電偶腐蝕的影響因素有哪些？

電偶腐蝕(亦稱接觸腐蝕)，是指當(dāng)兩種或兩種以上不同金屬在導(dǎo)電介質(zhì)中接觸后，由于各自電極電位不同而構(gòu)成腐蝕原電池.電位較正的金屬為陰極,發(fā)生陰極反應(yīng)，導(dǎo)致其腐蝕過程受到抑制；而電位較負(fù)的金屬為陽極，發(fā)生陽極反應(yīng)，導(dǎo)致其腐蝕過程加速。它是一-種危害極為廣泛和可能產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失的腐蝕形式，廣泛地存在于船舶、油氣航空、建筑工業(yè)和醫(yī)療器械中。它會(huì)造成熱交換器、船體推進(jìn)器、閥門、冷凝器與醫(yī)學(xué)植入件的腐蝕失效，是一種普遍存在的腐蝕類型.電偶腐蝕往往會(huì)誘發(fā)和加速應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、氫脆等其他各種類型的局部腐蝕，從而加速設(shè)備的破壞，由于其影響因素比較復(fù)雜，而且任一影響因素的改變都可能.導(dǎo)致更加嚴(yán)重的電偶腐蝕，所以對(duì)于這方面的探討一直是電偶腐蝕研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文從偶對(duì)材料特性，偶對(duì)幾何因素，環(huán)境因素這三方面出發(fā)，綜述了電偶腐蝕影響因素的研究現(xiàn)狀，并討論了電偶腐蝕研究的發(fā)展方向。

1、偶對(duì)材料特性的影響

在腐蝕電化學(xué)中，把各種金屬在同一腐蝕介質(zhì)中所測得的腐蝕電位，由低到高排列起來，形成一-個(gè)電位順序，即金屬腐蝕電偶序。電偶序常用于判斷不同金屬材料接觸后的電偶腐蝕傾向。在電偶腐蝕中，電位差的影響是首要的，電位差越大腐蝕傾向越大，兩種金屬的自腐蝕電位相差越大，其電位，低的金屬作為陽極越容易被腐蝕。而電位高的金屬作為陰極則易受到保護(hù)[21.通常當(dāng)腐蝕電位差大于0.25 V時(shí)，產(chǎn)生的電偶腐蝕較嚴(yán)重，陽極金屬的腐蝕損失增大，而陰極金屬腐蝕損失減小。

研究人員對(duì)金屬的電偶序做了大量的測定工作，獲得了在流動(dòng)海水、特定海域下的幾十種常用金屬的電偶序1b.4。但它通常只列出各種金屬穩(wěn)定電位的相對(duì)關(guān)系，很少列出具體金屬的穩(wěn)定電位值。其主要原因是實(shí)際腐蝕介質(zhì)性質(zhì)變化很大，測得的電位值波動(dòng)范圍也較大,數(shù)據(jù)重現(xiàn)性差。再者,電偶腐蝕取決于異種金屬的腐蝕電位，而腐蝕電位卻與極化程度有關(guān)。因此，判斷金屬在偶對(duì)中的極性和腐蝕傾向時(shí)，電位差只決定能否發(fā)生電偶腐蝕以及腐蝕電流的方向等熱力學(xué)性質(zhì)，而實(shí)際電偶腐蝕程度還取決于各金屬在海水中的極化性能等動(dòng)力學(xué)因素的影響。

2、偶對(duì)幾何因素的影響

通常面積比對(duì)電偶腐蝕行為具有較大影響，在一般情況下，當(dāng)陽極面積不變時(shí)，隨著陰極面積的增大，陰極電流增加，陽極金屬的腐蝕速度會(huì)加快對(duì)于氫去極化來說，陰極上的氫過電位與電流密度有關(guān)、當(dāng)陰極面積增大，相應(yīng)地陰極電流密度減小，氫過電位也隨之減小，氫去極化阻力減小，陰極總電流增加，導(dǎo)致陽極電流和腐蝕速度增加。對(duì)于氧去極化腐蝕來說，若腐蝕是受氧離子化過程控制，同樣會(huì)由于陰極面積增加導(dǎo)致離子化電位降低,使腐蝕速度增加；如果腐蝕過程受氧的擴(kuò)散控制,陰極面積增加意味著可接受更多的氧發(fā)生還原反應(yīng)，同樣也導(dǎo)致電偶腐蝕速度增加，對(duì)于擴(kuò)散控制的腐蝕類型(如鋼/銅，鋼/鋅等),電偶腐蝕與陰陽極面積比的關(guān)系遵循“集氧面積原理”。但對(duì)于活化-鈍化控制的腐蝕類型(如鈦/不銹鋼)則不存在這種關(guān)系，因?yàn)樗母g損害還取決于金屬表面膜的損壞，而且易造成嚴(yán)重的局部腐蝕。

3、環(huán)境因素的影響

電解液的溫度、氧含量、導(dǎo)電性、pH值和流動(dòng)狀態(tài)等介質(zhì)因素也會(huì)對(duì)電偶腐蝕和分布產(chǎn)生重要影響。

