Informasi

Prinsip Perlindungan Katodik

Prinsip Perlindungan Katodik May 03, 2016

Korosi dalam larutan air dihasilkan oleh proses elektrokimia, dan reaksi elektrokimia anodic dan cathodic harus terjadi secara bersamaan. Tidak ada jaring keseluruhan, muatan menumpuk di atas logam sebagai akibat korosi karena laju reaksi anodik dan katodik yang sama.

Reaksi anodik melibatkan oksidasi logam ke ion-ionnya,misalnya untuk baja reaksi berikut terjadi.

Fe > Fe2+ + 2e (1)

Proses katodik melibatkan reduksi dan mungkin beberapa reaksi lainnya. Dalam air asam, di mana ion hidrogen (H+) berlimpah, reaksi berikut terjadi.

2H+ + 2e > H2 (2)

Dalam larutan alkali, di mana ion hidrogen jarang terjadi, reduksi air akan terjadi untuk menghasilkan alkali dan hidrogen.

2H2O + 2e > H2 + 2OH- (3)

Namun, jika air kering maka reduksi oksigen adalah proses yang paling mungkin, dan menghasilkan alkali pada permukaan logam.

O2 + 2H2O + 4e > 4OH- (4)

reaksi anodik dan katodik pada permukaan logamGambar 1. reaksi anodik dan katodik pada permukaan logam

Reaksi (1) dan (2) ditunjukkan secara skematis pada gambar 1 di mana situs anodik dan katodik berada di dekatnya pada permukaan sepotong logam. Laju kedua reaksi ini dapat diubah dengan menarik elektron atau memasok elektron tambahan ke potongan logam. Merupakan prinsip yang telah ditetapkan bahwa jika suatu perubahan terjadi pada salah satu faktor di mana suatu sistem berada dalam equilibrium, sistem tersebut akan cenderung untuk menyesuaikan diri sehingga dapat dibatalkan, sejauh mungkin efek dari perubahan itu. Jadi, jika elektron ditarik dari potongan logam, laju reaksi (1) akan meningkat untuk mengimbangi aksi dan pelarutan besi akan meningkat, sedangkan reaksi (2) akan menurun. Sebaliknya, jika elektron tambahan dipasok dari sumber eksternal ke potongan logam, reaksi (1) akan berkurang untuk mengurangi korosi dan reaksi (2) akan meningkat. Kasus terakhir akan berlaku untuk perlindungan katodik. Dengan demikian, untuk mencegah korosi, hal tersebut harus terus memasok elektron ke baja dari sumber eksternal untuk memenuhi kebutuhan reaksi katodik. Dapat diperhatikan bahwa proses anodik dan katodik tidak dapat dipisahkan. Mengurangi laju proses anodik akan memungkinkan laju proses katodik meningkat.

kinetika reaksi anodik dan katodikGambar 2. kinetika reaksi anodik dan katodik

Prinsip-prinsip ini dapat dinyatakan secara lebih kuantitatif dengan memplot potensi logam terhadap logaritma laju reaksi anodik dan katodik yang dinyatakan sebagai kerapatan saat ini. Tipikal Kurva anodik dan katodik diilustrasikan pada Gambar 2. Arus korosi, Icorr, dan potensial korosi, Ecorr, terjadi pada titik perpotongan kurva anodik dan katodik, yaitu. di mana tingkat reaksi anodik dan katodik adalah sama. Jika elektron "dipompa" ke dalam logam untuk membuatnya lebih negatif, pelarutan anodik besi berkurang hingga tingkat yang dapat diabaikan pada EI potensial. sedangkan laju arus katodik dinaikkan menjadi I1. Oleh karena itu, I1 saat ini harus disuplai dari sumber eksternal untuk mempertahankan potensi pada E1 di mana laju pembubaran besi berada pada nilai yang rendah. Jika potensi dikurangi menjadi E2 (Gambar 2) arus yang dibutuhkan dari sumber eksternal akan meningkat menjadi I2. Perlindungan lebih lanjut terhadap logam tidak signifikan, dan arus yang lebih besar yang dipasok dari sumber eksternal terbuang. Logam tersebut kemudian dikatakan dilindungi berlebihan.

reduksi oksigen yang terkontrol secara difusiGambar 3. reduksi oksigen yang terkontrol secara difusi

Dalam larutan aerasi netral atau alkali proses korosi katodik biasanya adalah pengurangan oksigen. Kinetika proses katodik ini dikendalikan oleh laju di mana oksigen dapat berdifusi ke permukaan logam, yang lebih lambat daripada laju konsumsi oksigen oleh reaksi katodik. Dengan demikian, laju reaksi ini tidak meningkat karena potensi logam dibuat lebih negatif tetapi tetap konstan kecuali laju pasokan oksigen ke permukaan logam ditingkatkan, misalnya, meningkatkan laju aliran fluida. Pengaruh kecepatan aliran pada parameter perlindungan katodik diilustrasikan pada Gambar 3. Arus I1 pada awalnya diperlukan untuk mempertahankan logam pada potensial perlindungan E1. Namun, jika laju aliran meningkat, arus pembatas untuk pengurangan oksigen meningkat (garis putus-putus) dan arus yang dibutuhkan untuk mempertahankan logam pada potensi perlindungan dinaikkan oleh δI. Dengan demikian, kepadatan saat ini diperlukan untuk mempertahankan potensi perlindungan yang benar akan bervariasi dengan kondisi layanan. Jelasnya, kerapatan arus katodik bukan panduan yang baik tentang apakah suatu struktur dilindungi secara katodik. Potensi perlindungan yang benar harus dipertahankan jika korosi ingin dicegah

Jika struktur terlindungi secara berlebihan dan potensi berkurang ke daerah potensial di mana pengurangan air (reaksi 3) dapat terjadi, arus lebih lanjut akan diperlukan dari sumber eksternal dan arus akan terbuang sia-sia. Pada Gambar 3, mengurangi potensi dari E1 ke E2 akan meningkatkan arus yang diperlukan dari sumber eksternal dari I1 ke I2 sebagai hasil dari peningkatan laju reduksi air.

Potensi negatif yang berlebihan dapat menyebabkan percepatan korosi timbal dan aluminium karena lingkungan alkali yang dibuat di katoda. Kondisi alkali ini juga dapat merusak sistem cat tertentu, dan dapat menyebabkan hilangnya lapisan cat. Evolusi hidrogen pada permukaan katoda mungkin pada baja berkekuatan tinggi, menghasilkan embrittlement hidrogen baja, dengan kehilangan kekuatan selanjutnya. Ini juga dapat menyebabkan pembubaran lapisan pelapis isolasi: lapisan tersebut kemudian akan bertindak sebagai pelindung isolasi terhadap arus proteksi katodik.