電偶腐蝕
關注創建者：nafu4401 創建時間：2019-04-24
電偶腐蝕的實例教程
GHSC電偶腐蝕試驗主要考核產品或金屬材料耐酸性環境腐蝕性能；
電偶腐蝕實際上是宏觀腐蝕電池的一種,產生電偶腐蝕應具有下列三個基本條件。
①存在離子導電支路：對大多數電偶腐蝕來說，腐蝕電解質主要是指凝聚在材料表面上含有某些雜質(氯化物、硫酸鹽等)的水膜或溶液。腐蝕電解質必須連續的存在于不同材料之間，構成腐蝕電池的離子導電支路。
②存在不同自腐蝕電位的材料：電偶腐蝕的驅動力是兩種材料之間的自腐蝕電位差。
③存在電子導電支路：兩種不同材料的直接接觸或通過其他導體連接，構成電偶腐蝕電池的電子導電支路。
防止電偶腐蝕的方法有：
(1)盡量避免電位差懸殊的異種金屬作導電接觸。
(2)避免形成大陰極小陽極的不利面積比，面積小的部件宜用腐蝕電位較正的金屬
(3)電位差大的異種金屬組裝在一起時，中間一般要加絕緣片，墊片緊固不吸濕，避免形成縫隙腐蝕。
(4)設計時，選用容易更換的陽極部件，或將它加厚以延長壽命;
(5)可能時加入緩蝕劑或進行涂裝以減輕介質的腐蝕，或加上第3塊金屬進行陰極保護等。
GHSC試驗應按要求進行，并滿足下列附加的要求、選擇和說明。
a)CRA試樣與完全浸入試驗溶液的非合金鋼（即碳鋼）形成電偶。按NACE TM0177-1996的要求，非合金鋼的面積與浸濕的CRA試樣的面積的面積比在應在0.5~1之間。加載夾具與試樣和耦合的碳鋼之間應電絕緣。對于特定應用的評定，CRA可以與在使用中將與之耦合的，低合金材料的試樣耦合。
b)試驗環境為NACE TM0177-1996的A溶液，其H2S分壓為0.1MPa,溫度為24℃±3℃。對于特定應用的評定，可采用E2.5中所述的SSC試驗環境。
展開 在腐蝕分析中，我們經常研究的腐蝕表面所具有的電氣連接可不像控制電流或電壓那么簡單。相反，電極表面可能直接短路連接到另一個電極，例如單樁與過渡連接件之間的電氣連接。在本篇博客文章中，我們將討論如何在 COMSOL 軟件中使用適當的邊界條件來描述這些電極和外部短路。
短路和電偶腐蝕仿真
在之前的博客文章中，我們討論了鋰離子電池短路的建模，我們當時分析了一個被鋼針刺穿而產生短路的電池，并直接在幾何中繪制了穿過鋼針的電流路徑。
電偶腐蝕 是另一種系統，金屬表面之間的電氣連接起著非常重要的作用。在電偶腐蝕中，兩種具有不同電化學反應活性的金屬處于電接觸狀態，從而提供一條電流路徑，使其中一種金屬腐蝕，而化學物質（通常是溶于水的氧）在不活潑金屬端被還原。
舉例來說，為了模擬電偶腐蝕，我們可以選擇使用與低碳鋼連接的鎂合金。由于鎂具有負值較大的（氧化）腐蝕電位，因此它會優先腐蝕。經過一段時間后，鎂電極材料被腐蝕。
電解質電位分布（彩色表面）和電流密度（箭頭）。電解質電流從腐蝕的鎂合金（右）流向低碳鋼（左）。
與電解質相比，金屬具有非常高的電導率，因此我們通常認為金屬具有均勻電位。如果兩種金屬相互連接，則整個表面的電位是恒定的，這是電偶腐蝕的特征條件，即電極之間沒有外加電壓。相反，電化學電池由于兩種金屬不同的電化學環境和反應活性而發生極化。這種反應性差異產生了不同金屬上電位不同的雙電荷層。
為了方便起見，我們經常使用該電位作為系統地，表示在電位 φs 下具有簡單邊界條件的短路金屬。在電化學模型中，我們使用“電極表面”邊界條件在整個連接金屬表面設置 φs = 0。
從上圖可以明顯地看出，電解質電位在整個表面上并不均勻，而是隨著“電極反應”邊界條件中設置的局部腐蝕電位而變化，也可能取決于電極動力學或質量傳輸。
展開 基于COMSOL軟件仿真完整接頭電偶腐蝕 ￥800
