电偶腐蚀

电偶腐蚀简述

电偶腐蚀简述

摘要。电偶腐蚀（亦称接触腐蚀），是指当两种或者两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池。电偶腐蚀是一种普遍存在的且危害极大的腐蚀形成，它广泛地存在石油、天然气、船舶、航空和建筑工业等行业中，一旦发生则极有可能造成严重的损失。本文主要介绍了关于电偶腐蚀的基本相关知识，包括电偶腐蚀的概念、形成原因、影响因素以及如何判断是否形成了电偶腐蚀及其预防措施。

关键字：电偶腐蚀；金属接触；电位差；预防措施

1.电偶腐蚀的基本简介

由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀（galvanic corrosion），亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。当两种或两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池，电位较正的金属为阴极，发生阴极反应，导致其腐蚀过程受到抑制;而电位较负的金属为阳极，发生阳极反应，导致其腐蚀过程加速。它是一种危害极为广泛和可能产生严重损失的腐蚀形式，广泛地存在于船舶、油气、航空、建筑工业和医疗器械中。它会造成热交换器、船体推进器、阀门、冷凝器与医学植入件的腐蚀失效，是一种普遍存在的腐蚀类型。电偶腐蚀往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等其他各种类型的局部腐蚀，从而加速设备的破坏。

两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀，又称接触腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀原理见图1。发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀，而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。图2为现实中几个电偶腐蚀的例子。

图2 电偶腐蚀的实例

合金中呈现不同电极电位的金属相、化合物、组分元素的贫化或富集区，以及氧化膜等也都可能与金属间发生电偶现象，钝化与浓差效应也会形成电偶型的腐蚀现象，这些微区中的电偶现象通常称为腐蚀微电池，不称作电偶腐蚀。

在工程技术中，不同金属的组合是不可避免的，几乎所有的机器、设备和金属结构件都是由不同的金属材料部件组合而成，电偶腐蚀非常普遍。利用电偶腐蚀的原理可以采用贱金属的牺牲对有用的部件进行牺牲阳极阴极保护。

2.电偶腐蚀形成的原因

不同金属接触产生电偶腐蚀必须具备三个条件：一定的电位差、存在腐蚀电解液（形成电子通道）、电连接（金属间接触区）。三个条件缺一不可。以下用内衬不锈钢复合钢管为例。

内衬不锈钢复合钢管是通过冷滚压复合技术,将内管为不锈钢，外管镀锌钢管复合而成。它分成：

(1) 适量复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量大于25μ，复合强度为大于0.2 MPa；

(2) 过盈复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量5～25μ，复合强度为2～4Mpa；

(3) 过量复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量小于5μ，复合强度为大于4Mpa。电位差

电位较正的“不锈钢管”和电位较负的“碳钢管”偶接，“不锈钢管”呈阴极，“碳钢管”呈阳极，二者的电位差越大则电偶腐蚀倾向愈大。

形成电子通道

经导线连接或直接接触后形成电子通道。“碳钢管”中的铁失去的电子到达“不锈钢管”表面被腐蚀剂吸收(内衬不锈钢复合钢管，没有电解质成为离子通道"面积")。

金属间接触区

两种金属的接触区有电解质覆盖或浸没。“碳钢管”中的铁失去的电子形成离子进去溶液，“不锈钢管”表面的电子被电解质中的腐蚀剂（如空气中的氧）拿走。电解质成为离子通道。

内衬不锈钢复合钢管，没有电解质成为离子通道；没有铁失去的电子形成离子进去溶液；只有两金属电位差。因此，没有形成电偶腐蚀。

3.电偶腐蚀的判断及其影响因素

3.1 判断

根据电化学理论可以对电偶腐蚀现象作定性判断，但对腐蚀的结果还难以作出动力学分析。各种常见的金属或合金在某些腐蚀介质内的标准电极电位虽已充分了解，但还不能由此确定电偶腐蚀的速度及其结果的实际图像，也就是还不能从电偶中不同金属的可逆电极电位之差直接得到各部位电偶腐蚀速度的定量关系。在工程设计中，往往需要结合在实际介质中的腐蚀电位和可能掌握的极化曲线特征作出判断，并作必要的实际测定和验证。在腐蚀过程中，随着条件的变化，金属的电偶腐蚀偶序有可能发生变化，甚至出现极性倒转。此外，电偶腐蚀的结果也直接与电极的面积大小有关。

