本文就铝及铝合金的电偶腐蚀机理进行了分析与探讨，根据腐蚀失效机理，并经过铝铜合金的接触电偶腐蚀实验，确定如何通过选材和改进结构设计方式来有效控制电偶腐蚀。

关键词：电偶腐蚀铝合金电极极化

0前言我国是世界第一大铜消费国，尤其是在燃气具热交换器制造行业，耗铜量日益增加。而我国铜矿资源相对缺乏，铝矿资源又相对丰富。因此寻求铝代铜的应用技术是目前一大趋势。铝及铝合金与铜一样具有优良的导电和导热性能，塑型好易于加工成形，是常用金属材料中电位相对较低，应用广泛的一种轻金属。铝及其合金通常处于钝态，在大气和大部分中性溶液中，铝及合金表面能生成一层致密的氧化物?；つ?，具有足够的稳定性，但当介质存在有某种阴离子(如CI-)，会产生点蚀等局部腐蚀现象。铝的电位很低，与正电性金属(Cu、Pt、Fe、Ni)及其合金接触会产生电偶腐蚀，最危险的是铝与铜及铜合金的接触。

1铝及铝合金的电偶腐蚀机理

1.1腐蚀电池一个腐蚀电池必须包括阴极、阳极、电解质溶液和连接阴极与阳极的电子导体，它们缺一不可。这几个组成部分构成了腐蚀电池工作的三个基本过程，即阳极过程、阴极过程和电荷的传递过程。其腐蚀破坏规律遵循电化学腐蚀的原理。

1.2电偶腐蚀的热力学电偶腐蚀是指金属和电解质接触时，金属失去电子变为离子进入溶液引起的金属破坏。金属的电偶腐蚀一般都是在恒温恒压条件下进行的，可用热力学状态函数吉布斯(Gibbs)自由能来判断反应的方向和限度。吉布斯自由能用G表示，对于等温等压并且没有非体积功德过程，腐蚀体系的平衡或稳定态对应吉布斯自由能G为最低状态。设腐蚀反应体系的吉布斯的自由能变化为△G，则有：0自发过程=0平衡(1-1)i为组份i的化学势0逆向自发i为反应式中组分i的化学计数量自然坏境中的大多数金属的单质状态和化合物状态的吉布斯自由能高低表现出图1所示的状况，即腐蚀产物与矿石一样处于低能的稳定状态，金属单质处于高能状态，由于存在△Gb活化能，金属单质在亚稳态易自发进入低能状态，因此金属的腐蚀有自发倾向。由式(1-1)来判断腐蚀反应能否自发进行及腐蚀倾向的大小，△G值的绝对值越大，则该腐蚀的自发倾向就越大。例如，铝在25℃时无氧和有氧存在的纯盐酸中的腐蚀倾向。(1)铝在纯1mol盐酸中(2)铝在含有溶解氧的盐酸中由以上计算结果可见，铝在无氧的纯盐酸中不发生腐蚀，而在有氧溶解的盐酸里将被腐蚀。因此，腐蚀条件对金属的腐蚀倾向有很大的影响。需要指出，通过计算△G值而得到的金属腐蚀倾向的大小，并不是腐蚀速率大小的度量，因为具有高负值的△G并不是具有高的腐蚀速率。在△G为负值的情况下，反应速率可大可小，这主要取决于各种因素对反应过程的影响。

1.3电偶腐蚀的动力学

1.3.1阳极过程在铝和铜及水溶液构成腐蚀原电池后，电极电位较低的铝(-1.66V)作为阳极发生氧化反应，电极电位较高的铜作为阴极发生还原反应。铝及铝合金表面的AI3+离子在水分子的作用下离开晶格进入溶液，形成溶剂化阳离子，剩余的电子在两金属间点位差的作用下进入阴极，并和去极化剂结合形成还原产物，这一不可逆的电极过程促进了阳极铝的持续溶解。

1.3.2阴极过程铝阳极溶解后所释放出来的电子将转移到铜阴极区，在那里与溶液中的去极化剂发生还原反应。因此，发生电偶腐蚀的基础条件是腐蚀电池和去极化极同时存在，或者说阳极过程和阴极过程必须同时进行。

1.3.3电荷的传递过程电荷的传递在金属中是依靠电子从阳极流向阴极，在溶液中则是依靠离子的电迁移。这样，通过阴、阳极的反应和电荷的流动使整个电池体系形成一个回路，阳极过程就可以连续地进行下去，使金属遭到腐蚀。1.3.4电偶腐蚀的速率及极化作用

1.3.4.1腐蚀速率i:为电流密度(A/m2)n:为得失电子数(化合价)F:为法拉第常数(96500C/mol)

1.3.4.2电极的极化首先看一个实验，将面积相同的两块铝片和铜片分别浸入3%的NaCl的溶液中，组成一个腐蚀电池，用导线将负载R和开关k与电流表A串联起来，数字电压表用来测量负载R两端电压，如图2所示。在电池接通前铝和铜两极的电位差为0.65，电流为当电池接通时，电流指示的起始电流为0.0034A，电压表指示的点位差为0.62V，几分钟之后，电位差为0.35V，实验表明，随着通电时间的延长，两极的电位差不断地减少，阴极铜的电位愈来愈负，阳极铝的电位愈来愈正。由于腐蚀电池的极化作用，使得腐蚀电流减少，从而降低了腐蚀速率。假如没有极化作用，铜铝电偶腐蚀的速率将要大得多。

1.3.5电偶腐蚀机理由电偶腐蚀的动力学可知,两金属偶接后的腐蚀电流大小与电极电位差、极化率有关，偶接金属的电极电位差越大，电偶腐蚀的驱动力越大，而电偶腐蚀速率的大小又与电流成正比。当铝与铜孤立存在于电解质溶液中时，它们各自分别与介质构成了共轭腐蚀体系。铝的电极电位为-1.66V，铜的腐蚀电位为+0.337，将铝与铜偶接后，就构成了宏观电偶腐蚀电池，则它们将互相极化到一个共同的混合电位，这个混合电位就是这个电偶腐蚀电池的腐蚀电位。铝与铜接触后，铝除了自溶解外还进行阳极，因此它的腐蚀电流密度i，cm1比它单独存在时的腐蚀电流密度icm1增大了。由于铜作为电偶电池的阴极，从电解质输进的电子参与了其表面的还原反应而抑制了其单独存在时自身溶解的阳极反应，因此它的腐蚀电流密度i，cm2比它单独存在时的腐蚀电流密度icm2减少了。定义金属铝作为阳极形成的腐蚀电流密度i，cm1和单独存在时腐蚀电流密度icm1之比为电偶腐蚀效应，一般用r表示，r=i，cm1/icm1。该公式表示铝与铜偶接后，阳极铝溶解腐蚀速率增加的程度，r越大，电偶腐蚀越严重。

2电偶腐蚀的控制2.1异种金属组成电偶时，它们在电偶序中上下位置相聚越远，电偶腐蚀越严重。因此在构件设计时，尽量选用同种或同组的金属，不用电位相差大的金属，若在特殊情况下，一定要选用电位差相差较大的金属，这两种金属的接触面之间应加绝缘处理，如加绝缘垫片或者在金属表面施加非金属?；げ愣杂诓辉市斫哟サ男×慵匦胱芭湓谝黄鹗保箍梢圆捎帽砻娲淼姆椒?，如零件表面的发蓝处理，对铝合金表面进行阳极氧化。这些表面膜在大气中的电阻较大，可减轻合金表面的电偶腐蚀的作用。

2.2研究表明，阴极与阳极相对面积比对电偶腐蚀速率有重要影响，阴阳极面积比的比值越大，阳极的电流密度也就愈大，金属腐蚀速度越大。由图3可知，电偶腐蚀速率与阴阳极面积比呈线性关系。因此为了减少电偶腐蚀，在结构设计时切忌形成大阴极小阳极的面积比。3结论3.1铝和铜因存在一定的电位差，在相互接触并存在一定电解质条件下，会引发电偶腐蚀。3.2电位相对较低的铝及其合金作为阳极会被腐蚀。

3.3因结构设计或选材不当，会加速电偶腐蚀。