<p>本案例基于COMSOL軟件的二次電流模塊和ALE技術模擬了焊接接頭的電偶腐蝕行為，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/5502d2461f514dcb9af49827704ba61b.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p>感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 然而，開發混合使用鋼與鋁合金材料的汽車困難重重，其中包括：如何開發低成本的量產技術；如何在部分零件中用鋁質材料替代原有材料，實現多材料裝配；如何降低因電解質（如灑在道路上的除冰鹽）導致的相互接觸的異種金屬間產生電偶腐蝕的風險（圖 2）。
圖 2.上：經過一年在役暴露實驗后，由碳纖維增強聚合物（carbon-fiber-reinforcedpolymer，簡稱 CFRP）和6000系列鋁合金制成的多材料疊加式裝配制成的車身上的電偶腐蝕情況。下：用于車輛運行測試的汽車樣件常見安裝方式。
Danick Gallant 是加拿大國家研究院（NRC）汽車和地面運輸研究中心（Automotive and Surface Transportation Research Center）的技術主管，負責腐蝕控制技術以及耐腐蝕部件和裝配的研發工作。在工業領域的應用中，單焊縫連接會涉及多種腐蝕問題，例如縫隙腐蝕和電偶腐蝕（圖 3），這就給汽車行業帶來了巨大的挑戰。NRC 及其合作伙伴 ALTec 多客戶鋁技術研發合作集團（圖 4），共同致力于推動鋁合金在輕量化設計中的應用，并為運輸行業提供針對上述問題的技術支持和解決方案。
圖 3.車輛經過 10 萬公里的公路行駛后，車輪和擋泥板之間經攪拌摩擦焊接（friction-stir welded，簡稱 FSW）而成的多材料裝配剖視圖。上：在 AA7000 系列與 AA6000 系列的 FSW 裝配中，縫隙腐蝕為主要的腐蝕方式。下：在 AA5000 系列與不銹鋼 300 系列的 FSW 裝配中，電偶腐蝕為主要的腐蝕方式。
圖 4. ALTec 多客戶鋁技術研發合作集團的成員公司（左）和合作伙伴（右）（截止日期 2018 年 3 月 19 日）。
展開 如果容易中含有Cl-以及SO42- 時，鎂鋁合金表面的腐蝕會加快，而如果是在含有SiO32-、CrO42-、Cr2O72- 等離子的溶液中，鎂鋁合金的表面會與各種離子中的氧原子發生化學反應在其表面形成一層氧化膜，從而具有較高的耐腐蝕性能。
3 電偶腐蝕與全面腐蝕
由于鎂鋁合金的電極電位比大部分金屬的電極電位要低，因此，鎂鋁合金一旦與這些金屬相互接觸時，其就會發生電偶腐蝕。對于Fe、Ni、Cu 等氫過電位較低的金屬，如果作為雜質存在于鎂鋁合金的內容，就會與鎂構成腐蝕為電池，導致鎂鋁合金出現嚴重的電偶腐蝕。而對于Zn、Cd 等氫過電位較高的金屬，鎂鋁合金所受的電偶腐蝕則表現的不明顯。
4 點蝕與絲狀腐蝕
鎂鋁合金如果暴露在包含Cl- 的非氧化介質中時，就會發生點蝕現象，在中性或者堿性溶液中，鎂鋁合金表面的點蝕現象會進一步加劇。如果將鎂鋁合金浸入到NaCl 溶液中，在經過一定的誘導之后，鎂鋁合金的表面會出現點蝕現象。
鎂鋁合金表面腐蝕的防護及處理
鎂鋁合金耐腐蝕能力不足，使其在多個領域的應用中受限。
展開 
電偶腐蝕的最新內容
電鍍層完整性至關重要，微小缺陷易引發電偶腐蝕。
“陽極氧化+氣相沉積”復合技術形成多層防護，綜合性能最優。
