分析電偶腐蝕的原理與特點(diǎn)

電偶腐蝕是金同構(gòu)件中常見(jiàn)的一種電化學(xué)腐蝕，一般發(fā)生于電解液環(huán)境中的兩種不同金屬或合金之間,也稱為接觸腐蝕或雙金屬腐蝕吧。在工程應(yīng)用中,基于對(duì)材料性能和功能要求.以及對(duì)構(gòu)件成本的考慮,常常需要將兩種或多種材料配合使用,采用焊接、鉚接或螺栓緊固等形式組成連接件。

就結(jié)構(gòu)件而言，若連接防腐不當(dāng)，材料使用壽命下降，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)構(gòu)件在使用周期結(jié)束前發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕損害。如運(yùn)輸管道系統(tǒng)中法蘭等零部件連接處，海洋油氣平臺(tái)管道、西氣東輸埋地管道和核電廠海水管道的連接部位，極易發(fā)生電偶腐蝕，導(dǎo)致管道設(shè)備受到破壞引起泄漏事故，易造成嚴(yán)重的土壤環(huán)境、大氣和海洋水資源污染等150。電偶腐蝕行為不僅會(huì)促使金屬材料腐蝕進(jìn)程加速、產(chǎn)品或構(gòu)件使用壽命降低等問(wèn)題，在實(shí)際服役過(guò)程中還會(huì)因?yàn)閭€(gè)別零件的電偶腐蝕，使整個(gè)系統(tǒng)的服役壽命降低，對(duì)經(jīng)濟(jì)安全造成巨大威脅，腐蝕狀況嚴(yán)重的還可能會(huì)引起人員傷亡事故。

在腐蝕性環(huán)境下，金屬材料與導(dǎo)電非金屬材料.相連接也極易發(fā)生電偶腐蝕。電偶腐蝕的主要研究熱點(diǎn):一是實(shí)驗(yàn)研究異種材料接觸是否會(huì)發(fā)生電偶腐蝕以及腐蝕程度和影響因索0叫;二是從電偶腐蝕發(fā)生條件和影響因素出發(fā)，采用不同防腐技術(shù)對(duì)金屬材料電偶腐蝕進(jìn)行預(yù)防和控制101。然而實(shí)際服役環(huán)境更為復(fù)雜，-些可能在大氣環(huán)境中沒(méi)有表現(xiàn)明顯電偶腐蝕的金屬構(gòu)件在其他環(huán)境，如深海環(huán)境中則會(huì)發(fā)生明顯的電偶腐蝕,事實(shí)上,還有很多特殊環(huán)境條件對(duì)金屬材料電偶腐蝕的影響有待研究。

1、電偶腐蝕原理

電偶腐蝕本質(zhì)上是兩種電極電位不同的金屬、合金或非金屬材料(如碳纖維復(fù)合材料)相接觸構(gòu)成的宏觀原電池腐蝕。在腐蝕性溶液中,接觸區(qū)域電偶對(duì)陽(yáng)極材料首先發(fā)生溶解，腐蝕速率升高,陽(yáng)極材料溶解速度相對(duì)加快,腐蝕受到促進(jìn)作用;而陰極腐蝕過(guò)程受到保護(hù),電偶腐蝕速率減慢凹。以金屬材料為例，異種金屬材料發(fā)生電偶腐蝕基本原理如圖1所示。在該電化學(xué)腐蝕電池中,電位較低金屬材料作為腐蝕原電池陽(yáng)極，陽(yáng)極金屬材料失去電子后陽(yáng)離子通過(guò)腐蝕介質(zhì)到達(dá)陰極材料表面;電位相對(duì)較高金屬材料作為陰極，陰極反應(yīng)一般是氧的還原或析氫過(guò)程叫。由此可知產(chǎn)生電偶腐蝕需具備3個(gè)必要條件叨:第一,兩電極存在電位差,采用不同的金屬或合金材料作為陰陽(yáng)極;第二,存在電子通道,陰陽(yáng)極直接或間接實(shí)現(xiàn)電接觸;第三,存在離子通道,兩電極處于同一腐蝕性電解質(zhì)溶液中。

