home - bedrijf - corrosie en KB - KB activiteiten - anti fouling - inspecties en metingen

Corrosie en het principe van kathodische bescherming (KB)

Kathodische bescherming is een elektrochemische methode om corrosie te bestrijden van vooral stalen constructies, die zich in een geleidend medium bevinden. Onder een geleidend medium wordt verstaan water of een bodem waarin (bijna) altijd water aanwezig is.

Het systeem werd in 1824 voor het eerst toegepast. Dat gebeurde in Engeland door Sir Humphrey Davy. Houten schepen, bekleed met koperen platen, werden beschermd door middel van blokken weekijzer. Het minst edele metaal, het weekijzer, loste op, maar het koper bleef vrij van corrosie!

Deze methode wordt nog steeds toegepast. Nu zijn het stalen schepen, die worden beschermd door zinkblokken op de scheepswand aan te brengen. De toepassing van deze beschermingstechniek kwam pas in de eerste helft van deze eeuw tot volle ontplooiing. Eerst in de Verenigde Staten van Amerika en na de Tweede Wereldoorlog ook in Europa.

Kathodische bescherming is net als corrosie van metaal (staal) in de bodem of in water een elektrochemisch proces. Dit wil zeggen dat bij de chemische reacties elektronen worden overgedragen. Het principe en de werking van kathodische bescherming laat zich het beste beschrijven aan de hand van de reacties die optreden bij een corrosie- of locaal element. Dit proces wordt ook wel galvanische corrosie genoemd.

Het corrosie-element

Bij onderdompeling van twee elektroden van verschillende metalen, bijvoorbeeld ijzer en zink in water (elektrolyt), waarbij deze elektroden met elkaar zijn doorverbonden, gaat er een stroom lopen van het meest edele metaal naar het minst edele metaal. Deze elektrische stroom laat zich als volgt verklaren:

Blank zink gaat in water in oplossing volgens de volgende deelreactie:

Zn -> Zn²⁺ + 2 e^-

Bij deze anodische reactie komen elektronen vrij. De betreffende elektrode wordt anode genoemd. De zinkionen treden uit de anode in oplossing. De in het metaal achtergebleven elektronen bewegen zich door het metaal als stroom naar het edeler metaal. Met het ijzer gebeurt niets, maar aan het ijzeroppervlak treedt de volgende deelreactie op:

Waterstofionen + elektronen -> waterstofgas

2 H⁺ + 2 e^- -> H₂

Deze deelreactie wordt de kathodische reactie genoemd en de betreffende elektrode heet kathode. Bij deze reactie binden de elektronen zich met waterstofionen die zijn opgelost in water (zuur). Deze reactie is zichtbaar door de vorming van waterstofgasbellen. Liever reageren de elektronen met zuurstof (gas) dat is opgelost in het water volgens de volgende kathodische reactie:

Water + zuurstof + elektronen -> hydroxide-ionen

H₂O + O₂ + 2 e^- -> 2 OH^-

Uit de som van beide deelreactie volgt dat de omringende vloeistof aan de kathode alkalischer wordt hetzij door de vorming van hydroxide-ionen of door het verdwijnen (reageren) van waterstofionen. Dit proces kan oneindig doorgaan, zolang er zuurstof wordt aangevoerd en/of het water zuur genoeg is en er voldoende reactief zink aanwezig is.

Galvanische corrosie kan optreden tussen objecten van verschillende metalen, maar het is ook mogelijk op één object van één soort metaal. Als op een metaal, bijvoorbeeld door een aanwezige walshuid, door temperatuurverschillen of door mechanische spanningen, anodische en kathodische plaatsen ontstaan en hierbij een elektrolyt aanwezig is, dan wordt gesproken van een ‘lokaal element’. Het lokale corrosie-element heeft dan anodische plaatsen die kunnen oplossen en kathodische plaatsen die intact blijven.

Zinkanode

In de praktijk blijft bij bovengenoemd voorbeeld als corrosie-element de zinkelektrode indien beide elektroden dicht opeen zitten (bij een laboratoriumopstelling) niet reactief, doordat de zinkionen op de anode reageren met de hydroxide-ionen van de kathode en samen zinkhydroxide vormen.

Zn²⁺ + 2 OH^- -> Zn(OH)₂

Hierdoor ontstaat op het zink een afsluitende oxidehuid waardoor het corrosieproces sterk wordt vertraagd en zelfs kan stoppen. Bij toepassing van zink als opofferingsanoden dicht bij het object (als op een scheepshuid) dienen deze daarom regelmatig gecontroleerd en gereinigd te worden. Anderzijds wordt er de voorkeur aan gegeven de anode op ruime afstand te plaatsen van het object, om te voorkomen dat het anodeoppervlak blind slaat.

Galvanische corrosie en Kathodische Bescherming

Bij galvanische corrosie gaat een metaal sneller corroderen als het in contact komt met een meer edel metaal (en beide in contact staan met een elektrolyt). Andersom geldt dat een metaal minder snel kan gaan corroderen als het (gecontroleerd) in contact komt met een minder edel metaal (en beide in contact staan met een elektrolyt). Bij kathodische bescherming kan dus gebruik worden gemaakt van dit principe van galvanische corrosie.

Door kunstmatig, met toevoer van elektronen, de anodische plaatsen meer kathodisch te maken, wordt het gehele oppervlak kathodisch en kan geen oplossing van metaal meer plaatsvinden. Dit proces wordt kathodische bescherming genoemd. De enige voorwaarde om het tot stand te brengen, is de aanvoer van voldoende elektronen. Dat kan worden bereikt door negatieve lading in de constructie te brengen, dus door de potentiaal meer negatief te maken. De Belgische onderzoeker Pourbaix heeft vastgesteld dat staal van 25 graden Celsius beschermd is als de potentiaal –600 mV bedraagt, gemeten ten opzichte van een waterstofelektrode. Zie voor de werking en uitvoering van de systemen verder op kathodische bescherming.

Hoe en met welke systemen dit kan worden bereikt leest u verder bij KB systemen.

De eisen die worden gesteld wanneer en hoe KB toe te passen worden beschreven in KB criteria.

Daarnaast verzorgt Vandervelde Protection ook een cursus kathodische bescherming als beschreven in KB cursus.

home - bedrijf - corrosie en KB - KB activiteiten - anti fouling - inspecties en metingen