Ig電偶電流密度，A·cm-2

IL氧極限擴(kuò)散電流密度，A·cm-2

Ac陰極金屬面積，cm2

Aa陽極金屬面積，cm2

由上式可知電偶電流密度值隨陰陽面積比的增大而增大，且成線性遞增關(guān)系。肖葵等研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。理論上陽極面積遠(yuǎn)大于陰極面積時(shí)，電偶電位約等于陽極金屬的腐蝕電位；陰極面積遠(yuǎn)大于陽極面積時(shí)，電極電位約等于陰極金屬的腐蝕電位。杜敏等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碳鋼/鈦合金電偶對(duì)電偶腐蝕的陰陽面積比只有超過500時(shí)，電偶電流密度才會(huì)出現(xiàn)極值的情況。

2.2.2 偶對(duì)間距離

姚希蔡超等人發(fā)現(xiàn)不同金屬發(fā)生電偶腐蝕時(shí)，接觸部位的不同位置的會(huì)出現(xiàn)不同的電流密度進(jìn)而反應(yīng)不同金屬接觸距離也對(duì)電偶腐蝕具有重要影響。根據(jù)腐蝕電化學(xué)的原理，增大電偶對(duì)之間的距離就是增大了帶電離子的擴(kuò)散距離，等于增大了溶液之間的電阻，增大了傳質(zhì)過程的阻力。一般情況下在確定的陰陽比面積下，電偶電流密度與電偶對(duì)之間的距離成反比。然而趙華萊研究發(fā)現(xiàn)Inconel 718/VM80SS電偶對(duì)和N08028/BG95SS電偶對(duì)的電偶電流密度和電偶對(duì)間距成反比。因此電偶對(duì)之間的距離的變動(dòng)會(huì)影響電偶腐蝕電流的大小，最終結(jié)果表現(xiàn)為影響電偶腐蝕速度。

2.3 環(huán)境因素的影響

2.3.1 溫度

溫度是最為常見的環(huán)境影響因素，溫度對(duì)電偶腐蝕的影響較為復(fù)雜。從動(dòng)力學(xué)角度考慮，提高溫度會(huì)增大活化過程的動(dòng)力，從而加快電偶腐蝕速度，電偶電流密度增大，通常情況下高溫環(huán)境下的電偶腐蝕的將會(huì)加重。溫度升高時(shí)，其他環(huán)境因素也會(huì)受到影響，氧濃度隨著溫度的升高擴(kuò)散速度增大，氧氣的溶解度降低，導(dǎo)致出現(xiàn)電偶腐蝕極大值的現(xiàn)象。溫度的升高也會(huì)改變生成的腐蝕產(chǎn)物和金屬氧化膜的組成，間接影響電偶腐蝕的速度。李淑英等實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)碳鋼/紫銅電偶對(duì)電偶腐蝕速度隨著溫度的升高而增大。

2.3.2 pH值

pH值對(duì)電偶腐蝕產(chǎn)生的影響，研究發(fā)現(xiàn)溶液pH值小于4時(shí)，pH值越小，腐蝕速度越大，當(dāng)溶液pH值維持在4～9，腐蝕速度不受pH變化的影響，當(dāng)溶液pH值維持在9～14，腐蝕速度大幅度降低。介質(zhì)變化可能會(huì)導(dǎo)致電極反應(yīng)的變化，引起電位的改變，使得電偶對(duì)的極性發(fā)生變化。陳云翔等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銅/鋅電偶對(duì)隨著pH值的降低腐蝕速率增大，分析發(fā)現(xiàn)在不同pH時(shí)陰極發(fā)生的反應(yīng)不同，當(dāng)pH值為2.4時(shí)，銅/鋅電偶對(duì)陰極反應(yīng)發(fā)生的是析氫過程，當(dāng)pH值維持在6.0時(shí)，銅/鋅電偶對(duì)陰極反應(yīng)發(fā)生的是溶解氧還原過程。劉俊超等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鎳基合金/碳鋼電偶對(duì)的電偶腐蝕速度隨pH值的增大而減小，pH值7.76時(shí)的腐蝕速度最大，pH值到達(dá)10.5后，腐蝕速度不變。

