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腐蚀防护者必须知道的概念——电偶序

2017-12-25 14:33:05
作者:本网整理
来源:腐蚀与防护

当金属暴露在水中,或者与水发生不恰当的结合,或者不是水而是其他类型的电解质溶液,其影响都是非常不好的。因为这就形成了电偶对。

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    导读:


    当金属暴露在水中,或者与水发生不恰当的结合,或者不是水而是其他类型的电解质溶液,其影响都是非常不好的。因为这就形成了电偶对。

 

    电偶序对于是否会发生腐蚀以及腐蚀的防止方面都起着至关重要的作用;它也被称为“电势差序”,这个次序是用来标识准金属和贵族金属的。


    本质上,电偶腐蚀的发生条件是电解质溶液中存在两种不同的金属,同时它们需要连在一起。在这个情况中,基材或非贵族金属就会发生腐蚀。因此,腐蚀速率可以根据暴露出来的金属的贵族性和电解质来确定。


    由于催化剂或电解质的存在,不同的材料彼此之间可能会发生反应。但在大多数情况下,这种反应并不明显。然而,当金属暴露在水或其他类型的电解质溶液中,以及与水发生不恰当的结合时,就会造成非常不好的影响。因此,如果实际应用中湿度较低,那么电偶腐蚀并不是一个大问题。换言之,如果实际应用中处于较易受潮或潮湿的环境,电偶腐蚀可能构成严重威胁。


    电偶序作为金属选择的指南


    电偶序中金属之间的关系对于指导我们如何选择连接在一起的两种金属是非常有帮助的。根据电偶序提供的数据,可以有效地进行金属的选择,大多数情况下尽可能选择具有发生电化学反应倾向最小的材料;而在需要电相互作用的情况下,则根据需要选择合适的金属进行保护,以防止发生可能的潜在反应。


    一般来说,在电偶序中位置离的越远的金属之间越容易发生电偶腐蚀,因此应通过适当的选择和设计来进行防腐。同时,距离越远的金属相互结合时其腐蚀速率越高。因此,可以通过了解关金属在电偶序中的位置关系,来确定电化学相容性,以便进一步防止发生电偶腐蚀造成的有害影响。


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    来源:阿特拉斯钢技术


    上面的图表显示了环境温度下流动的海水中不同金属材料间的电极电位序。空白长方形符号显示了不锈钢材料在酸性水中如裂缝、滞水、低流速或糟糕的碳酸水中的电位范围。左侧更高贵的材料往往是阴极即需要被保护的,而右侧较便宜的往往是阳极。因此它们将是电偶对中被腐蚀的那一个。


    电偶表


    为了更好地了解电偶序,熟悉电偶表是非常重要的。什么是电偶表呢?


    基本上,这个列表显示了不同活性的金属在相同的电解质环境中表现出的相对活性的顺序。该表始于最活泼、即作为阳极的金属,终最不活泼的、即作为阴极金属。表的开始端的那些最活泼的金属也就是最有可能发生腐蚀的金属,如镁、镁的合金、铝和锌;而表末端的金属被认为是作为阴极的、最不容易发生腐蚀的金属。


    电偶表的应用基于一个特定的电解质溶液。如果构成了电极对,同时表中顶部的金属作为阳极,那么电偶腐蚀将优先于化学腐蚀发生。如果想要避免金属之间相互结合所带来的破坏性反应,那么就选择电偶表中相互接近的材料。通过这样做可以预防电偶腐蚀。因此,想要获得完美的混合材料,必须仔细检查其电化学相容性。


    了解电化学相容性


    有时不同的金属之间进行结合时,我们需要进行特殊的设计。在这种情况下,可以通过电镀和抛光等控制其电化学相容性。选择合适的方法进行电镀和抛光可以促进不同金属之间的接触,同时可以对基材金属提供保护,防止其生锈。


    所谓的方法,即严格地设置各种条件如盐环境、高湿度区域和户外活动需要,而不是仅仅基于阳极指标高于0.15V。例如,金属镍和银产生0.15V的电位差是完全可以接受的。在标准环境下,如仓库、存储室及其他温度、湿度可控的环境,所需的金属阳极电位差指数为不应超过0.25 V;而在可以严格控制湿度和温度的环境中,0.50 V的电位差异也是可以被容忍的。但无论对于哪种应用环境,都应该格外地注意区域内的温度、湿度和其他因素的变化。


    为了防止各种装置中金属与其连接在一起的材料之间发生电偶腐蚀,在确定可用的不同材料的阳极指数时电化学相容性也应该被考虑进去。


    在遵循电化学相容性的前提下,即使是不完全遵守其阳极指数的两种金属也可以充分的被保护。同时,在电偶表中彼此距离较远的金属可以起到保护作用,所有这些原则应该配合在一起应用。当然,还有采取某些特定的措施来防止两种不同金属接触。


    这种保护可以通过各种方式,如:


    ● 密封:这种方法包括所有的防水领域。


    ● 牺牲阳极:应用牺牲阴极外部的涂层元素的方法,与牺牲阳极来防止电偶腐蚀有着异曲同工的作用。


    ● 电阻:通过涂料、电镀和其他方法来提高电阻,可以抑制电流以助于增加保护。


    当然,避免电偶腐蚀的根本原则还是保持阳极区域远离相对应的阴极区域。


    电偶腐蚀


    正如前面所讨论的,电偶腐蚀的发生条件是:存在两种不同的金属,两种金属都要浸在电解质溶液中(如地面或雨水),同时两种金属需要连接在一起。


    在这种腐蚀类型中,金属氧化物和其内部的大部分基材金属的原子,一旦其中的一个或多个电子发生交换或转移,有电子溢出的区域的金属就被称为阳极,而电子到达的区域就为阴极。


    电偶序列表给出的次序是金属在某一个特定的电解质中如海水中的电势排序。如前所述,阳极的金属腐蚀速度比阴极金属更快。


    极其重要的是无论是对于金属装饰物、镶板、扣件或其他更多的应用领域,电偶腐蚀电位都应该被考虑。


    为了使电偶腐蚀的影响最小化,采用性质类似的金属是至关重要的。如果不可能做到的话,那么应提供足够的保护以防止金属在水或其他电解质中相连。同时,确保小面积的阳极远离大面积的阴极也可以有效地降低电偶腐蚀。


    阳极的腐蚀速率依赖于相应的阴极的表面积。如果阴极面积比阳极面积大,则会有更高的浓度电子流,其结果将是电偶腐蚀速度很高。反之,如果阴极表面积较小而阳极表面积较大,腐蚀速率就会较慢。


    为了实现阴极保护,牺牲涂料的方式也常被采用。这给被保护的金属或基底进行有效的涂层,相较之基底涂层就变成了阳极。提供保护的涂层的能力与涂层的厚度相关。


    非牺牲的和其他类型的涂料如典型的油漆或塑料涂层,也可以起到防止电偶腐蚀的作用。然而,在某些情况下,即使是最小的表面划痕也可能成为快速腐蚀的主要原因,特别是在本体金属作为阳极与另一种大面积的不同金属相连接的时候。


    关于电偶序的总论


    相对于已知的标准,电偶序是将金属根据电势差异进行分组的。在海水或电解质中,电偶表中相对距离较远的两种金属当电路连通时会迅速发生腐蚀。而表中非常接近的金属则会受到很低的伤害。

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