三、綜合評價模型與方法創新
1、貼近真實環境的復合測試--CCWC試驗
循環鹽霧腐蝕和紫外光加速老化綜合試驗（CCWC）由美國宣威公司開發，又稱“Skerry循環試驗”。
郝雪卉等在研究 Cu 元素對下底板耐蝕鋼表面微觀電偶腐蝕行為的作用規律時 , 發現 Cu 以元素形式彌散分布于試樣表面可以同時降低鐵素體表面的陽極溶解速率以及滲碳體表面的氫還原速率 , 從而降低鋼表面鐵素體晶粒和殘余滲碳體之間的電偶效應。由此可見 , 適當加入 Cu 元素有利于提高低合金耐蝕鋼在下底板環境中的耐腐蝕性能。
（3）電偶腐蝕。不同金屬的接觸處，因所具不同電位而產生的腐蝕。
（4）縫隙腐蝕。金屬表面在縫隙或其他隱蔽區域常發生由于不同部位間介質的組分和濃度的差異所引起的局部腐蝕。
（5）應力腐蝕。在腐蝕介質和較高拉應力共同作用下，金屬表面產生腐蝕并向內擴展成微裂紋，常導致突然破斷。
鎂合金耐腐蝕性較差的一個重要原因在于合金中的雜質與基體極易形成微電偶腐蝕。當合金中雜質含量降低小于 0.05%時，腐蝕速率將下降 90%。而 SLM工藝采用高純粉末成形，在原材料階段避免了雜質的引入，因此對合金腐蝕性能的提升有助益。SLM過程中較高的冷卻速度，有利于合金組織細化，亦可以提高材料耐腐蝕性能。除此以外，熱處理（HIP等）或其他加工硬化的方式能夠進一步提升SLM鎂合金的力學性能。
然而鈦合金較低的耐磨性能、耐高溫氧化性能及其對異種金屬的電偶腐蝕等制約了其在船舶中的實際應用。通過微弧氧化在鈦合金表面原位生長氧化物陶瓷層, 可顯著改善鈦合金的以上性能。
對于復雜結構部件, 常采用化學鍍鎳進行表面處理。
a) 材料組成：材質等級偏低往往易導致腐蝕事故發生，在設計或者維修更換的過程中，對材料的選擇非常重要，尤其還要注意選材時不同材質鋼材連接時的電偶腐蝕問題。
b) 制造：制造缺陷往往成為腐蝕事故隱患。
c) 結構：設計時采用的一些結構對腐蝕具有一定的敏感性，屬于一些結構弱點，如彎頭連接、閥門、變徑結構以及分支管路等。
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GHSC電偶腐蝕試驗主要考核產品或金屬材料耐酸性環境腐蝕性能；
電偶腐蝕實際上是宏觀腐蝕電池的一種,產生電偶腐蝕應具有下列三個基本條件。
①存在離子導電支路：對大多數電偶腐蝕來說，腐蝕電解質主要是指凝聚在材料表面上含有某些雜質(氯化物、硫酸鹽等)的水膜或溶液。
<p>本案例基于COMSOL軟件的二次電流模塊和ALE技術模擬了焊接接頭的電偶腐蝕行為，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/5502d2461f514dcb9af49827704ba61b.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p>感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流</p><p><
1、石化設備腐蝕類型
腐蝕按材料種類分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕；腐蝕按表面形貌分為全面腐蝕和局部腐蝕；局部腐蝕又有小孔腐蝕、應力腐蝕破裂、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、磨損腐蝕等等。
金屬腐蝕按機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕等。
