CN112522711A - 一种电位限幅的阴极保护机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电位限幅的阴极保护机构，包括双相不锈钢阴极，铝基牺牲阳极，锗二极管，绝缘法兰，金属通路，阳极芯，海水电解质通路，本发明可利用铝或锌阳极对12Cr马氏体不锈钢、双相不锈钢以及高强钢进行阴极保护，利用二极管单向导电以及限幅作用，与阳极共同作用使阳极工作电位更正，降低阴极与阳极的电位差，避免在阴极保护时，阴阳两极间电位差过大，阴极极化电位大于析氢电位，而导致阳极腐蚀过快并同时造成被保护阴极金属过保护，产生氢脆。12Cr马氏体不锈钢、双相不锈钢以及高强钢阴极，牺牲阳极以及通路二极管原件，通过电解液、电子通路形成腐蚀电池回路，保护阴极不被腐蚀且避免过保护引起的氢脆开裂风险，达到良好的阴极保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及海洋金属防腐领域，尤其涉及一种海洋工程用阴极保护机构。
背景技术
金属材料作为重要的工程材料，被广泛应用于生产与生活中，而腐蚀是导致材料服役性能下降，寿命缩短或失效的主要原因。阴极保护技术已经成为防腐工程中必不可少的手段，通过外加活泼金属对服役材料进行保护。对于服役材料如12Cr马氏体不锈钢、双相不锈钢以及高强钢，在阴极保护下，与阳极之间存在较大电位差，阴极极化后电位高于析氢电位，同时会产生较大的保护电流，加剧阳极的消耗，并且在服役材料处形成较多氢原子进而形成可被金属基体吸收的氢分子，其与材料之间相互作用产生高应力引发氢致应力开裂，导致材料失效。为了减少阳极的快速消耗及避免氢致应力开裂的风险，降低阴极极化电位以及阴极与阳极电位差，并控制阳极保护的保护电位不过负,可利用二极管的单向导电技术及限幅作用，达到良好的阴极保护避免过保护引起的氢脆开裂风险的效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种电位限幅的阴极保护机构。
本发明提供如下技术方案：一种电位限幅的阴极保护机构，包括双相不锈钢阴极，所述双相不锈钢阴极的上端连接有阳极芯，所述阳极芯的上端连接有绝缘法兰，所述绝缘法兰的上端连接有另一组阳极芯，另一组所述阳极芯的上端连接有铝基牺牲阳极，所述阳极芯的内侧与金属通路的一端连接，所述金属通路的另一端与另一组阳极芯的内侧相连接，所述金属通路的内侧设置有锗二极管，所述双相不锈钢阴极、铝基牺牲阳极、锗二极管、绝缘法兰、金属通路和阳极芯均设置于海水电解质通路的内部。
优选的，两组所述阳极芯之间通过绝缘法兰固定连接，且所述绝缘法兰使两组阳极芯之间形成断路。
优选的，两组所述阳极芯之间通过金属通路形成电流通路，所述金属通路设置在阳极芯的外表面，并延伸至金属通路的内部，最终通过金属通路的内部分别于双相不锈钢阴极和铝基牺牲阳极连接。
优选的，所述金属通路与锗二极管电性连接，所述锗二极管单向导电。
与现有技术相比，本发明提供了一种电位限幅的阴极保护机构，具备以下有益效果：
本发明的目的是提供一种阴极保护技术，利用腐蚀原电池的原理，在服役材料与阳极材料之间存在较大电位差的情况下，在阴极保护的回路中增加二极管，通过二极管限幅技术实现降低阴极极化电位以及两者电位差，从而降低保护电流，减少阳极消耗，避免氢致应力开裂的现象产生，达到良好的阴极保护效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明双相不锈钢阴极内部结构示意图；
图3为本发明原理示意图。