研究表明,在某-相同腐蝕介質(zhì)下,組合件電偶腐蝕敏感性與電極電位差有很大關(guān)系，兩者之間電位差是產(chǎn)生電偶腐蝕的必要條件和主要驅(qū)動(dòng)力,也是判斷電偶腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)嗎。當(dāng)兩種金屬材料的電極電位差存在較小差異，一般小于閾值電位差50mV時(shí)發(fā)生電偶腐蝕可能性較小，如鑄鐵和鋼、青銅和黃銅接觸就可以不考慮電偶腐蝕效應(yīng);若兩者實(shí)際電位差值≥0.25V時(shí)，金屬材料連接區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生明顯的電偶腐蝕效應(yīng)。

2、電偶腐蝕特點(diǎn)

工程應(yīng)用中金屬材料與其他結(jié)構(gòu)件材料配套使用不可避免，電偶腐蝕幾乎遍布航空、艦船、橋梁、管道、建筑、高速公路和醫(yī)療器械等各大領(lǐng)域。根據(jù)腐蝕外觀形態(tài)觀察可知，電偶腐蝕屬于局部腐蝕的一-種,腐蝕主要集中發(fā)生在金屬材料表面局部區(qū)城,宏觀上易于判別，文獻(xiàn)[24]描述了管道系統(tǒng)中發(fā)生的電偶腐蝕現(xiàn)象，.可知,在碳鋼管和黃銅閥的連接部位腐蝕最為嚴(yán)重。

電偶腐蝕不僅會(huì)加速材料腐蝕進(jìn)程還會(huì)引發(fā)其他一系列局部腐蝕，比如點(diǎn)蝕繼隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫膽等凹,進(jìn)一步加重 腐蝕損害,直至設(shè)備失效。鎂1鋁合金電偶腐蝕對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，電偶腐蝕效應(yīng)加速了鎂合金的全面腐蝕，連接處外圍鐵合金表面腐蝕坑加深四。2E12鋁合金與不銹鋼偶接處與非偶接處腐蝕形貌差異明顯，非偶接時(shí)鋁合金試樣表面腐蝕程度較低，偶接處2E12鋁合金在電偶因素作用下表面發(fā)生嚴(yán)重剝蝕，次表面出現(xiàn)明顯的腐蝕孔洞并伴有二次裂紋,應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象加重叼。文獻(xiàn)[28]描述了黃銅與B10銅鎳合金偶接后電偶腐蝕與非偶接處的腐蝕形貌，電偶腐蝕效應(yīng)明顯加剛黃銅栓狀和層狀脫鋅腐蝕。在3.5%NaCl溶液中, 7B04鋁合金與TA15鈦合金偶接，導(dǎo)致鋁合金電位升高達(dá)到點(diǎn)館電位，加速7B04鋁合金點(diǎn)蝕的產(chǎn)生和發(fā)展。

3、結(jié)語(yǔ)

（1）應(yīng)加強(qiáng)注重金屬材料自身結(jié)構(gòu)因素和實(shí)際工況條件下外部環(huán)境因素對(duì)電偶腐蝕的綜合影響,并對(duì)特殊環(huán)境下三電偶體系以及多金屬電偶體系腐蝕進(jìn)行深人探索。

（2）改進(jìn)傳統(tǒng)電偶腐蝕防護(hù)措施，研制新型電偶腐蝕防護(hù)技術(shù)，將傳統(tǒng)的電偶腐蝕防護(hù)技術(shù)與新型防腐技術(shù)進(jìn)行對(duì)比研究;同時(shí)考慮將多種防護(hù)措施結(jié)合使用,保證桐接件的長(zhǎng)期有效防護(hù)。

（3）研究電磁場(chǎng)環(huán)境下不同材料間電偶腐蝕防護(hù)機(jī)理,探尋磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)取向和工頻磁場(chǎng)對(duì)電偶腐蝕影響規(guī)律,設(shè)計(jì)新型磁場(chǎng)防腐裝置,采用電磁場(chǎng)物理防護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備結(jié)構(gòu)件安全可幸服役。