2.3.3 氧含量

氧氣在電偶腐蝕中作為最好的去極化劑，其含量的變化對(duì)電偶腐蝕的影響波動(dòng)較大。然而氧氣的含量容易受到其他相關(guān)因素的影響，例如：在開放體系中，氧氣的含量比較高，在封閉體系中，氧氣的含量也會(huì)相應(yīng)減少。一般情況下氧氣濃度增加有利于加快陰極的還原反應(yīng)速率，從而加快整個(gè)電化學(xué)腐蝕體系。賈睿程實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種AA2024、AA6061和AA7075鋁合金的電流密度隨著溶解氧濃度的增加而增大。氧含量對(duì)電偶腐蝕的影響還需要結(jié)合相應(yīng)電偶對(duì)金屬的特性進(jìn)行分析，如在海水介質(zhì)中，對(duì)碳鋼等不易發(fā)生鈍化的金屬，氧含量的增加，可以通過去極化的作用增大金屬腐蝕速率，擔(dān)對(duì)鋁等易發(fā)生鈍化的金屬，氧氣含量的增加則有利于鈍化膜的形成，減輕金屬的腐蝕速度。

2.3.4 鹽濃度

電偶腐蝕所處于的電解質(zhì)溶液的濃度是形成電偶腐蝕三大因素之一，溶液中的濃度不同會(huì)使得電導(dǎo)率不同，電導(dǎo)率的不同將會(huì)導(dǎo)致溶液電阻的分壓不同。耦接電極表面的電流分布是不均勻的，距離接觸部位越近，溶液電阻的分壓作用越小，電流越大。史平安等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)2A12/45和2A12/40CrNiMoA金屬電偶對(duì)隨著溶液濃度的增大，電偶電流密度增大，腐蝕速度變快。劉全兵等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5083鋁合金和30CrMnSiA碳鋼電偶對(duì)的電偶電流密度隨著NaCl濃度的增大而減小。楊飛實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不銹鋼/碳鋼電偶對(duì)的電偶腐蝕速度隨氯離子的濃度上升而增大。

2.3.5 海水的流動(dòng)狀態(tài)

海水流動(dòng)過程中的攪拌作用通過減輕或消除濃差極化來加速電偶腐蝕，海水流動(dòng)將會(huì)改變?nèi)芤旱某錃鉅顩r和金屬表面狀態(tài)，從而影響腐蝕速度，有時(shí)甚至?xí)偈闺娕紭O性發(fā)生轉(zhuǎn)變。如不銹鋼/銅電偶對(duì)在靜態(tài)的海水中不銹鋼作為陽極，銅作為陰極，但當(dāng)海水為流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電偶對(duì)的極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)不銹鋼作為陰極，銅作為陽極。

2.3.6 腐蝕介質(zhì)成分

金屬在不同溶液中的電偶序是不同的，電偶序的改變將會(huì)導(dǎo)致電偶對(duì)陰陽極發(fā)生逆轉(zhuǎn)，電偶腐蝕速度明顯改變。如銅鐵電偶對(duì)在NaCl溶液中的鐵作為陽極，若腐蝕介質(zhì)中加入NH4+，電偶對(duì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，銅變?yōu)殛枠O，鐵為陰極。

三、電偶腐蝕控制方法措施

電偶腐蝕具有潛在的危險(xiǎn)性，目前對(duì)于金屬材料電偶腐蝕的控制手段是根據(jù)特定情況下的產(chǎn)生電偶腐蝕的原因和影響因素，對(duì)其采用不同的表面處理技術(shù)進(jìn)行防護(hù)。

根據(jù)電偶腐蝕的原理，電偶腐蝕的防護(hù)要從以下幾個(gè)角度出發(fā)，同時(shí)電偶腐蝕的控制也要考慮工件的具體的應(yīng)用場景，因地制宜選擇控制手段。

3.1 正確選材

異種金屬進(jìn)行連接時(shí)，優(yōu)先選擇電位差小的電偶對(duì)。其次針對(duì)已選擇電偶，設(shè)法將電偶對(duì)的陰陽比面積控制在一個(gè)合適的范圍，盡量減小陰極的電極面積增大陽極的電極面積，但是鑒于陰陽面積比過大會(huì)導(dǎo)致電流密度出現(xiàn)極值，所以建議避免“小陰極-大陽極”的情況的出現(xiàn)。

