电偶腐蚀——原因、机理和预防

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电偶腐蚀，又称接触腐蚀、双金属腐蚀或双金属腐蚀，是一种电化学腐蚀，当两种不同的金属或合金相互电接触并同时浸入导电环境（即电解质）中时就会发生。

在这种情况下，它就产生了 原电池一种材料成为阳极并发生加速腐蚀，而另一种材料则作为阴极并受到保护。电偶腐蚀在各种材料制成的结构中都十分常见，尤其是在水处理、化工、海洋、能源和建筑设施中，以及不锈钢与碳钢、铝、铜或其他金属的连接处。

什么是电偶腐蚀？

电偶腐蚀是由于两种不同金属材料之间存在电化学电位差而引起的。
如果材料是：

• 电气连接，
• 同时它们还会与电解液接触。

它们之间可以开始流动电流。
具有更活跃电位的金属会变成 阳极 并发生加速溶解。
金属变得更贵金属。 阴极 而且其腐蚀程度有限。

电偶腐蚀发生的条件

典型的电偶腐蚀要发生，必须满足三个基本条件：

如果这些条件中的任何一个被消除，原电池的运行就会中断。

原电池的工作原理是什么？

在两种不同金属组成的系统中，一种材料成为阳极，另一种材料成为阴极。
金属氧化过程发生在阳极：
M → Mⁿ⁺ + ne ^-
金属原子以离子的形式进入电解液。这代表着物质的实际损失。
电子通过金属结流向阴极，在那里发生还原反应。

有效：

• 阳极腐蚀速度更快。
• 阴极受到保护。

电解质可能是什么？

电解液不必是强酸或强化学溶液。

实际上，以下方法可能就足够了：

• 海水，
• 自来水
• 技术水，
• 雨水，
• 大气湿度
• 冷凝液，
• 盐溶液
• 湿润的土壤，
• 化学环境。

一种特别有效的电解质是含有溶解盐的水。
因此，电偶腐蚀问题在海洋环境和氯化物存在的情况下尤为重要。

金属的电化学序列

可以根据以下几点粗略评估对电偶腐蚀的敏感性： 电化学序列 特定于特定环境。
位于该系列中活性较高的金属更倾向于作为阳极。
更贵重的材料更倾向于表现为阴极。
例如，可以以如下方式简化展示海洋环境中物质的分布：

这是一份示例清单。 材料在电化学序列中的位置取决于环境及其表面状况。
因此，不应将电化学序列视为适用于所有情况的通用表格。

不锈钢和碳钢

不锈钢和普通碳钢之间是一种非常常见的连接方式。
在许多环境下，惰性不锈钢比碳钢更具优势。
将两种材料在电解质存在下混合后：

• 不锈钢可以作为阴极，
• 碳钢会成为阳极，腐蚀速度更快。

但这并不意味着不锈钢和碳钢的每种组合都会自动导致严重的腐蚀。
同样重要的是：

• 环境类型
• 电解质电导率
• 两种材料的表面积比，
• 润湿时间，
• 温度，
• 结构的几何形状。

不锈钢和铝

铝和不锈钢的组合需要特别注意。
在许多环境下，处于钝化状态的不锈钢比铝更具优势。
如果铝与不锈钢电连接并形成电解质，则铝可以成为阳极。
以下情况风险尤其高：

• 海洋环境
• 道路盐的存在
• 恒定湿度条件
• 结构中大面积为不锈钢，小面积为铝。

此类连接中通常会使用电绝缘材料。

不锈钢和铜

不锈钢和铜可以在同一装置中使用，但应针对具体环境评估发生电化学反应的可能性。
在导电的水中，物质之间的电位差会导致原电池的形成。
最重要的是：

• 水的成分
• 温度，
• 导电性
• 材料的表面积比
• 流动条件。

阳极与阴极表面积比

决定电偶腐蚀速率的最重要因素之一是 阴极表面积与阳极表面积之比.
情况尤其危险：
小阳极 + 大阴极
较大的阴极表面积可以维持显著的阴极反应，而阳极溶解过程则集中在一个较小的区域内。
这会导致极高的阳极电流密度，并可能导致活性较低的金属快速局部破坏。

