分析電偶腐蝕的原理與特點

電偶腐蝕是金同構件中常見的一種電化學腐蝕，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。在工程應用中,基于對材料性能和功能要求.以及對構件成本的考慮,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。

就結構件而言，若連接防腐不當，材料使用壽命下降，會導致系統(tǒng)構件在使用周期結束前發(fā)生嚴重的腐蝕損害。如運輸管道系統(tǒng)中法蘭等零部件連接處，海洋油氣平臺管道、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，導致管道設備受到破壞引起泄漏事故，易造成嚴重的土壤環(huán)境、大氣和海洋水資源污染等150。電偶腐蝕行為不僅會促使金屬材料腐蝕進程加速、產品或構件使用壽命降低等問題，在實際服役過程中還會因為個別零件的電偶腐蝕，使整個系統(tǒng)的服役壽命降低，對經濟安全造成巨大威脅，腐蝕狀況嚴重的還可能會引起人員傷亡事故。

在腐蝕性環(huán)境下，金屬材料與導電非金屬材料.相連接也極易發(fā)生電偶腐蝕。電偶腐蝕的主要研究熱點:一是實驗研究異種材料接觸是否會發(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)，采用不同防腐技術對金屬材料電偶腐蝕進行預防和控制101。然而實際服役環(huán)境更為復雜，-些可能在大氣環(huán)境中沒有表現(xiàn)明顯電偶腐蝕的金屬構件在其他環(huán)境，如深海環(huán)境中則會發(fā)生明顯的電偶腐蝕,事實上,還有很多特殊環(huán)境條件對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(如碳纖維復合材料)相接觸構成的宏觀原電池腐蝕。在腐蝕性溶液中,接觸區(qū)域電偶對陽極材料首先發(fā)生溶解，腐蝕速率升高,陽極材料溶解速度相對加快,腐蝕受到促進作用;而陰極腐蝕過程受到保護,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。在該電化學腐蝕電池中,電位較低金屬材料作為腐蝕原電池陽極，陽極金屬材料失去電子后陽離子通過腐蝕介質到達陰極材料表面;電位相對較高金屬材料作為陰極，陰極反應一般是氧的還原或析氫過程叫。由此可知產生電偶腐蝕需具備3個必要條件叨: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極;第二,存在電子通道,陰陽極直接或間接實現(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溶液中。

研究表明,在某-相同腐蝕介質下,組合件電偶腐蝕敏感性與電極電位差有很大關系，兩者之間電位差是產生電偶腐蝕的必要條件和主要驅動力,也是判斷電偶腐蝕傾向的熱力學判據(jù)嗎。當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;若兩者實際電位差值≥0.25V時，金屬材料連接區(qū)域將會發(fā)生明顯的電偶腐蝕效應。

2、電偶腐蝕特點

工程應用中金屬材料與其他結構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[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重。

電偶腐蝕不僅會加速材料腐蝕進程還會引發(fā)其他一系列局部腐蝕，比如點蝕繼隙腐蝕、應力腐蝕和氫膽等凹,進一步加重 腐蝕損害,直至設備失效。鎂1鋁合金電偶腐蝕對比實驗表明，電偶腐蝕效應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)生嚴重剝蝕，次表面出現(xiàn)明顯的腐蝕孔洞并伴有二次裂紋,應力腐蝕開裂現(xiàn)象加重叼。文獻[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，導致鋁合金電位升高達到點館電位，加速7B04鋁合金點蝕的產生和發(fā)展。

3、結語

（1）應加強注重金屬材料自身結構因素和實際工況條件下外部環(huán)境因素對電偶腐蝕的綜合影響,并對特殊環(huán)境下三電偶體系以及多金屬電偶體系腐蝕進行深人探索。

（2）改進傳統(tǒng)電偶腐蝕防護措施，研制新型電偶腐蝕防護技術，將傳統(tǒng)的電偶腐蝕防護技術與新型防腐技術進行對比研究;同時考慮將多種防護措施結合使用,保證桐接件的長期有效防護。

（3）研究電磁場環(huán)境下不同材料間電偶腐蝕防護機理,探尋磁場強度、磁場取向和工頻磁場對電偶腐蝕影響規(guī)律,設計新型磁場防腐裝置,采用電磁場物理防護技術實現(xiàn)裝備結構件安全可幸服役。