從鋁鍍鎳散熱器腐蝕談電偶腐蝕

李明鋒

摘要：由于鋁鎳間固有的電位差導(dǎo)致電偶腐蝕，鋁鍍鎳散熱器在防水試驗(yàn)后出現(xiàn)大量的點(diǎn)狀白銹。本文系列驗(yàn)證了不同表面處理的鋁在全浸泡水和中性鹽霧下的耐蝕性，并簡(jiǎn)要介紹了電偶腐蝕的內(nèi)在機(jī)理，最后對(duì)不同金屬電偶對(duì)的使用提供了建議。

關(guān)鍵詞：鋁鍍鎳、電偶腐蝕、過電位

前言：本司部分散熱器為熱管散熱器，為將銅管與鋁基板釬焊，部分廠家釬焊前將1070鋁基板鍍鎳，以改善鋁/銅的釬焊性能。但近期我司散熱器安裝在整機(jī)上后進(jìn)行防水試驗(yàn)，空置一段時(shí)間后，鋁鍍鎳散熱器出現(xiàn)大量的點(diǎn)狀白銹。經(jīng)系列驗(yàn)證后，確認(rèn)該問題是由于鋁鎳間固有的電位差導(dǎo)致的電位腐蝕，不是由于基材或涂鍍工藝。本文分析了不同表面處理的鋁在全浸泡水和中性鹽霧下的耐蝕性，并以簡(jiǎn)要的公式和反應(yīng)式介紹電偶腐蝕的內(nèi)在機(jī)理，最后對(duì)不同金屬電偶對(duì)的使用提供了建議。

1概述

最早對(duì)電偶腐蝕的認(rèn)識(shí)始于1763年，當(dāng)英國(guó)海軍應(yīng)用鐵釘固定銅質(zhì)船板時(shí)發(fā)生了嚴(yán)重的銅鐵之間電偶腐蝕。金屬的腐蝕過程是金屬和周圍介質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成金屬化合物的過程，實(shí)際上就是金屬和介質(zhì)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)。[1]隨著科學(xué)研究的逐漸深入，人們開始意識(shí)到電偶腐蝕是一種潛在的、危害極為廣泛和嚴(yán)重的腐蝕種類，也是造成工業(yè)設(shè)備和日常生活用具破壞的一種主要腐蝕類型。

1.1電偶腐蝕基本概念

電偶腐蝕（GalvanicCorrosion）也稱為異種金屬的接觸腐蝕（BimetallicContactCorrosion），是指在實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)中，兩種不同電化學(xué)性質(zhì)的材料在與周圍環(huán)境介質(zhì)構(gòu)成回路，形成電偶腐蝕原電池時(shí)，其中自腐蝕電位低的金屬在和腐蝕電位高的金屬接觸，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極極化，從而導(dǎo)致其溶解速度增加，而電位高的金屬發(fā)生陰極極化，溶解速度減慢，受到陰極保護(hù)。在該腐蝕電池中，陽(yáng)極金屬溶解速度增加的效應(yīng)，稱為電偶腐蝕效應(yīng)，陰極溶解速度減少的效應(yīng)，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)，兩種效應(yīng)是同時(shí)存在的。一些在大氣環(huán)境中電偶腐蝕不明顯的設(shè)備，在海洋環(huán)境中很容易形成閉合回路發(fā)生明顯電偶腐蝕，甚至誘發(fā)應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等更嚴(yán)重的腐蝕破壞[2]。

1.2電偶腐蝕影響因素

（1）自腐蝕電位差;（2）極化作用影響;（3）陰陽(yáng)極面積比;（4）電偶對(duì)陰陽(yáng)極的距離;（5）海水的流動(dòng)速度;（6）海水的溫度和溶氧量。

2試驗(yàn)及問題分析

2.1試驗(yàn)方案

1）將正常產(chǎn)品的鋁鍍鎳、陽(yáng)極鋁、純鋁、不同厚度的鋁鍍鎳進(jìn)行恒溫25℃泡水試驗(yàn)，觀察表面腐蝕情況;

2）將正常產(chǎn)品的鋁鍍鎳、陽(yáng)極鋁、純鋁、不同厚度的鋁鍍鎳、局部鍍鎳產(chǎn)品（翅片為純鋁）進(jìn)行中性連續(xù)、交變鹽霧，觀察表面腐蝕情況。