溫度對(duì)電偶腐蝕的影響是比較復(fù)雜的，從動(dòng)力學(xué)方面考慮，溫度升高，會(huì)加速熱活化過程的動(dòng)力學(xué)，從而加速電化學(xué)反應(yīng)速度，使得電流密度增大，因此高溫條件下金屬的電偶腐蝕帶來的破壞力更大。李淑英等13在研究碳鋼/紫銅在NaCl介質(zhì)中的電偶行為時(shí)指出溫度對(duì)電偶電流的影響非常明顯，隨溫度的增加,電偶電流明顯增大，60C時(shí)的電偶電流比20C時(shí)增加了約5倍。 Blasco等14,15]對(duì)合金及合金焊縫電偶腐蝕的研究也表明隨溫度的增加，電偶電流增大，嚴(yán)密林等[16]模擬油氣田水介質(zhì)腐蝕環(huán)境研究了G3 油管與SM80SS套管在CO2環(huán)境中的電偶腐蝕行為。結(jié)果表明,溫度升高(30C、60C、90C)會(huì)使電偶電流增加，電偶效應(yīng)增大，但溫度變化也會(huì)使其他環(huán)境因素隨之變化，從而影響腐蝕。如溫度升高在增加氧擴(kuò)散速度同時(shí)也會(huì)降低氧的溶解度，導(dǎo)致腐蝕速度極大值現(xiàn)象。

溫度不僅影響電偶腐蝕的速度，有時(shí)還會(huì)改變金屬表面膜或腐蝕產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，從而間接影響腐蝕過程。例如，溫度變化會(huì)引起偶對(duì)的陰、陽極逆轉(zhuǎn)而改變腐蝕進(jìn)程。水溶液中的鋼和鋅偶合后，通常鋅被腐蝕，鋼被保護(hù)，若水溫高于80°C，鋼/鋅電偶的極性就會(huì)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，鋅電位高于鋼而被保護(hù)，鋼成為陽極而被腐蝕。這是因?yàn)楦g電位是非平衡電位，易受電極表面反應(yīng)的變化而變化，當(dāng)偶對(duì)電位波動(dòng)大于偶差時(shí)，就可出現(xiàn)極性逆轉(zhuǎn)，相應(yīng)有電偶電流符號(hào)改變即反向。用失重法研究二氧化碳環(huán)境中碳鋼/不銹鋼(N80/S31803)偶對(duì)的電偶腐蝕，發(fā)現(xiàn)低CO2分壓(0.1MPa)時(shí)常壓下隨著溫度的升高，陽極(N80鋼)的腐蝕速率有一個(gè)極大值。這是因?yàn)榈陀?0°C時(shí)，陽極腐蝕速率隨溫度的升高而加快；溫度大于609C時(shí)，碳鋼表面生成了FeCO3 腐蝕產(chǎn)物沉積膜，對(duì)鋼片具有一定的保護(hù)性。他指出溫度主要是通過影響保護(hù)性產(chǎn)物膜的生成來影響CO2環(huán)境中電偶腐蝕速率和腐蝕形式。

4、電偶腐蝕研究發(fā)展方向

近年來，很多研究工作者對(duì)電偶腐蝕影響因素進(jìn)行了深人探討，但是仍有很多因素未涉及或深人，如對(duì)低溫低氧的深海環(huán)境中電偶腐蝕特性和機(jī)理研究較少；流速對(duì)電偶腐蝕行為影響較大但腐蝕機(jī)理尚不明確。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，全面考慮各種環(huán)境下電偶腐蝕行為是必要的，目前尚沒有建立完善的電偶腐蝕預(yù)測模型，隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，建立各環(huán)境因素作用下的電偶腐蝕模型有極其重要的意義。在工程設(shè)計(jì)和設(shè)施制造上不可避免的會(huì)發(fā)生兩種或多種金屬電連接形成的電偶，由此可能產(chǎn)生的多金屬偶合體系的電偶腐蝕也是亟待解決的問題。到目前為止，這方面的研究幾乎為空白。

結(jié)合當(dāng)前研究狀況，本文認(rèn)為今后電偶腐蝕的研究工作可能的主要發(fā)展方向如下：

1.低溫、低氧環(huán)境下的電偶腐蝕行為研究；高流速下電偶腐蝕特性及機(jī)理.溫度、溶解氧、面積比等各因素發(fā)生變化時(shí),某些電偶對(duì)可能發(fā)生極性逆轉(zhuǎn),會(huì)導(dǎo)致腐蝕較輕的陰極突然加速腐蝕,是一種潛在危害。環(huán)境因素如何影響極性逆轉(zhuǎn)和極性逆轉(zhuǎn)的機(jī)理需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。

2.完善現(xiàn)有的陰陽極面積比電偶腐蝕模型，采用復(fù)雜數(shù)據(jù)處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)建立包括溫度、氧含量等各種環(huán)境因素作用的電偶腐蝕預(yù)測模型。

3.為全面考慮電偶腐蝕的影響，以保障工程設(shè)計(jì)可靠性和性能；開展多金屬復(fù)雜偶合體系腐蝕行為研究，應(yīng)是下一步電偶腐蝕研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。