1、电偶腐蚀的定义
异种金属在同一种介质中接触时,两金属之间存在电位差,产生电偶电流在两者之间流动,使电位较低的金属腐蚀加剧,造成接触处的局部腐蚀,而电位较高的金属则受到保护,这种现象为电偶腐蚀,也称为接触腐蚀或双金属腐蚀。
电偶腐蚀实质上是由两种不同的金属电极构成的宏观原电池腐蚀它是一种常见的局部腐蚀类型。通常,两种金属的电位差越大,电偶腐蚀越严重。
2、电位序与电偶腐蚀的倾向
必须指出的是,异种金属在同一介质中相接触,哪种金属受腐蚀,哪种金属受保护,不能根据它们标准电极电位的高低作为判断依据。
现以铝和锌在海水中的接触为例来进行说明,铝的标准电极电位是-1.66 V,锌是一0.762V,两者组成偶对,铝为阳极,锌为阴极,所以铝应受到腐蚀,锌则被保护。但事实则恰恰相反,锌受到腐蚀,铝则受到保护。判断结果与实际不符,原因是金属的标准电极电位与其在海水中的非平衡电位相差太大。如铝在3%NaCl溶液中的腐蚀电位是-0.60V,锌的腐蚀电位是一0.83V。所以,两者在海水中接触时,锌是阳极受到腐蚀,铝是阴极受到保护。
因此,当我们对金属在偶对中的极性做出判断时,不能以它们的标准电极电位作为判断依据,而应该以它们的腐蚀电位作为判据,否则将出现错误的结论。在此情况下,可查金属(或合金)的电偶序来做出热力学上的判据。所谓电偶序,就是根据金属(或合金)在一定条件下测得的稳定电位的相对大小排列的表。
金属的电偶序,除了海水为介质的电偶序外,还有以土壤为介质的电偶序。利用电偶序来判断金属在偶对中的极性和腐蚀倾向时,仅仅只根据它们之间的相对电位差,利用热力学数据预期腐蚀发生的方向和程度而已,而没有涉及腐蚀速度的问题,即未考虑动力学问题。有时两种金属的开路电位虽然相差很大,但耦合后阳极体的腐蚀速度不一定很大,这是因为腐蚀电流的大小不能单由推动力来决定,还需考虑极化因素。有时,两种金属在具体介质中的腐蚀情况受极化因素的影响,与腐蚀开始相比,偶对中的极性甚至可与原来的极性倒转。所以,电位序仍有一定的局限性。在实际应用中,最好是实际测量某些金属或合金在具体环境介质中的腐蚀电位和进行必要的电偶实验,才能得出可靠的结论。
3、影响电偶腐蚀的因素
(1)阴、阳极面积比
在一般情况下,随着电偶腐蚀电池的阳极表面积减小,阴极面积增大,阴极对阳极面积的比值增加,导致阳极金属的腐蚀速度增加。从生产实际来看,不同金属耦合起来,在不同的电极面积比下,对阳极的腐蚀速度就有不同的加速作用。从防腐的角度考虑,大阴极—小阳极的连接结构是危险的,因为它可使腐蚀电流急剧增加,连接结构很快受到破坏。而大阳极—小阴极的结构则较为安全,因为阳极面积大,阳极溶解速度相对减小,不至于短期内引起连接结构的破坏。
(2)介质的影响
金属的稳定性受介质条件的直接影响,而各种上金属的变化趋势并不相同。当介质条件变化后,还可能发生电极电位的逆转,从而改变金属的极性。另外,溶液温度、成分及pH值的变化对电偶腐蚀的影响很大,也可能引起极性反转。一些异种金属接触时,在介质静止时,电偶腐蚀并不明显,而在介质流动的情况下,电偶腐蚀加剧。