродукты. Такие устройства выпускаются с разными показателями (от 1 до 5 киловатт) выходной мощности. Они располагают многофункциональным телеметрическим комплексом, позволяющим выбирать конкретный рабочий режим СКЗ, мониторить и изменять параметры станции, а также обрабатывать поступающую информацию и отправлять ее оператору.

Преимущества использования АСКГ-ТМ:

возможность встраивания в SCADA-комплексы за счет поддержки ОРС-технологии;
резервный и главный канал связи;
выбор значения мощности (выходной);
повышенная отказоустойчивость;
большой интервал рабочих температур;
уникальная точность настройки выходных параметров;
предохранение от напряжения силовых выходов системы.

Имеются СКЗ и других типов, сведения о которых несложно найти на специализированных сайтах в интернете.

7 Какие объекты можно защищать при помощи катодной поляризации?

Кроме защиты автомобилей и трубопроводов рассматриваемые методики поляризации активно используются для предохранения от коррозии арматуры, входящей в железобетонные конструкции (здания, дорожные объекты, фундаменты и так далее). Обычно арматура представляет собой единую электросистему, которая при попадании в нее хлоридов и воды активно корродирует.

Катодная поляризация в сочетании с операцией санации бетона останавливает коррозионные процессы. В данном случае необходимо применять два типа анодов:

основные – из титана, графита или их комбинации с покрытием металлооксидного вида, а также кремнистого чугуна;
распределительные – стержни из сплавов титана с добавочным слоем металлической защиты либо с неметаллическим электропроводящим покрытием.

Регулируя внешний ток, поступающий на железобетонную конструкцию, осуществляют выбор потенциала арматуры.

Поляризация считается незаменимой методикой для защиты стационарных строений, размещаемых на континентальном шельфе, в газовой и нефтяной промысловых сферах. Первоначальные защитные покрытия на таких объектах невозможно восстановить (требуется их демонтаж и транспортировка в сухие ангары), а значит, остается один выход – катодная защита металлов.

Для предохранения от морской коррозии применяется гальваническая поляризация гражданских кораблей посредством анодов из цинка, магния, алюминиевых сплавов. На берегу (во время ремонтов и стоянок) судна подключают к СКЗ, аноды для которых делают из платинированного титана.

Также катодная защита используется для предохранения от разрушения внутренних частей сосудов и емкостей, а также труб, которые контактируют со сточными промышленными водами и иными агрессивными электролитами. Поляризация в данном случае увеличивает время безремонтного применения указанных конструкций в 2–3 раза.

поляризация (в коррозии металлов)

ПОЛЯРИЗАЦИЯ — в электрохимии отклонение электродного потенциала от равновесного значения при прохождении электрического тока. Причина как нежелательных процессов (повышение расхода энергии при электролизе, уменьшение напряжения, получаемого от гальванических… … Большой Энциклопедический словарь

поляризация — и; ж. 1. к Поляризовать (3 зн.). П. общества. П. демократии. 2. Физ. Изменение электрических, магнитных, световых и других свойств предметов и зависимость соответствующих процессов от их расположения и направления в пространстве. П. волн. П.… … Энциклопедический словарь

ПОЛЯРИЗАЦИЯ — в электрохимии, отклонение электродного потенциала от равновесного значения при прохождении электрич. тока. Причина как нежелат. процессов (повышение расхода энергии при электролизе, уменьшение напряжения, получаемого от гальванич. элементов),… … Естествознание. Энциклопедический словарь

поляризация — 06.01.91 поляризация [ polarization]: Свойство электромагнитной волны, характеризующееся некоторой кривой, которую описывает в течение некоторого времени конец вектора электрической индукции в фиксированной точке, и направлением вдоль этой кривой … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 5272-68: Коррозия металлов. Термины — Терминология ГОСТ 5272 68: Коррозия металлов. Термины оригинал документа: 115. Адсорбционный слой Слой, возникающий на металле в результате адсорбции атомов или молекул окружающей среды и затрудняющий протекание процесса коррозии Определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ — самопроизвольное физико химическое разрушение и превращение полезного металла в бесполезные химические соединения. Большинство компонентов окружающей среды, будь то жидкости или газы, способствуют коррозии металлов; постоянные природные… … Энциклопедия Кольера

snip-id-5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи — Терминология snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи: Анодная зона участок подземного металлического сооружения, на котором это сооружение имеет положительный электрический… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи — Терминология Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи: Анодная зона участок подземного металлического сооружения, на котором это сооружение имеет положительный электрический потенциал по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электрохимия — I Электрохимия раздел физической химии (См. Физическая химия), предметом изучения которого являются объёмные и поверхностные свойства твёрдых и жидких тел, содержащих подвижные Ионы, и механизмы процессов с участием ионов на границах… … Большая советская энциклопедия

Читайте также: