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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：中國腐蝕與防護網來源：中國腐蝕與防護網分享至：

電偶腐蝕

是指由于腐蝕電位不同，異種金屬處于同一介質中，彼此接觸或通過其他導體連通，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，用鐵鉚釘聯結的銅板在潮濕的空氣中會發生接觸腐蝕，鐵為陽極，發生溶解而被腐蝕；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動力。當兩種不同的金屬在導電性的水溶液中時，兩種金屬之間通常存在著電位差。產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導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“不銹鋼管”表面被腐蝕劑吸收。

03 電解質

電偶腐蝕需要在兩種金屬的接觸區有電解質覆蓋或浸沒。“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中的腐蝕劑（如空氣中的氧）拿走，電解質即成為離子通道。

電偶腐蝕的特點

在工程技術中，不同金屬的組合是不可避免的，幾乎所有的機器、設備和金屬結構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。由于結構功能的要求，典型的船舶結構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，船體設備上異種金屬接觸，在海水中發生的電偶腐蝕會給船舶的安全性和結構的完整性帶來了嚴重危害；在冷卻水系統中，電偶腐蝕也經常發生。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物OH-也會同時促進鋁的破壞，所以電偶中的兩極最終都會加劇腐蝕。

發生電偶腐蝕時，電極電位較負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，電偶腐蝕越嚴重。一般一對接觸著的金屬在特定環境中，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，不同的環境中，電位有時會出現逆轉現象。如鋅-鋼電偶對，在電解質溶液中鋅被腐蝕；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中的實際電位（非平衡）的次序，不同介質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準條件下測定的熱力學平衡電位的序。

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

Al和Mg在中性NaCl溶液中接觸，開始時Al比Mg的電位正，Mg發生陽極溶解；隨后Mg的溶解使介質變成堿性，電位出現逆轉，Al變成陽極。

防止電偶腐蝕的措施

根據電偶腐蝕的特點，只有改變三個必要條件中的一個，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防電偶腐蝕。

（1）在設計時，盡量避免異種金屬或合金相互接觸。若不可避免時，應盡量選取電位序相近的材料組合，即在工作環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，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的金屬表面積增大。

（3）在允許的條件下，在介質中加入緩蝕劑，以減緩介質的腐蝕性。

（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中與其他結構材料接觸的時候，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，又能阻斷外部介質滲透進來。同時又要求一旦介質滲透到達鎂合金表面，能使鎂合金表面處于鈍化狀態，這就對底漆提出了更高的要求。

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