CHƯƠNG 10 PH ƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATỐT
10.1.1. Nguyên lý và ứng dụng
Bảo vệ catốt là phân cực catốt một bề mặt kim loại bị ăn mịn để làm giảm tốc độ ăn mịn. Xét phản ứng ăn mịn sắt trong dung dịch trung tính cĩ sục khí:
Fe → Fe2+ + 2e (1)
O2 + 2H2O + 4e → 4OH- (2)
Phân cực catốt cho hệ thống này từ điện thế ăn mịn Ecor sẽ làm giảm tốc
độ của phản ứng (1) (dư điện tử nên cân bằng dịch chuyển từ phải sang trái), nhưng lại làm tăng tốc độ phản ứng khử oxy và tạo OH- (2) (cân bằng dịch chuyển từ trái sang phải).
Cĩ hai phương pháp bảo vệ catốt: dùng dịng điện ngồi và anốt hy sinh (protector).
Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng dịng điện ngồi, dịng điện để phân cực catốt được cung cấp từ máy biến thế chỉnh lưu (chuyển điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC). Ở những nơi hẻo lánh khơng cĩ điện, dịng điện ngồi cĩ thể được cung cấp từ máy phát điện chạy dầu diesel, chạy khí đốt hoặc từ pin mặt trời. Anốt cĩ thể là một hoặc nhiều điện cực bằng graphit (cho cấu trúc ngầm dưới đất) hoặc gang cĩ hàm lượng silic cao, titan phủ platin (cho cấu trúc nhúng trong nước biển).
Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh, kim loại cần bảo vệ được nối với một kim loại khác, gọi là anốt hy sinh, cĩ điện thế âm hơn. Các anốt hy sinh được hàn vào đường ống ngầm hay đường ống nhúng trong nước biển và phải được thay thế định kỳ vì chúng bị tiêu thụ trong phản ứng hịa tan anốt.
Các anốt chơn trong đất (dù theo phương pháp dịng điện ngồi hay anốt hy sinh) đều được chơn lấp hoặc đĩng gĩi trước cùng với các vật liệu dẫn điện, thường là hạt than cốc, để tăng diện tích anốt, giảm mật độ dịng anốt, giảm tiêu hao anốt.
Phương pháp bảo vệ catốt cĩ thể áp dụng để làm giảm tốc độ ăn mịn cho bất kỳ kim loại nào. Tuy nhiên, phương pháp này thường được áp dụng cho các cấu trúc bằng thép cacbon trong mơi trường ăn mịn nhẹ như đất, nước và nước biển. Thép khơng gỉ, Cu và hợp kim Cu cĩ sẵn tính chống ăn mịn nên khơng cần bảo vệ thêm. Các kim loại khác như Al, Zn dễ bị ăn mịn catốt do tính kiềm của khu catốt tăng khi phản ứng catốt xảy ra nên mức độ phân cực catốt phải
được khống chế cẩn thận. Phương pháp bảo vệ catốt sẽ khơng kinh tế khi mơi trường cĩ tốc độ ăn mịn cao hơn (ví dụ thép trong mơi trường axít), địi hỏi dịng áp đặt cao hơn và biến thế chỉnh lưu lớn hơn. Ngồi ra, phản ứng khử catốt sẽ sinh ra nhiều hydrơ cĩ thể gây nguy hiểm, đồng thời các lớp phủ rẻ tiền để
giảm dịng điện ngồi thường khơng chịu được mơi trường axít.