3.2 影响因素

影响电偶腐蚀速度的因素主要有：①所形成的电偶间的电极电位差;②腐蚀介质的电导；

③金属表面的极化和由于阴、阳极反应生成表面膜或腐蚀产物的影响；④电偶间的空间布置（几何因素）。电偶腐蚀速度，在数量上服从法拉第电解定律。两金属之间的电极电位差愈大、电流愈大，则腐蚀愈快。电路中的各种电阻则按欧姆定律影响电偶腐蚀电流，介质的电导率高，则加速电偶腐蚀(可参考水溶液电解、电势-pH图)。

电偶作用有时也会促进阴极的破坏，如等面积的铝（阴极）和镁(阳极)在海水中，电偶作用将加速镁阳极的腐蚀,而在充气条件下阴极表面上的主要产物OH-也会同时促进铝的破坏，所以电偶中的两极最终都会加剧腐蚀。

偶对中的阴极和阳极的面积的相对大小，对腐蚀速度影响很大。在—般情况下，随着阴极对阳极面积的比值增加，腐蚀速度增加。阴、阳极面积比对阳极的腐蚀速度影响可以样来解释：在氢去极化时，腐蚀电流密度为阴极电流控制，阴极面积越大，阴极电流密度越小，阴极上氢超电压就越小，氢去极化速度亦越大，结果阳极的溶解速度增加。在氧去极化腐蚀时，其腐蚀速度为氧扩散条件控制，若阴极的面积相对增加，则溶解氧更易抵达阴极表面进行还原反应，围而扩散电流增加，导致阳极的加速溶解。

从生产实际来看，不同金属偶合起来，在不同的电极面积比下，对阳极的腐蚀速度就有不同的加速作用。铜板用钢铆钉铆接，前者属于大阳极——小阴极的结构，后者属于大阴

极——小阳极的结构。从防腐的角度考虑，大阴极—小阳极的连接结构是危险的，因为它可使腐蚀电流急剧增加，连接结构很快受到破坏。而大阳极一小阴极的结构则较为安全，因为阳极面积大，阳极溶解速度相对减小，不至于短期内引起连接结构的破坏。

4.防止措施

电偶腐蚀的主要防止措施有：①选择在工作环境下电极电位尽量接近（最好不超过50毫伏）的金属作为相接触的电偶对；②减小较正电极电位金属的面积，尽量使电极电位较负的金属表面积增大；③尽量使相接触的金属电绝缘,并使介质电阻增大；④充分利用防护层,或设法外加保护电位。选择防护方法时应考虑面积律的影响，以及腐蚀产物的影响等。

1.设计与组装：①尽量选择在电偶序中位置靠近的金属组合，尽量避免“大阴极—小阳极”的组合结构。②不同金属部件之间应采取绝缘，阴极部件金属应采用易于更换且较为价廉的材料。③使用介质不一定有现成的电偶序，需要预先实验。

2.涂层或镀层：在金属上使用金属镀层或者非金属镀层，不要仅把阳极性材料覆盖起来，应同时将阴极材料覆盖起来。如果只涂覆与阳极上，由于涂层多孔性或局部剥落则会导致小阳极—大阴极组合。同时采用金属镀层时应在两种金属表面镀同一种金属镀层。

3.阴极保护：可采用外加电源对整个设备施行阴极保护；可以安装一块电位比两种金属更负的第三金属使他们都变为阴极。

4.缓蚀剂：在允许条件下，向介质中加入缓蚀剂。如在钢+铜接触的封闭热水系统中加入适当的水溶性缓蚀剂。

参考文献：

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