前期寫過一篇文章《鍍錫銅排中的銅和錫接觸會發(fā)生電化學腐蝕嗎》講了鍍錫銅排中其不會發(fā)生電化學腐蝕的原理以及關(guān)鍵風險點,但是今天有同仁問:銅鋁過渡端子為什么不發(fā)生電化學腐蝕,從原理上它也是銅和鋁相聯(lián)的,應該容易發(fā)生電化學腐蝕。原本想讓他直接看我的上面提到的鍍錫銅排電化學腐蝕的文章,但是仔細一想,還有一定差異,畢竟銅鋁過渡端子是銅和鋁分開的結(jié)構(gòu),不同于鍍錫銅排錫全包圍銅的結(jié)構(gòu)。
那下面就針對這個問題談下我的看法:
一、銅與鋁如何發(fā)生電化學腐蝕?
首先說,銅和鋁接觸確實會發(fā)生電化學腐蝕,其機理與前面文章講銅和錫發(fā)生電化學腐蝕的機理一致,首先是因為銅和鋁在電化學系列中具有不同的電極電位。當兩種不同的金屬接觸并且處于電解質(zhì)環(huán)境中時,它們之間會形成一個微型的原電池。在這個原電池中,電極電位較低的金屬(在這種情況下是鋁)會作為陽極溶解,而電極電位較高的金屬(銅)則作為陰極。
也就是說,鋁比銅更活潑(初中時候背誦的鉀鈣鈉鎂鋁,鋅鐵錫鉛氫,銅汞銀鉑金,到現(xiàn)在仍舊張口就來),然后在電化學腐蝕過程中,鋁會失去電子被氧化,而銅則接受這些電子被還原。因此,理論上在銅和鋁接觸的情況下,鋁會逐漸溶解,而銅則保持相對穩(wěn)定。
當然以上電化學腐蝕的發(fā)生是需要條件的,不是有銅有鋁就可以,條件如下:
1.兩種金屬必須直接或間接接觸,也就是必須要具備能形成電化學回路的條件,使金屬間形成電連接。
2.存在電解質(zhì)溶液(如水、潮濕空氣或含有鹽分的環(huán)境),電解質(zhì)溶液充當了離子導體的角色,允許電子流動。
3.兩種金屬之間存在電位差。銅和鋁之間存在電位差。在電化學系列中,鋁的電極電位比銅更低,因此鋁更傾向于失去電子而被氧化。
4.適當?shù)沫h(huán)境條件:溫度、濕度和pH值等環(huán)境因素都會很大程度影響電化學腐蝕的速度和程度。
以上四點缺一不可。
二、為何銅鋁過渡端子不發(fā)生電化學腐蝕?
為何一般情況下銅鋁過渡端子不發(fā)生電化學腐蝕,其實就是對照上面四點,至少有一種條件不滿足,具體分析如下:
一、工藝設(shè)計保障:使上述條件2不滿足。
銅鋁過渡端子在設(shè)計上采用了嚴格的冶金結(jié)合工藝,使銅和鋁兩種金屬在界面處實現(xiàn)緊密結(jié)合,形成一個均勻、致密的過渡區(qū)域,而非簡單的機械連接,能夠有效地減少兩種金屬之間的間隙,避免空氣、水分等腐蝕介質(zhì)的侵入。銅鋁過渡端子的定義按照《GBT 14315-2008 電力電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》如下:
有的銅鋁過渡端子還會在界面處添加特殊的中間層材料,如過渡金屬層或合金層,以進一步阻止銅和鋁之間的直接接觸,從而避免電化學腐蝕的發(fā)生。這種中間層材料通常具有良好的導電性和耐腐蝕性,能夠在銅和鋁之間起到隔離和緩沖的作用,防止兩種金屬之間的電子轉(zhuǎn)移和離子擴散。
二、較好的應用環(huán)境和工藝材料特性:使上述條件4不滿足。
對于銅鋁過渡端子的使用環(huán)境來說,很難存在溫濕度、PH值惡劣的環(huán)境,畢竟電力運行環(huán)境對于溫度,濕度都有要求。另外,鋁很容易在空氣中形成致密的氧化層,表面其實是非金屬化的,即使其作為犧牲陽極,腐蝕速度也是非常慢的。
從設(shè)計工藝角度,對于特殊要求或者應用特殊環(huán)境的銅鋁過渡端子,還需要考慮金屬接觸面的最小化或者加入防腐蝕材料,如特殊的絕緣涂層或防腐劑。同時會考慮到如何最小化電化學腐蝕的風險,比如通過優(yōu)化接觸面的形狀和大小。
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