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一文詳解電偶腐蝕的形成及防護

2022-02-07 18:28:16 作者：中國腐蝕與防護網(wǎng) 來源：中國腐蝕與防護網(wǎng) 分享至：

電偶腐蝕

是指由于腐蝕電位不同，異種金屬處于同一介質(zhì)中，彼此接觸或通過其他導(dǎo)體連通，造成異種金屬接觸部位的局部腐蝕，因此電偶腐蝕也稱接觸腐蝕或異（雙）金屬腐蝕。

電偶腐蝕原理示意

例如，用鐵鉚釘聯(lián)結(jié)的銅板在潮濕的空氣中會發(fā)生接觸腐蝕，鐵為陽極，發(fā)生溶解而被腐蝕；碳鋼和銅相接觸，在同一電解液中組成的電偶，使鋼的腐蝕比其單獨存在時加大。

產(chǎn)生電偶腐蝕的三個必要條件

01 電位差

電位差是形成電偶腐蝕的驅(qū)動力。當(dāng)兩種不同的金屬在導(dǎo)電性的水溶液中時，兩種金屬之間通常存在著電位差。產(chǎn)生電偶腐蝕的前提是陰陽兩極必須具有一定的電位差。比如電位較正的“不銹鋼管”和電位較負(fù)的“碳鋼管”偶接，“不銹鋼管”呈陰極，“碳鋼管”呈陽極，電位差越大則電偶腐蝕傾向愈大。

02 電子通道

電子通道是電偶腐蝕需要經(jīng)導(dǎo)線連接或直接接觸后形成電子通道。“碳鋼管”中的鐵失去的電子到達(dá)“不銹鋼管”表面被腐蝕劑吸收。

03 電解質(zhì)

電偶腐蝕需要在兩種金屬的接觸區(qū)有電解質(zhì)覆蓋或浸沒。“碳鋼管”中的鐵失去的電子形成離子，“不銹鋼管”表面的電子被電解質(zhì)中的腐蝕劑（如空氣中的氧）拿走，電解質(zhì)即成為離子通道。

電偶腐蝕的特點

在工程技術(shù)中，不同金屬的組合是不可避免的，幾乎所有的機器、設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)件都是由不同的金屬材料部件組合而成，電偶腐蝕非常普遍。

電偶腐蝕是一種常見的局部腐蝕類型，所帶來的腐蝕后果也是觸目驚心的。由于結(jié)構(gòu)功能的要求，典型的船舶結(jié)構(gòu)使用了各種金屬材料的組合，海水是自然界中腐蝕性很強的介質(zhì)，船體設(shè)備上異種金屬接觸，在海水中發(fā)生的電偶腐蝕會給船舶的安全性和結(jié)構(gòu)的完整性帶來了嚴(yán)重危害；在冷卻水系統(tǒng)中，電偶腐蝕也經(jīng)常發(fā)生。換熱器中黃銅換熱管和碳鋼管板或鋼制水室之間在冷卻水中會發(fā)生電偶腐蝕。在腐蝕過程中，被加速腐蝕的是很厚的鋼制管板或水室，而不是薄的銅管。電偶作用有時也會促進(jìn)陰極的破壞，如等面積的鋁（陰極）和鎂（陽極）在海水中，電偶作用將加速鎂陽極的腐蝕，而在充氣條件下陰極表面上的主要產(chǎn)物OH-也會同時促進(jìn)鋁的破壞，所以電偶中的兩極最終都會加劇腐蝕。

發(fā)生電偶腐蝕時，電極電位較負(fù)的金屬通常會加速腐蝕，而電極電位較正的金屬的腐蝕則會減慢。兩種金屬的電極電位相差越大，電偶腐蝕越嚴(yán)重。一般一對接觸著的金屬在特定環(huán)境中，比較不耐腐蝕的金屬是陽極。在腐蝕過程中，隨著條件的變化，不同的環(huán)境中，電位有時會出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如鋅-鋼電偶對，在電解質(zhì)溶液中鋅被腐蝕；在某些生活用水中，溫度大于82℃時，鋼被腐蝕。

電偶序與電動序

01 電偶序

實際金屬或合金在特定的介質(zhì)中的實際電位（非平衡）的次序，不同介質(zhì)中具有不同的電偶序。

電偶腐蝕的推動力：接觸金屬的電位差是電偶腐蝕的推動力。

02 電動序

金屬置于含有金屬鹽的溶液中在標(biāo)準(zhǔn)條件下測定的熱力學(xué)平衡電位的序。

實際腐蝕體系：非純金屬、夾雜或合金、鈍化膜——電動序并不適合。

材料在電偶序中的位置，只能反映其腐蝕傾向，不能表示其腐蝕速率。

電位逆轉(zhuǎn)

Al和Mg在中性NaCl溶液中接觸，開始時Al比Mg的電位正，Mg發(fā)生陽極溶解；隨后Mg的溶解使介質(zhì)變成堿性，電位出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，Al變成陽極。

防止電偶腐蝕的措施

根據(jù)電偶腐蝕的特點，只有改變?nèi)齻€必要條件中的一個，雙金屬腐蝕即被終止，可采取電鍍、涂刷涂料以及加入緩蝕劑等方式來預(yù)防電偶腐蝕。

（1）在設(shè)計時，盡量避免異種金屬或合金相互接觸。若不可避免時，應(yīng)盡量選取電位序相近的材料組合，即在工作環(huán)境下電極電位盡量接近（最好不超過50mV）的金屬作為相接觸的電偶對，盡量避免大陰極-小陽極的面積組合。

（2）電偶腐蝕與雙金屬接觸面積有關(guān)，接觸面積越大，腐蝕越輕。減小較正電極電位金屬的面積，盡量使電極電位較負(fù)的金屬表面積增大。

（3）在允許的條件下，在介質(zhì)中加入緩蝕劑，以減緩介質(zhì)的腐蝕性。

（4）施工中可考慮在不同金屬材料的連接處加以絕緣，盡量使相接觸的金屬電絕緣，并使介質(zhì)電阻增大。如在法蘭連接處所有接觸面均用絕緣防護材料做墊圈或涂層保護。

（5）對于一些必須裝在一起的小零件，必須采用表面處理。如對鋼件法蘭表面鍍鋅，對鋁合金表面進(jìn)行陽極氧化。這些表面膜在大氣中的電阻較大，可以用來減輕電偶的腐蝕。

（6）在兩種不同金屬之間插入第三種金屬材料，減小電位差。

（7）要考慮到易于腐蝕的陽極部件在維修時更換或修理，把容易更換的部件作為陽極，并使其厚度加大，以延長壽命。

（8）采用涂料涂層。在使用涂層時必須把涂料涂裝在陰極性金屬上，這樣可以顯著減小陰極面積。如果涂在陽極表面上，因涂層的多孔性，可能使部分陽極表面暴露于介質(zhì)中，反而會造成大陰極-小陽極的面積組合而加速腐蝕。如鎂合金在中性介質(zhì)中與其他結(jié)構(gòu)材料接觸的時候，其腐蝕為氫去極化的電偶腐蝕。這就要求涂料對鎂合金有很好的附著性，又能阻斷外部介質(zhì)滲透進(jìn)來。同時又要求一旦介質(zhì)滲透到達(dá)鎂合金表面，能使鎂合金表面處于鈍化狀態(tài)，這就對底漆提出了更高的要求。

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