一．陰極保護(hù)原理
對(duì)被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過陰極極化使其電極電位負(fù)移至金屬的平穩(wěn)電位，從而抑阻金屬腐蝕的保護(hù)方法稱為陰極保護(hù)。
陰極保護(hù)是一種控制金屬電化學(xué)腐蝕的保護(hù)方法。在陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的電池中，氧化反應(yīng)集中發(fā)生在陽(yáng)極上，從而抑阻了作為陰極的被保護(hù)金屬上的腐蝕。陰極保護(hù)是一種基于電化學(xué)腐蝕原理而發(fā)展的一種電化學(xué)保護(hù)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(hù)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(xué)電池；低電位者為電池的陽(yáng)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(yáng)極和陰極之間存在著電位差，外部電連接的陽(yáng)極和陰極之間將有電流流過電池，從而加速了陽(yáng)極的腐蝕，同時(shí)抑阻陰極的腐蝕，使陰極金屬獲得陰極保護(hù)。
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(yáng)極和局部陰極通過各自的極化而匯聚至一個(gè)共同的混合電位，即金屬的自腐蝕電位Ecorr；此時(shí)局部陽(yáng)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(yáng)極的真實(shí)極化曲線（Ee,aFPSA’）和局部陰極的真實(shí)極化曲線（Ee,cSMBD），以及該體系的實(shí)驗(yàn)的陽(yáng)極極化曲線（EcorrA）和陰極極化曲線（EcorrGOBB’）。
陰極極化至任一電位時(shí)的外加負(fù)電流都等于此時(shí)極化后的局部陰極還原反應(yīng)電流ic與局部陽(yáng)極氧化反應(yīng)電流ia之差。當(dāng)陰極極化使金屬電極電位負(fù)移至局部陽(yáng)極反應(yīng)的平穩(wěn)電位Ee,a時(shí)，外加極化電流幾乎就等于局部陰極電流，因?yàn)榇藭r(shí)的局部陽(yáng)極電流已可予以忽略不計(jì)，當(dāng)然此時(shí)鐵上腐蝕也就被完全抑阻了，即獲得了完全陰極保護(hù)。

圖1 陰極保護(hù)原理的極化曲線說明:鐵在中性水溶液中的實(shí)驗(yàn)極化曲線(實(shí)線)和真實(shí)極化曲線(虛線)以及鎂的陽(yáng)極極化曲線示意圖
電位-pH圖方面
電位-pH圖是從熱力學(xué)說明陰極保護(hù)的理論基礎(chǔ)。圖2是根據(jù)熱力學(xué)計(jì)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(fù)電流的陰極極化，可使鐵的電極電位從腐蝕區(qū)進(jìn)入免蝕區(qū)。對(duì)鐵，這是一個(gè)熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)，金屬腐蝕停止，即此時(shí)鐵獲得了陰極保護(hù)。

圖2 電位-pH圖上的陰極保護(hù)范圍(Fe-H2O系)
金屬界面反應(yīng)玘陰極保護(hù)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(xué)腐蝕反應(yīng)過程，以及陰極保護(hù)系統(tǒng)通過鎂陽(yáng)極或外電源產(chǎn)生的外加負(fù)電流對(duì)這些反應(yīng)過程的作用影響，說明了各種反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)和反應(yīng)產(chǎn)物的存在和傳遞。由于陰極保護(hù)系統(tǒng)通過犧牲陽(yáng)極或外電源，能對(duì)金屬提供足夠量的電子（施加所需的負(fù)電流），使金屬界面呈負(fù)電性和達(dá)到足夠負(fù)的電極電位，從而抑阻氧化反應(yīng)（Fe→Fe2++2e）；此時(shí)還原反應(yīng)所需電子完全從犧牲陽(yáng)極或外電源獲得。由此實(shí)現(xiàn)了陰極保護(hù)，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(xué)腐蝕反應(yīng)過程及陰極保護(hù)作用的圖解說明


二．陰極保護(hù)技術(shù)
犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)：
　　在土壤等電解質(zhì)環(huán)境中，犧牲陽(yáng)極因其電極電位比被保護(hù)體的更負(fù)，當(dāng)與被保護(hù)體電連接后將優(yōu)先腐蝕溶解，釋放出的電子在被保護(hù)體表面發(fā)生陰極還原反應(yīng)，抑阻了被保護(hù)體的陽(yáng)極溶解過程，從而對(duì)被保護(hù)體提供了有效的陰極保護(hù)。
犧牲陽(yáng)極保護(hù)法的主要特點(diǎn)是：適用范圍廣，尤其是中短距離和復(fù)雜的管網(wǎng)；陽(yáng)極輸出電流小，發(fā)生陰極剝離的可能性小；隨管道安裝一起施工時(shí)，工程量較?。贿\(yùn)行期間，維護(hù)工作簡(jiǎn)單。陽(yáng)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(hù)：
　　外加電流法陰極保護(hù)則是利用外部電源對(duì)被保護(hù)體施加陰極電流，為其表面上進(jìn)行的還原反應(yīng)提供電子，從而抑阻被保護(hù)體自身的腐蝕過程。
　　兩種方法的保護(hù)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(qiáng)制電流保護(hù)法的主要特點(diǎn)是： 
適用于長(zhǎng)輸管線和區(qū)域性管網(wǎng)的保護(hù) 
輸出電流大，一次性投資相對(duì)較小 
安裝工程量較小，可對(duì)舊管道補(bǔ)加陰極保護(hù) 
運(yùn)行期間需要專業(yè)人員維護(hù) 
容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控
外加電流法陰極保護(hù)的方式：
淺埋陽(yáng)極地床技術(shù)
　　淺埋陽(yáng)極地床是指一支或多支陽(yáng)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(hù)的陽(yáng)極地床。優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)范圍大、經(jīng)濟(jì)、保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)。但受地形限制較大，存在陽(yáng)極地床氣阻隨時(shí)間增大，電阻率增大的問題，它會(huì)造成地電位正移、電位梯度增大，導(dǎo)致對(duì)周圍其它構(gòu)筑物的雜散電流干擾不斷嚴(yán)重。 
深井陽(yáng)極地床技術(shù)
　　深井陽(yáng)極地床是指一支或多支陽(yáng)極垂直安裝于地下15m或更深的井孔中，以提供陰極保護(hù)的陽(yáng)極地床。與常用的淺埋陽(yáng)極地床相比具有使用時(shí)不受地形限制、干擾小、接地電阻小、能提供比淺埋陽(yáng)極更均勻的保護(hù)電流、保護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)。深井陽(yáng)極地床應(yīng)在地下金屬構(gòu)筑物密集、無法設(shè)置淺埋陽(yáng)極、且如果使用普通的淺埋陽(yáng)極會(huì)對(duì)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(chǎng)合使用。
分布式陽(yáng)極地床技術(shù)
　　分布式陽(yáng)極地床是指陽(yáng)極沿被保護(hù)管道近距離線性敷設(shè)，以提供陰極保護(hù)的陽(yáng)極地床。主要優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)電位沿管道均勻分布，可以避免長(zhǎng)距離管道保護(hù)中過保護(hù)和保護(hù)不足同時(shí)存在的問題，對(duì)其他金屬構(gòu)筑物干擾影響最小，即使管道防腐層破損嚴(yán)重，也能保證電流的均勻分布，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)，適用于不同土壤電阻率的土壤環(huán)境。