图中：1、被保护阴极；2、牺牲阳极；3、二极管；4、金属通路；5、电解质通路；6、双相不锈钢阴极；7、铝基牺牲阳极；8、锗二极管；9、绝缘法兰；10、金属通路；11、阳极芯；12、海水电解质通路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供如下技术方案：一种电位限幅的阴极保护机构，包括双相不锈钢阴极6，所述双相不锈钢阴极6的上端连接有阳极芯11，所述阳极芯11的上端连接有绝缘法兰9，所述绝缘法兰9的上端连接有另一组阳极芯11，另一组所述阳极芯11的上端连接有铝基牺牲阳极7，所述阳极芯11的内侧与金属通路10的一端连接，所述金属通路10的另一端与另一组阳极芯11的内侧相连接，所述金属通路10的内侧设置有锗二极管8，所述双相不锈钢阴极6、铝基牺牲阳7、锗二极管8、绝缘法兰9、金属通路10和阳极芯11均设置于海水电解质通路12的内部。
两组所述阳极芯11之间通过绝缘法兰9固定连接，且所述绝缘法兰9使两组阳极芯11之间形成断路，两组所述阳极芯11之间通过金属通路10形成电流通路，所述金属通路10设置在阳极芯11的外表面，并延伸至金属通路10的内部，最终通过金属通路10的内部分别于双相不锈钢阴极6和铝基牺牲阳极7连接，所述金属通路10与锗二极管8电性连接，所述锗二极管8单向导电。
其中：所述双相不锈钢阴极6由高强钢与包裹在高强度钢外表面的双相不锈钢组成阴极，所述双相不锈钢可替换为12Cr马氏体不锈钢，所述高强钢也可替换为可诱发氢致应力开裂的其他金属材料，所述铝基牺牲阳极7的材质为铝材，铝的金属活泼性大于阴极材料，所述锗二极管8原件为单向导通PN结，具有单向导电性以及限幅作用，所述锗二极管8正向导通电压小于阴极与阳极的电位差，保证腐蚀原电池的电流导通。
本发明原理及其工作流程，本发明在原电池工作时，阳极处发生氧化反应，形成金属离子而产生的电子通过金属通路到达阴极区表面，电子在阴极处与电解质中的正离子发生还原反应。金属通路中的二极管具有限幅作用，当且仅当回路中二极管正向导通电压小于阴极与阳极的电位差时，电路导通后阳极对阴极具有阴极保护作用，当采用铝基牺牲阳极，工作电位-1.05V(相比于Ag/AgCl/海水参比电极)，阴极材料为双相不锈钢，保护电位为-0.5V(相比于Ag/AgCl/海水参比电极),若阴极极化电位达到-0.8V就会产生氢脆风险，二极管采用锗二极管8，二极管的正向导通电压为0.3V，反向击穿电压远大于1.05V，电解质采用海水。当全浸海水时，因阳极芯处设有绝缘法兰9，使得电流只能正向通过二极管金属通路到达被保护阴极表面，利用二极管限幅特性，当达到导通电压0.3V时，电流完全通过,此时原电池开始工作，对阴极双相不锈钢进行极化，因阴阳两极的电位差降低，极化速率降低，极化电位最负会达到-0.75V(相比于Ag/AgCl/海水参比电极)，此时阴阳两极通过二极管限幅后，电位差为零，腐蚀停止，原电池停止工作。当阴极电位低于-0.75V时，原电池继续工作，对阴极进行保护。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种电位限幅的阴极保护机构，包括双相不锈钢阴极，其特征在于：所述双相不锈钢阴极的上端连接有阳极芯，所述阳极芯的上端连接有绝缘法兰，所述绝缘法兰的上端连接有另一组阳极芯，另一组所述阳极芯的上端连接有铝基牺牲阳极，所述阳极芯的内侧与金属通路的一端连接，所述金属通路的另一端与另一组阳极芯的内侧相连接，所述金属通路的内侧设置有锗二极管，所述双相不锈钢阴极、铝基牺牲阳极、锗二极管、绝缘法兰、金属通路和阳极芯均设置于海水电解质通路的内部。
2.根据权利要求1所述的一种电位限幅的阴极保护机构，其特征在于：两组所述阳极芯之间通过绝缘法兰固定连接，且所述绝缘法兰使两组阳极芯之间形成断路。
3.根据权利要求1所述的一种电位限幅的阴极保护机构，其特征在于：两组所述阳极芯之间通过金属通路形成电流通路，所述金属通路设置在阳极芯的外表面，并延伸至金属通路的内部，最终通过金属通路的内部分别于双相不锈钢阴极和铝基牺牲阳极连接。
4.根据权利要求1所述的一种电位限幅的阴极保护机构，其特征在于：所述金属通路与锗二极管电性连接，所述锗二极管为单向导电二极管。
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