小阳极和大阴极——示例

想象一下，一小块碳钢连接到一大块不锈钢表面上。
如果结构被电解液润湿：

• 碳钢可以作为阳极，
• 不锈钢可以作为大型阴极。

整个阳极加工过程随后集中在一小块碳钢上。
与完全由碳钢制成的部件相比，腐蚀速度可能会快得多。

大阳极和小阴极

以下安排更为有利：
大阳极 + 小阴极
阳极电流随后分布在一个较大的表面上。
阳极单位面积的腐蚀电流密度较低，因此局部腐蚀速率可以低得多。

例如——钢结构中的不锈钢螺钉

安装在大型碳钢部件中的小型不锈钢螺钉通常会形成更有利的表面积比：

• 小阴极 – 不锈钢螺丝，
• 大型阳极——碳钢结构。

反过来则可能更加危险。
连接到大面积不锈钢表面的小型碳钢元件可能会发生非常严重的电偶腐蚀。

保护涂层受损和电偶腐蚀

当一种不太优良的材料被保护涂层覆盖，但涂层局部受损时，就会出现一种特别危险的情况。
如果一小块裸露的材料成为大面积阴极表面的阳极，腐蚀可能会集中在损坏点。
因此，在不同金属体系中应用保护涂层的方法需要仔细考虑。

钢材镀锌——利用电化学现象

电流现象并非总是不利的。
它可以用来保护金属。
一个经典的例子是 镀锌钢.
锌的电化学活性比钢高。
如果锌涂层局部受损，锌可能会充当阳极，而不是裸露的钢材发生腐蚀。
这就是所谓的 牺牲保护.

牺牲阳极

电流现象也用于阴极保护。
将电化学活性更高的金属连接到受保护的结构上，并有意使其发生腐蚀。
使用的阳极材料包括但不限于以下几种：

• 锌
• 镁，
• 铝。

这种阳极被称为 牺牲阳极 或电化学阳极。
它们主要用于保护：

• 船体
• 管道，
• 坦克，
• 海洋结构物
• 地下钢结构设施。

两种不同等级的不锈钢会发生电偶腐蚀吗？

两种不同等级不锈钢的组合不一定会造成严重的电偶腐蚀。
如果两种材料都处于钝化状态，并且在给定的环境中具有相似的电势，则电势差可能很小。
因此，诸如此类的连接包括：

• 304L 和 316L，
• 316L 和 904L，
• 316L 带双联 2205

在许多环境下均可正常运行，不会出现严重的电化学问题。
但是，始终应该根据实际运行情况来评估形势。

不锈钢的活性和钝化状态

对于不锈钢而言，表面状况尤为重要。
处于钝化状态的不锈钢表面覆盖着一层钝化层，表现出相对较高的电化学电位。
如果钝化层被破坏，材料局部活性增强，其电化学行为会发生显著变化。
因此，在评估电偶腐蚀风险时，仅仅知道钢材牌号或编号是不够的。

电位差是否足以预测腐蚀速率？

聂。
材料间较大的电位差表明可能发生电偶腐蚀，但这本身并不能决定电偶腐蚀的实际速率。
同样重要的是：

• 阴极反应动力学，
• 材料的极化，
• 电解质电导率
• 温度，
• 获得氧气的机会
• 阴极和阳极表面积比，
• 元素之间的距离
• 结构的几何形状。

因此，简单的势能表不应成为选择材料的唯一依据。

电解质电导率的影响

环境的导电性越强，电流就越容易在原电池中流动。
因此，它尤其危险。 woda morska由于其溶解盐含量高，因此是一种良好的电解质。
在电导率很低的水中，电偶相互作用可能要弱得多，而且空间范围也更有限。

