13.6.1 阴极保护原理及基本参数
金属腐蚀的基本原理表明，当两种不同的金属在电解质溶液中电性联结时，电极电位较负（即化学性质较活泼）的金属总是成为阳极受到腐蚀，而电极电位较正（即化学性质较不活泼）的金属总是成为阴极不被腐蚀。
钢铁浸在海水中时，由于钢铁不是单一的金属元素，而是由铁与碳以及其他金属元素共同构成的合金，因此，将形成许多腐蚀微电池。其中铁的电位较负成为微阳极受到腐蚀，碳或其他金属元素成为微阴极而不会腐蚀。
在没有其他外界条件影响时，该腐蚀微电池导致钢铁自然腐蚀：
在微阳极区发生：Fe－2e－→Fe＋＋
在微阴极区发生：O2＋2H2O＋4e－→4OH－
上述过程中，微阳极释放的电子通过钢铁内部到达微阴极，即腐蚀电流通过海水从微阳极流向微阴极。
理论和实验都表明，当向被保护金属（如钢铁）通以一定的直流电流（阴极电流），便可使金属/介质界面上的电位向负方向移动，即产生阴极极化。阴极极化的结果就是降低或者抑制了微阳极区的电子释放，使腐蚀电流减小，也就是降低了金属的腐蚀速度。当阴极电流达到一定数值，腐蚀电流为零时，金属便得到了完全保护，这就是所谓的阴极保护。
上述过程中，使被保护金属刚好达到保护所需的阴极电流称作最小保护电流，由此，使金属阴极极化所达到的电位称作最小保护电位。理论和实验都表明，在pH为8.2的海水里，钢铁的最小保护电位是－0.53V（相对于标准氢电极），而最小保护电流密度必须大于钢铁在该系统中的腐蚀电流密度0.086A/m2。
随着保护电流密度的增加，被保护金属进一步阴极化到更负的电位，其也得到了更好的保护。但是，当保护电位达到一定的数值时，会引起被保护结构表面涂层鼓泡、脱落。因此，我国船舶阴极保护中，将保护电位规定在一定的范围内，称作保护电位域。表13.6－1列出了钢铁在海水中相对于不同的参比电极的保护电位域。
表13.6－1 钢铁在海水中的保护电位域
实践表明，钢铁在海水中的阴极保护电流密度与许多因素有关。裸钢在海水中的保护电流密度随着海水的温度、盐度、含氧量、流速等而有很大差异，通常，在100～150mA/m2，在北海北部海域则可达180mA/m2。在阴极保护与涂层联合保护时，根据涂层质量情况，保护电流密度可为裸钢保护电流密度的几十分之一到几分之一。航行中的船舶的保护电流密度约为停航时的两倍，高速航行的舰艇则可达3～4倍。
在阴极保护中，向被保护金属提供电流的可以是比被保护金属电位更负的其他金属或合金，也可以是一定低电压的稳定的直流电源。这就构成牺牲阳极保护和外加电流阴极保护。
