前言 前边文章介绍了镁合金的材料基本特点,本篇主要聚焦在镁合金壳体容易发生的电偶腐蚀问题。介绍电偶腐蚀发生的原理以及规避措施等。 镁合金的电偶腐蚀问题 是其工程应用中要引起重视的失效模式之一。
01 电偶腐蚀现象 电偶腐蚀(Galvanic Corrosion)是指: 两种电化学性质不同的金属,在存在导电连接和电解质介质时形成原电池,导致其中电位更负、活性更高的金属加速腐蚀的现象。 电偶腐蚀源于电化学势差的基本原理,即不同金属与电解质接触时会发生自发的氧化还原反应。 这种反应的发生是由于金属得失电子倾向的差异,也就是它们的电化学势不同。理解电偶腐蚀的关键在于电偶序。
电偶序 电化学序列是按电化学势递减顺序排列的金属列表, 它描述了在特定环境下,一种金属相对于另一种金属是阳极还是阴极。 图 各种金属在海水中的电化学序列 当两种电化学势不同的金属接触时,它们之间会建立起电势差。更易失去电子的金属(更“活泼”的金属)成为阳极,发生氧化反应并释放电子。 相反,不易失去电子的金属(即更“惰性”或“钝化”的金属)则成为阴极,接受电子并发生还原反应。这种电子流动形成电流,导致阳极金属腐蚀,阴极金属得到保护。 图 化学电池内发生的氧化还原反应 贵金属,例如黄金和铂金它们具有很高的耐腐蚀性,通常在腐蚀环境中用作阴极。相比之下,惰性较差的金属,例如铝板、锌、和镁更容易发生腐蚀,并可作为阳极。你还记得中学课本上一般用锌棒/镁棒做阳极,石墨做阴极吗? 如果两种金属在电化学序列上的电动势值相差在0.25V以内,则我们认为它们是相容的。如果它们的电动势差超过0.25V,我们预期阳极指数更高的金属(即阳极性更强的金属)会发生腐蚀。 图:电偶腐蚀图表 02 镁合金电偶腐蚀的化学过程 对于镁合金壳体而言,镁的标准电极电位很低、化学活性很高。 因此,当镁合金与钢、铝合金、铜及其合金、不锈钢等材料接触,并同时暴露于水分、冷凝水、盐雾或含离子的污染物时,镁通常会成为阳极并优先发生腐蚀。 电子经金属接触路径流向较“贵”的金属(阴极),在阴极区域通常发生氧还原反应: 镁离子与氢氧根等反应后可形成腐蚀产物,例如氢氧化镁: 在含氯环境中,氯离子会破坏镁表面的腐蚀产物膜,使腐蚀显著加快。 因此,盐雾、道路融雪盐、海洋大气和汗液污染等环境尤其危险。 图 氢氧化镁 (白色粉末) 螺栓和镁合金连接在盐雾试验中发生腐蚀的样子如图所示
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