Để hiểu về hoạt động của protector trong bảo vệ catot thì điều cần thiết là phải có hiểu về dãy kim loại galvanic. Một số kim loại trong dãy kim loại galvanic trong nước biển được trình bày ở bảng 2.4. Khi kim loại có khuynh hướng hòa tan vào dung dịch thành các ion kim loại sẽ để lại một lượng dư electron trên bề mặt kim loại: M M+ + e, tức là kim loại trở nên âm điện hơn. Bởi vì Zn, Al, Mg có điện thế âm hơn thép nên chúng có thể cung cấp electron cho thép có điện thế dương hơn trong nước, và sẽ tác động đến sự bảo vệ catot trên bề mặt thép. Như vậy, nếu thép được nối với Cu trong nước, thép sẽ cung cấp electron cho Cu được bảo vệ, và sự ăn mòn của thép sẽ tăng lên.
Bảng 2.4. Dãy Galvanic của một số kim loại trong nước biển [16]
Số thứ tự Tên kim loại Số thứ tự Tên kim loại
1 Platin (Pt) 7 Sắt, gang, hoặc thép
2 Titan (Ti) 8 Cadimi (Cd)
3 Thép không gỉ 9 Kẽm (Zn)
4 Molibdel (Mo) 10 Nhôm (Al)
5 Đồng (Cu) 11 Magie (Mg)
Kim loại cần bảo vệ được nối với một kim loại khác có thế điện cực âm hơn. Kim loại có thế điện cực âm hơn được gọi là anot hy sinh hoặc protector. Các protector thường được chế tạo từ Zn, Al, Mg hay các hợp kim của chúng.
Hình 2.8. Sơ đồ bảo vệ bằng protector trong nước
Khi được hàn với protector, điện thế của kim loại giảm xuống và dần ổn định ở giá trị nhỏ hơn, kim loại trở thành catot và không bị ăn mòn, trái lại protector sẽ bị ăn mòn mạnh hơn. Như đã nêu trên, để kim loại được bảo vệ, một mặt protector phải được nối dẫn điện với kim loại cần bảo vệ (hàn, bulông, đinh tán…).
Mặt khác, protector phải được đặt trong cùng môi trường với kim loại cần bảo vệ ở nơi có điện trở thấp nhất để luôn duy trì mạch điện khép kín.
Chi tiết cần bảo vệ Protector
Vỏ bọc hoạt hóa
Hình 2.9. Sơ đồ bảo vệ bằng protector trong đất
Protector Chi tiết cần bảo vệ
Sự bảo vệ catot của ống thép bởi protector được mô tả ở hình 2.8, 2.9 và 2.10. Electron được cung cấp cho ống thép qua cầu nối electron và một số lượng tương ứng của vật liệu anot chuyển thành ion kim loại đi vào dung dịch, tùy thuộc quy tắc của sự điện phân. Một số protector tự mất đi do sự tự ăn mòn và anot không được chuyển hóa thành năng lượng điện với 100% dung lượng điện hóa. Zn, Al và Mg thường được sử dụng làm protector. Một số tính chất protector được trình bày ở bảng 2.5 [10]. Bảng 2.5. Tính chất các protector Vật liệu anot Tỷ trọng g/cm3 Điện thế (V) Cu/CuSO4 A.h/kg Mật độ dòng A/m2 Zn 7,1 -1,10 780 0,5 – 2 Al 2,7 -1,15 2700 0,6 – 2,5 Mg 1,7 -1,55 1230 1,5 – 5,6
Bảng 2.6. Giá trị trung bình của điện thế tĩnh của kim loại trong nước biển
Kim loại Điện thế,V Kim loại Điện thế,V
Mg -1,45 Sn -0,20 Mn -0,96 Cu -0,10 Zn -0,80 Ti 0,00 Al -0,54 Nb 0,10 Fe -0,50 Ni 0,10 Cd -0,50 Ag 0,15 Pb -0,30 Pt 0,80
Protector phải được đặt gần kết cấu cần bảo vệ. Mặt dù hầu hết bất kỳ loại protector nào cũng có thể cung cấp dòng điện bảo vệ catot trong một giai đoạn ngắn, tuy nhiên bảo vệ catot thường được thiết kế để hoạt động trong vài năm. Protector có thể mất hoạt tính và trở nên thụ động, hình thành lớp màng không dẫn điện trên bề mặt và làm cho protector trở lên trơ, chúng không còn khả năng cung cấp dòng điện. Có thể tránh điều này bằng cách kiểm soát các tạp chất nhỏ trong vật liệu protector và trong hợp kim. Để tăng độ hoạt hóa của protector, người ta thường
cho thêm In, Cd vào hợp kim. Các hợp kim với thủy ngân hiện nay không được sử dụng nữa.