一．陰極保護原理
對被保護金屬施加負電流，通過陰極極化使其電極電位負移至金屬的平穩(wěn)電位，從而抑阻金屬腐蝕的保護方法稱為陰極保護。
陰極保護是一種控制金屬電化學腐蝕的保護方法。在陰極保護系統(tǒng)構(gòu)成的電池中，氧化反應(yīng)集中發(fā)生在陽極上，從而抑阻了作為陰極的被保護金屬上的腐蝕。陰極保護是一種基于電化學腐蝕原理而發(fā)展的一種電化學保護技術(shù)。可從電極反應(yīng)、極化曲線和極化圖以及電位-pH圖等諸方面理解陰極保護原理。
電極反應(yīng)方面
任意兩種金屬/合金的組合，都可構(gòu)成電化學電池；低電位者為電池的陽極，主要發(fā)生氧化反應(yīng)；高電位者為陰極，主要發(fā)生還原反應(yīng)。由于陽極和陰極之間存在著電位差，外部電連接的陽極和陰極之間將有電流流過電池，從而加速了陽極的腐蝕，同時抑阻陰極的腐蝕，使陰極金屬獲得陰極保護。
極化曲線和極化圖方面
　　根據(jù)混合電位理論，金屬表面上局部陽極和局部陰極通過各自的極化而匯聚至一個共同的混合電位，即金屬的自腐蝕電位Ecorr；此時局部陽極的氧化反應(yīng)速度與局部陰極的還原反應(yīng)速度相等，即等于金屬的自腐蝕電流icorr，如圖1所示。圖中給出了鐵在中性水溶液中的局部陽極的真實極化曲線（Ee,aFPSA’）和局部陰極的真實極化曲線（Ee,cSMBD），以及該體系的實驗的陽極極化曲線（EcorrA）和陰極極化曲線（EcorrGOBB’）。
陰極極化至任一電位時的外加負電流都等于此時極化后的局部陰極還原反應(yīng)電流ic與局部陽極氧化反應(yīng)電流ia之差。當陰極極化使金屬電極電位負移至局部陽極反應(yīng)的平穩(wěn)電位Ee,a時，外加極化電流幾乎就等于局部陰極電流，因為此時的局部陽極電流已可予以忽略不計，當然此時鐵上腐蝕也就被完全抑阻了，即獲得了完全陰極保護。

圖1 陰極保護原理的極化曲線說明:鐵在中性水溶液中的實驗極化曲線(實線)和真實極化曲線(虛線)以及鎂的陽極極化曲線示意圖
電位-pH圖方面
電位-pH圖是從熱力學說明陰極保護的理論基礎(chǔ)。圖2是根據(jù)熱力學計算獲得的Fe-H2O系電位-pH圖?？梢钥闯?，在pH=6~7的中性水中，鐵呈活化腐蝕狀態(tài)；通過外加負電流的陰極極化，可使鐵的電極電位從腐蝕區(qū)進入免蝕區(qū)。對鐵，這是一個熱力學穩(wěn)定區(qū)，金屬腐蝕停止，即此時鐵獲得了陰極保護。

圖2 電位-pH圖上的陰極保護范圍(Fe-H2O系)
金屬界面反應(yīng)玘陰極保護的圖解說明
圖3給出了鐵在NaCl水溶液（或土壤）中于金屬界面處發(fā)生的電化學腐蝕反應(yīng)過程，以及陰極保護系統(tǒng)通過鎂陽極或外電源產(chǎn)生的外加負電流對這些反應(yīng)過程的作用影響，說明了各種反應(yīng)質(zhì)點和反應(yīng)產(chǎn)物的存在和傳遞。由于陰極保護系統(tǒng)通過犧牲陽極或外電源，能對金屬提供足夠量的電子（施加所需的負電流），使金屬界面呈負電性和達到足夠負的電極電位，從而抑阻氧化反應(yīng)（Fe→Fe2++2e）；此時還原反應(yīng)所需電子完全從犧牲陽極或外電源獲得。由此實現(xiàn)了陰極保護，停止了金屬的腐蝕過程。

圖3 鐵在NaCI水溶液中于金屬界面處的電化學腐蝕反應(yīng)過程及陰極保護作用的圖解說明


二．陰極保護技術(shù)
犧牲陽極法陰極保護：
　　在土壤等電解質(zhì)環(huán)境中，犧牲陽極因其電極電位比被保護體的更負，當與被保護體電連接后將優(yōu)先腐蝕溶解，釋放出的電子在被保護體表面發(fā)生陰極還原反應(yīng)，抑阻了被保護體的陽極溶解過程，從而對被保護體提供了有效的陰極保護。
犧牲陽極保護法的主要特點是：適用范圍廣，尤其是中短距離和復雜的管網(wǎng)；陽極輸出電流小，發(fā)生陰極剝離的可能性??；隨管道安裝一起施工時，工程量較??；運行期間，維護工作簡單。陽極輸出電流不能調(diào)節(jié)，可控性較小。

外加電流法陰極保護：
　　外加電流法陰極保護則是利用外部電源對被保護體施加陰極電流，為其表面上進行的還原反應(yīng)提供電子，從而抑阻被保護體自身的腐蝕過程。
　　兩種方法的保護原理相同，只是提供陰極電流的方式不同，且由此衍生出的設(shè)備裝置和技術(shù)要求都有很大不同。
強制電流保護法的主要特點是： 
適用于長輸管線和區(qū)域性管網(wǎng)的保護 
輸出電流大，一次性投資相對較小 
安裝工程量較小，可對舊管道補加陰極保護 
運行期間需要專業(yè)人員維護 
容易實現(xiàn)遠程自動化監(jiān)控
外加電流法陰極保護的方式：
淺埋陽極地床技術(shù)
　　淺埋陽極地床是指一支或多支陽極垂直（或水平）安裝于地下1米或更深的土壤中，以提供陰極保護的陽極地床。優(yōu)點是保護范圍大、經(jīng)濟、保護裝置壽命長。但受地形限制較大，存在陽極地床氣阻隨時間增大，電阻率增大的問題，它會造成地電位正移、電位梯度增大，導致對周圍其它構(gòu)筑物的雜散電流干擾不斷嚴重。 
深井陽極地床技術(shù)
　　深井陽極地床是指一支或多支陽極垂直安裝于地下15m或更深的井孔中，以提供陰極保護的陽極地床。與常用的淺埋陽極地床相比具有使用時不受地形限制、干擾小、接地電阻小、能提供比淺埋陽極更均勻的保護電流、保護效果好等優(yōu)點。深井陽極地床應(yīng)在地下金屬構(gòu)筑物密集、無法設(shè)置淺埋陽極、且如果使用普通的淺埋陽極會對鄰近的金屬構(gòu)筑物產(chǎn)生干擾，或者地表的土壤電阻率高的場合使用。
分布式陽極地床技術(shù)
　　分布式陽極地床是指陽極沿被保護管道近距離線性敷設(shè)，以提供陰極保護的陽極地床。主要優(yōu)點是保護電位沿管道均勻分布，可以避免長距離管道保護中過保護和保護不足同時存在的問題，對其他金屬構(gòu)筑物干擾影響最小，即使管道防腐層破損嚴重，也能保證電流的均勻分布，實現(xiàn)陰極保護，適用于不同土壤電阻率的土壤環(huán)境。