2.2試驗(yàn)結(jié)果及分析

1）72h泡水試驗(yàn)

鋁鍍鎳在泡水后出現(xiàn)嚴(yán)重生銹，薄的鍍鎳層對(duì)鋁的防腐蝕起到反作用，加速基材腐蝕。在一定范圍內(nèi)增加鍍層厚度對(duì)解決水浸泡腐蝕有利，但無法從根本上消除電位差腐蝕，只通過增加鍍鎳層厚度來提高耐蝕性依然有很大風(fēng)險(xiǎn)。

2）72h中性連續(xù)鹽霧

增加鍍鎳層厚度對(duì)耐鹽霧無根本性改善。純鋁、基體局部鍍鎳后的無鎳翅片和陽(yáng)極氧化鋁耐蝕性良好，雖然純鋁在鹽霧后很快出現(xiàn)黑色氧化物薄膜，但后續(xù)腐蝕不再繼續(xù)擴(kuò)展，對(duì)散熱器的性能無影響，僅稍微影響外觀。

3）72h中性交變鹽霧

中性交變鹽霧比中性連續(xù)鹽霧更加嚴(yán)酷，長(zhǎng)時(shí)間的鹽霧試驗(yàn)后，鍍鎳層表面出現(xiàn)鼓泡，這是由于鋁基體出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致鎳層附著力下降。

3電偶對(duì)使用建議

為了減輕腐蝕電位不同的金屬造成的電偶腐蝕，根據(jù)三防領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，建議如下[2]：

①避免在嚴(yán)酷環(huán)境下將電位差別大的不同金屬搭接，不超過0.5V為宜;

②避免小陽(yáng)極、大陰極;

③如果必須搭接，將兩者與外界嚴(yán)酷環(huán)境隔絕，或?qū)烧呓^緣;

④采用陰極保護(hù)法。

結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)

本文分析了不同表面處理的鋁在全浸泡水和中性鹽霧下的耐蝕性，確認(rèn)鋁鍍鎳問題是由于鋁鎳間固有的電位差導(dǎo)致的電位腐蝕，不是由于基材或涂鍍工藝。以簡(jiǎn)要的公式和反應(yīng)式介紹電偶腐蝕的內(nèi)在機(jī)理，最后對(duì)不同金屬電偶對(duì)的使用提供了建議。

1）鋁鍍鎳散熱器的腐蝕歸根到底是鋁鎳間巨大的電位差：在實(shí)際鍍鎳時(shí)，散熱器翅邊緣可能會(huì)出現(xiàn)涂層覆蓋不完全的現(xiàn)象，且由于鍍層過薄，鍍層存在一定的孔隙率，水可以通過孔隙將鋁和鎳連通起來，構(gòu)成腐蝕電偶對(duì)。

2）鋁鍍鎳在泡水和鹽霧后出現(xiàn)嚴(yán)重生銹，薄的鍍鎳層對(duì)鋁的防腐蝕起到反作用，加速基材腐蝕。在一定范圍內(nèi)增加鍍層厚度對(duì)解決水浸泡腐蝕有利，但無法從根本上消除電位差腐蝕。雖然純鋁在鹽霧后很快出現(xiàn)黑色氧化物薄膜，但后續(xù)腐蝕不再繼續(xù)擴(kuò)展，對(duì)散熱器的性能無影響，僅影響外觀。

3）當(dāng)兩種異種金屬接觸形成電偶對(duì)后，如果金屬M(fèi)1腐蝕電位低于金屬M(fèi)2腐蝕電位，M1的陽(yáng)極溶解反應(yīng)的過電位增大，腐蝕傾向加大;M2的陽(yáng)極溶解反應(yīng)的過電位減小，腐蝕傾向減小。

4）電偶腐蝕效應(yīng)發(fā)生范圍廣，影響大，不僅僅發(fā)生于宏觀目視可見的異種金屬接觸，還可以發(fā)生在缺陷鍍層與基體間、雜質(zhì)含量大的金屬中。減輕電偶腐蝕效應(yīng)可以通過隔絕腐蝕介質(zhì)、金屬絕緣、降低陰陽(yáng)極面積比、外加電流保護(hù)等方法實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹楚南.腐蝕電化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：31-48.

[2]溫斯頓·里維.尤利格腐蝕手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：108-109.

[3]周茂祥.低壓電器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：165-167.