3.2 電絕緣保護(hù)

對(duì)于無法避免的大電位差的電偶腐蝕，選用電絕緣措施是控制電偶腐蝕的可靠方法之一。在異種金屬的接觸位置添加絕緣措施進(jìn)行電絕緣處理消除電子通過的通路。具體做法為利用絕緣墊片將陰陽極分隔或使用緩蝕劑增大腐蝕介質(zhì)的電阻。

3.3 表面處理技術(shù)

采用合適的表面處理對(duì)金屬表面進(jìn)行處理，表面處理技術(shù)分為在金屬表面進(jìn)行涂鍍層處理和對(duì)表面金屬進(jìn)行改性處理。原理為減小異種金屬的電位差或增大異種金屬的電阻值。蔡建敏等人分別對(duì)鋁合金進(jìn)行鈦鋯轉(zhuǎn)化處理和碳鋼進(jìn)行鍍鋅處理，電偶腐蝕電流大幅度降低。

3.4 密封處理

密封處理的原則是將連接處的金屬構(gòu)件，通過密封材料搭建一個(gè)封閉環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)與外部環(huán)境隔絕的狀態(tài)，最大程度的減輕因外部環(huán)境因素的介入導(dǎo)致的金屬構(gòu)件的電聯(lián)通，從而有效避免電偶腐蝕的發(fā)生。具體做法是將不適合進(jìn)行表面處理的連接處結(jié)構(gòu)可以用密封處理的方式解決電偶腐蝕，使用密封塑料或塑料薄膜將連接處的金屬包裹起來，實(shí)現(xiàn)連接處金屬與外界環(huán)境的隔離以解決電偶腐蝕問題。

3.5 外加磁場

根據(jù)電偶腐蝕的原理，外加磁場可以減緩金屬電偶腐蝕的行為。一般使用外加磁場的目的是影響離子從陽極到陰極的傳導(dǎo)，改變離子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來控制電偶腐蝕的發(fā)生。外加磁場另一方面會(huì)使腐蝕介質(zhì)的電導(dǎo)率發(fā)生變化，影響電化學(xué)傳導(dǎo)速率，甚至外加磁場會(huì)改變金屬表面的生成材料。

四、結(jié)論

(1)電偶腐蝕的影響因素主要為電偶對(duì)的開路電位差，由于每個(gè)電偶對(duì)的電偶腐蝕影響都是不同的，需要通過實(shí)驗(yàn)證明每個(gè)電偶對(duì)的電偶腐蝕影響因素。

(2)減輕電偶腐蝕最直接的措施就是從選材上避免容易發(fā)生電偶腐蝕的電偶對(duì)，同時(shí)避免“大陰極-小陽極”的情況出現(xiàn)。

(3)選定好合適的電偶對(duì)，通過增大電偶對(duì)電阻的原理進(jìn)行電偶腐蝕的控制，包括電絕緣保護(hù)、金屬表面處理技術(shù)以及密封處理等，這些成熟的控制措施將大大減小電偶腐蝕的腐蝕速率。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可將多種電偶腐蝕的控制措施聯(lián)合使用，如對(duì)進(jìn)行電絕緣處理的金屬電偶對(duì)同時(shí)進(jìn)行金屬的表面處理。多項(xiàng)電偶腐蝕的防控措施并行使用，將最大限度減少電偶腐蝕發(fā)生帶來的破壞。

(4)外加磁場一方面可以影響帶電粒子在磁場的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變其速率和方向從而達(dá)到控制電偶腐蝕得發(fā)生，另一方面外加磁場同樣會(huì)影響腐蝕介質(zhì)的傳導(dǎo)速率或者改變金屬表面氧化還原反應(yīng)得產(chǎn)物，進(jìn)而影響電化學(xué)腐蝕反應(yīng)發(fā)生的速率，達(dá)到控制金屬電偶腐蝕的目的。外加磁場對(duì)電化學(xué)腐蝕防控技術(shù)具有廣闊的研究前景，是電偶腐蝕控制技術(shù)的一個(gè)未來發(fā)展方向。

五、夢(mèng)能科技

夢(mèng)能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計(jì)、涂裝施工為一體的科技公司，夢(mèng)能科技專長于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢(mèng)能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計(jì)階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當(dāng)中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。