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为什么两种不同的金属会引起腐蚀?

通过克里斯托南岸
发布日期:2017年12月21日
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不同金属间电极电位的差异是造成双金属腐蚀的主要因素。这种电化学过程,取决于应用,可能是有害的,也可能是有益的。

来源:Kanstantsin Prymachuk / Dreamstime.com

在日常生活中,两种不同金属之间的接触经常发生在各种场合。铸铁块上的铝头,锌镀锌钢梁上的焊料,铜管上的焊料,铝锌板上的钢紧固件,这些都是不同金属在不断接触中配对的常见例子。

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这通常不会造成任何问题,然而,在某些情况下,不同金属之间的接触可能是有害的,并导致一种腐蚀,称为双金属腐蚀(也称为双金属腐蚀)电化学腐蚀).这种类型的腐蚀发生在满足某些标准和环境条件是理想的时候。虽然双金属腐蚀对金属有许多不利影响,但在某些情况下电化学过程可以在许多应用中得到有益和积极的应用。(要了解更多关于这些电化学过程的信息,请阅读腐蚀电化学:与腐蚀有关的6种电化学反应.)

什么是双金属腐蚀?

如前所述,双金属(电偶)腐蚀发生时,两种不同的金属电极电位,都是在一群人在场的情况下(直接或间接地)相互接触的电解液比如水。它的特点是加速或优先腐蚀发生在其中一种金属,而另一种金属保持电保护。

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当金属暴露在导电液体中或浸入其中时,它采用电极电位。当两种不同的金属接触时,它们就形成双金属偶阳极另一个是阴极),因为它们与电子的亲和性。阳极电位的差值氧化阴极电位是减少叫做电位差。这种电位差允许电子在阳极和阴极之间自由流动,从而产生电流。

通常,在双金属腐蚀中发生的反应和过程与在单一的、未耦合的金属中发生的反应和过程相似。然而,当不同的金属在电势上有显著的差异时,腐蚀的速率会显著增加。

当电子从阳极(电流序列中较高的金属)流向阴极(电流序列中较低的金属)时,阳极发生氧化并开始优先腐蚀,因此牺牲了自己,而阴极仍然受到保护。金属之间的距离越远电系列,两种金属之间的电位差越大,因此对阳极的腐蚀作用就越大。(在这篇文章中了解电偶系列的背景电偶系列简介:电偶相容性与腐蚀.)

相反,在这个系列中,相互靠近的金属具有相似的反应活性,它们之间的电位差很小,因此电偶腐蚀的影响不大。

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双金属腐蚀的必要条件

两种不同金属之间的接触虽然是必要的,但并不一定会导致双金属腐蚀。造成双金属腐蚀的三个基本要求是:

1.连接两种金属的电解质

电解质基本上是一种导电溶液,它有助于电子在阳极和阴极之间流动。电解液不一定对单个金属具有高度的反应性,当它们分离时,电解液可能以雨水、大气中水蒸气凝结而形成的表面沉积物、潮湿的土壤或盐沉积的形式存在。一般来说,多一个导电电解质导致更大的腐蚀。

2.金属之间的电连接

金属之间的电接触是发生双金属腐蚀的必要条件。虽然这通常涉及到直接的物理接触,但两种金属之间的电接触可以通过使用绝缘涂层导体、钢结构或任何其他导电材料间接实现。连接介质不一定要暴露在电解液中才会发生腐蚀。

3.两种金属之间有足够的电位差

正如前面提到的,电位差允许电子从阳极流向阴极,从而产生电流。在电系中,两种金属相距越远,电位差就越大。当阳极失去电子时氧化就发生了。阳极上的金属会转化成离子,它溶解后会产生凹点并逐渐被消耗。

双金属腐蚀的有利条件

在大多数情况下,要避免双金属腐蚀,通常采取措施防止其发生。尽管它被认为是一种破坏性的过程,但这种电化学现象提供了一些优势,如下所示:

1.电池电压产生

典型的干电池采用的是由不同金属之间的电位差产生电流的原理。阳极通常由阴极可以采用石墨棒的形式。电解液将两种金属分离,并在阳极和阴极之间移动电子以产生电力。

2.金属的电/阴极保护

将两种具有足够电位差的金属结合起来,可以通过允许阳极优先腐蚀,从而牺牲其自身来防止阴极腐蚀。当镀锌结构钢构件,其中锌涂层用于保护底层钢。

防止异种金属腐蚀

防止或减轻双金属腐蚀影响的方法主要集中在破坏系统金属或电解液部分的电路径。一些最常见的防止双金属腐蚀的方法包括:

1.电绝缘材料

通过使金属彼此绝缘,它们就不再接触,它们之间的电子流动也受到了抑制。这可以通过在两种金属之间使用非导电材料来实现,例如塑料或橡胶套管、垫圈和垫圈。

2.与电解质隔离

电解质是通过金属之间的电位差进行电子转移的介质。因此,将金属与电解液分离会导致电路中断,从而防止电偶腐蚀。常用的方法包括使用防水化合物,如润滑脂、油漆、清漆、塑料涂料等电镀

3.使用电极电位相似的金属

在电系中紧密匹配的金属电位差较小,因此电位差也较小化电流.这最终导致双金属腐蚀的概率显著降低。

结论

双金属腐蚀虽然对金属部件有害,但可以通过适当的材料选择和其他绝缘和分离技术来防止。然而,尽管它具有破坏性的名声,支配这种类型的腐蚀的原则可以用于许多有益的应用。

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写的克里斯托南岸|土木工程师

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Krystal是一名土木工程师和项目经理,拥有建筑工程和管理理学硕士学位。她的经验包括重大基础设施项目的项目管理、施工监理,以及道路、路面、交通安全要素、排水等各种基础设施要素的设计。Krystal也是华盛顿特区交通研究委员会的出版作者

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