异种金属彼此接触或通过其它导体连通,处于同一介质中,会造成接触部分的局部腐蚀。其中电位较低的金属,溶解速度增大,电位较高的金属,溶解速度反而减小,这种腐蚀称为电偶腐蚀,或称接触腐蚀、双金属腐蚀。实际上这就是两种不同的电极构成的宏观腐蚀电池。
工程上很多机器、设备、它们的零部件出于某些特殊功能的要求或经济上的考虑,采用不同材料的组合是非常普遍的,甚至是不可避免的,因而电偶腐蚀问题广泛存在。图3-2举出了几种电偶腐蚀的实例,图a为二氧化硫石墨冷却器,管间通冷却介质-海水,由于石墨管板、管子与碳钢壳体构成电偶腐蚀,不到半年便被腐蚀穿孔;图b为镀锌钢管与黄铜阀连接,先是使镀锌层加速腐蚀,随后碳钢管基体加速溶解;图c是、维尼纶醛化液(含有H2SO4、Na2SO4、HCHO)接受槽,不锈钢(316L)上衬铅锑合金,由于衬里焊缝出现裂纹而引起不锈钢的强烈腐蚀;图d为石墨密封的泵,造成铜合金轴的电偶腐蚀。有时,两种金属(或能导电的非金属材料)并未直接接触,通过间接的途径也会引起电偶腐蚀。例如图3-2 e所示的碳钢换热器,由于输送介质的泵采用石墨密封,摩擦副磨削下来的石墨微粒在列管内沉积,加速了碳钢管的腐蚀。
图3-2异种材料组合结构实例附图《化工机械材料腐蚀与防护》P55 2-34
两种电位不同的金属在腐蚀介质中连结,构成宏观腐蚀电池,电位较正的金属成为腐蚀电池的阴极,而电位较负的金属成为腐蚀电池的阳极,实际上它们已经构成了一个多电极腐蚀体系。我们用图3-3所示的多电极系统腐蚀极化图予以说明。
在腐蚀介质中,电位较正的金属A和电位较负的金属B分别以IcorrA和IcorrB的速度发生自腐蚀,其腐蚀电位分别为VcorrA和VcorrB。当金属A、B连结后构成新的宏观腐蚀电池AB。根据多电极体系中全部阳极电流之和等于全部阴极电流之和的原则,多电极体系的总的阳极极化曲线为各阳极极化曲线的叠加,多电极体系的总的阴极极化曲线为各阴极极化曲线的叠加。这里所讲的叠加是指同一电位下电流强度的和。在伊文思极化图中,总的极化曲线均为折线
多电极体系的腐蚀极化图教材P76图3-6如图示总的阴、阳极极化曲线相交于S点,即整个多电极系统处于新的腐蚀电位VcorrAB且以IcorrAB的速度发生腐蚀。对于电位较正的金属A,电位由VcorrA降至VcorrAB,发生阴极极化,腐蚀速度由IcorrA减小到I’corrA;而电位较负的金属B,由于发生阳极极化,电位由VcorrB升至VcorrAB,腐蚀速度也由IcorrB增加到I’corrB而加速腐蚀。因此由以上的分析表明,在电偶腐蚀电池中,腐蚀电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金属接触而产生了阳极极化,其结果是溶解速度增加;而电位较正的金属,由于和电位较低的金属接触而发生阴极极化,结果是溶解速度下降,即受到了阴极保护,这就是电偶腐蚀的原理(注:二者在组成电偶腐蚀体系时都发生腐蚀)。
电解液pH值的变化可能导致电极反应,引起电位的变化,从而改变电偶对的极性,如Mg-Al电偶对在中性或微酸性的NaCl溶液中,镁为阳极,铝为阴极,但随着镁的不断溶解,溶液变碱性后,使铝反而成为阳极。
搅拌电解液,减轻或消除浓差极化,不仅加速电偶腐蚀,还可能改变充气状况或金属表面状态,从而改变腐蚀速度以至引起偶极的逆转。
⑷ 将阳极部件设计成为易于更换的,或适当增厚以延长寿命。如水加热器采用青铜管束和加厚的碳钢管板,比用青铜板在经济上更合理。当然在腐蚀较强的介质中,这种组合是不可取的。