选择材料时避免异种金属腐蚀

想象一艘新建的海船，其中几件设备使用螺栓安装在屋顶上；例如，已使用热铝铆钉将音板安装在钢结构上。现在，快进几个月，板子突然掉到地上。对该事件进行深入分析，得出故障原因是异种金属腐蚀。

异种金属腐蚀，也称为电偶腐蚀，是许多在潮湿环境中运营的新建场地（例如石油和海洋工业）中的常见现象。根据 NACE 国际的一项调查，全球腐蚀成本为 2.5 万亿美元。

下面，我们将深入探讨异种金属腐蚀、它发生的方式和原因，以及避免它以防止事故和破坏性项目延误的技巧。

什么是异种金属腐蚀？

当两种不同贵金属或电化学势的金属在电解溶液或潮湿环境下相互接触时，就会发生电化反应。活性金属（低贵金属）充当阳极，惰性金属（高贵金属）充当阴极。

在阴极，水与氧气反应形成氢氧化物。然而，要发生这种反应，需要电子的流入。活性金属开始失去电子，离子穿过电解介质并沉积在钝化金属中。结果，不同的化学反应开始在样品表面发生，并且不太贵的金属腐蚀。腐蚀速率与可用于反应的阴极面积和两种金属的贵金属等级差异成正比。

下面是一张比较不同金属及其在海水中的电化学电压范围的图表。

电压差大的金属反应最强烈。例如，不锈钢夹具上的镀锌钢螺丝比钛螺丝腐蚀得更快。

同种金属的各部分放置在不同pH值的区域并相互电接触时，也可能发生异种金属腐蚀。

影响异种金属腐蚀的因素

影响两种金属间异种金属腐蚀速率的因素有：

• 电极电位： 具有宽电极电位的金属证实了较贵金属的腐蚀速度更快。
• 接触电阻： 两种金属边界处的低接触电阻允许更高的电子流动速率，从而导致更多的腐蚀。
• 电阻： 高浓度电化学溶液（pH <7）会刺激阴极形成氢气并增加电偶腐蚀。
• 金属区域： 反应速率与阴极面积成正比，与阳极面积成反比。
• 气氛的变化： 大气条件的变化会影响不同的金属腐蚀。例如，暴露于潮湿区域的阴极区域的大小决定了反应发生的速度。更多的曝光会带来更多的加速。

对此，我们来了解一下环境对异种金属腐蚀的影响。

影响异种金属腐蚀的环境因素

根据环境，阳极的电化学特性可能会发生变化。环境条件影响阳极的三大特性：电位、电流容量和阳极消耗率。

在化学或海水操作环境下，阳极电位会变得更负。即使是同一环境的不同变化也会影响阳极的实际电流容量，例如热海水、冷海水和海底泥浆。

与特定环境下阳极电流承载能力相关的长期性能数据是必要的。在没有足够数据的情况下，应进行额外的电化学测试，例如恒电流测试和恒电位测试，以记录阳极在不同环境条件下的载流能力。

如何防止异种金属腐蚀

以下是一些防止异种金属腐蚀的最佳做法：

• 运行概览： 大致了解应用材料、涉及的负载以及大气对电偶反应的可能影响。
• 遵循基本规则： 在电流图中选择相同或几乎相同的贵金属。
• 绝缘异种金属： 在不同金属的触点之间使用绝缘；例如，法兰接头中的套筒螺栓，并使用绝缘垫圈。
• 使用隔离线轴： 非导电隔离阀芯（例如玻璃增强塑料 [GRP]）可用于实现两种不同金属的管道连接，以承载非烃类流体。
• 使用牺牲阳极： 牺牲阳极用于保护海水中的金属。
• 给阴极涂漆： 使用油漆作为替代品以防止接触；画出最高贵的部分，阴极。

注意 ：如果你在阳极上涂漆并且在油漆中形成裂缝，电流将流入该横截面并加速腐蚀。电镀材料中的任何裂纹也是如此。

在这方面，频繁的检查也有助于减少因异种金属腐蚀而导致的任何意外危害。

材料的选择非常重要。阳极材料的尺寸和形状必须能够承受周围环境以波浪、电流和振动形式施加的机械力。此外，您还必须考虑许多其他因素，例如化学成分、均匀性和载流能力。与经验丰富的金属供应商合作以获得高质量的耐腐蚀合金可以帮助您从一开始就避免异种金属腐蚀。

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