حفاظت کاتدی چیست؟ روش مؤثر برای جلوگیری از خوردگی فلزات

مقدمه

خوردگی فلزات به‌ویژه در محیط‌های مرطوب یا خورنده، خسارت‌های زیادی به تجهیزات، سازه‌ها و صنایع وارد می‌کند. یکی از مهم‌ترین روش‌های علمی و عملی برای پیشگیری از این پدیده، استفاده از حفاظت کاتدی (Cathodic Protection) است. این روش بر پایه اصول الکتروشیمی و واکنش‌های اکسایش-کاهش عمل می‌کند.

حفاظت کاتدی چیست؟

حفاظت کاتدی روشی است که در آن، فلز اصلی (مانند آهن) به کاتد یک سلول الکتروشیمیایی تبدیل می‌شود تا از اکسایش آن جلوگیری شود. چون اکسایش در آند رخ می‌دهد، با قرار دادن یک فلز فعال‌تر یا اعمال جریان خارجی، خوردگی از فلز هدف دور نگه داشته می‌شود.

انواع روش‌های حفاظت کاتدی

1. حفاظت کاتدی با آند فداشونده

در این روش، فلزی فعال‌تر مانند روی (Zn)، منیزیم (Mg) یا آلومینیوم (Al) به آهن متصل می‌شود. فلز فعال‌تر دچار اکسایش می‌شود و آهن بدون تغییر باقی می‌ماند.

واکنش آند فداشونده:
⁻Zn → Zn²⁺ + 2e

واکنش در سطح آهن (کاتد):
⁻Fe + e → (هیچ واکنش اکسایشی رخ نمی‌دهد؛ آهن محافظت می‌شود)

2. حفاظت کاتدی با جریان خارجی

در این روش، از یک منبع جریان مستقیم (DC) خارجی استفاده می‌شود. جریان به گونه‌ای تنظیم می‌شود که فلز مورد نظر (مانند بدنه کشتی یا مخزن زیرزمینی) به کاتد تبدیل شود. آند در این روش از موادی مانند گرافیت، سیلیکون-آهن یا پلاتین ساخته می‌شود.

تفاوت بین دو روش حفاظت کاتدی

کاربردهای حفاظت کاتدی

• بدنه کشتی‌ها و زیردریایی‌ها
• خطوط لوله نفت و گاز زیرزمینی
• مخازن ذخیره آب و مواد شیمیایی
• دکل‌ها، پل‌ها و اسکله‌ها
• بتن‌های مسلح در محیط‌های مرطوب

مزایای حفاظت کاتدی

• افزایش عمر مفید سازه‌های فلزی
• کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیر
• عملکرد مؤثر در محیط‌های بسیار خورنده
• قابلیت استفاده همزمان با رنگ یا پوشش‌های دیگر

معایب احتمالی حفاظت کاتدی

• نیاز به پایش و نگهداری منظم
• هزینه بیشتر در روش جریان خارجی
• مصرف تدریجی آندهای فداشونده

جمع‌بندی

حفاظت کاتدی یک روش مؤثر و علمی برای جلوگیری از خوردگی فلزات مهم مانند آهن و فولاد است. با تبدیل فلز به کاتد، یا از طریق فلز فداکار یا جریان خارجی، می‌توان از اکسایش آن جلوگیری کرد. این روش به طور گسترده در صنایع نفت، گاز، حمل‌ونقل و ساخت‌وساز استفاده می‌شود.