海水中的电偶腐蚀

海洋环境为原电池的形成创造了非常好的条件。
以下事件同时发生在那里：

• 高电解质电导率，
• 氯化物，
• 与水持续或周期性接触，
• 大量不同的建筑材料。

因此，在海洋结构中，接触的可能性需要进行特别仔细的分析：

• 不锈钢与碳钢
• 不锈钢与铝
• 含铜及其合金的钢
• 各种铝合金，
• 各种等级的不锈钢。

如何防止电偶腐蚀？

减少电偶腐蚀最重要的方法有：

• 避免不同金属的不利组合，
• 在给定环境下选择具有最相似电化学电位的材料，
• 各种金属的电气隔离
• 使用垫圈、衬套和绝缘垫片，
• 限制结构与电解质的接触，
• 使用合适的防护涂层，
• 避免采用小阳极-大阴极配置，
• 连接件的合理设计
• 采用阴极保护，
• 使用牺牲阳极。

各种金属的电绝缘

防止电偶腐蚀最有效的方法之一是中断不同材料之间的电接触。
除其他方法外，还可以使用以下方法：

• 绝缘垫片
• 塑料衬套，
• 绝缘垫片
• 非导电涂层，
• 由绝缘材料制成的间隔物。

如果金属之间不能流动电子，经典的原电池就无法正常工作。

电偶腐蚀和缝隙腐蚀

电偶腐蚀和缝隙腐蚀是不同的腐蚀机制，但它们可以同时发生。

电偶腐蚀和点蚀

电偶腐蚀与点蚀也不是同一种现象。
点蚀可能发生在一种材料上，这是由于钝化层局部受损所致，尤其是在氯化物存在的情况下。
电偶腐蚀是由于各种电连接材料在电解质存在下发生电化学相互作用而引起的。
然而，在实际设计中，这两种机制可以同时发生。

最常见的设计错误

看似微小的设计错误往往会导致电偶腐蚀问题。
Należą do nich:

• 在海洋环境下将铝直接连接到不锈钢上
• 采用小尺寸碳钢元件搭配大面积不锈钢元件，
• 不同金属之间没有电绝缘。
• 设计蓄水区，
• 保护涂层受损
• 使用不合适的紧固件，
• 未能考虑实际运行条件。

电偶腐蚀——最重要的结论

当……时，就会发生电偶腐蚀。 两种不同的金属材料处于电接触状态，并且同时处于电解质环境中。.
活性较高的材料成为阳极，并发生加速腐蚀，而惰性较高的材料则作为阴极。
该系统尤其危险。 小阳极 – 大阴极因为腐蚀过程集中在阳极材料的一小块区域内。
设计不锈钢连接件时，应特别注意与铝、碳钢、铜和其他金属的接触。
风险不仅取决于连接材料的类型，还取决于 它们的表面积比、电解质类型、温度、环境电导率和结构几何形状.
限制电偶腐蚀最有效的方法是正确选择材料、中断电接触、限制电解液的接触以及合理设计阳极和阴极的表面积比。

腐蚀可通过多种机制发生，具体取决于材料、环境和运行条件。了解其他类型的腐蚀：

钢铁和金属的腐蚀类型

钢和金属的均匀腐蚀
不锈钢的点蚀
不锈钢缝隙腐蚀
不锈钢的晶间腐蚀
应力腐蚀开裂 (SCC)
电偶腐蚀
侵蚀性腐蚀
空化腐蚀
腐蚀疲劳
微动腐蚀
微生物腐蚀 (MIC)
高温腐蚀

根据环境对腐蚀进行分类

海洋腐蚀——海水中钢铁和金属的腐蚀
大气腐蚀
地面腐蚀
淡水和工业水中的腐蚀
氯化物环境中的腐蚀
酸性环境中的腐蚀
碱性环境中的腐蚀
气体和废气中的腐蚀
污水和下水道系统的腐蚀
化学和石油化工环境中的腐蚀

相关主题

CPT——不锈钢和镍合金的临界点蚀温度
PREN – 不锈钢抗点蚀指数
CCT – 不锈钢和镍合金的临界缝隙腐蚀温度