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電解液中電偶腐蝕檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-03 12:31:40 更新時(shí)間：2025-08-02 12:31:41

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

電解液中電偶腐蝕檢測概述

電解液中的電偶腐蝕，也稱為異金屬接觸腐蝕或雙金屬腐蝕，是指當(dāng)兩種具有不同電極電位的金屬或合金在電解質(zhì)溶液中相互連接（電導(dǎo)通）時(shí)，電位較負(fù)（活潑）的金屬作為陽極發(fā)生加速溶解，而電位較正（惰性）的金屬作為陰極受到保護(hù)的一種腐蝕現(xiàn)象。這種腐蝕在電池、汽車?yán)鋮s系統(tǒng)、船舶、化工設(shè)備、海洋工程以及微電子封裝等領(lǐng)域尤為常見且危害嚴(yán)重。檢測電解液中的電偶腐蝕行為，對于評估材料組合的相容性、預(yù)測設(shè)備壽命、優(yōu)化防護(hù)措施和保障安全性至關(guān)重要。它涉及在模擬或?qū)嶋H工況條件下，定量測量由電偶效應(yīng)引起的金屬陽極溶解速率增加（即腐蝕速率增大）的程度。

主要檢測項(xiàng)目

電解液中電偶腐蝕檢測的核心項(xiàng)目通常包括：

1. 電偶電流 (I_g)： 這是最直接反映電偶腐蝕強(qiáng)度的指標(biāo)，測量在偶合狀態(tài)下從陽極流向陰極的電流大小。電流值越大，通常表明陽極金屬的腐蝕速率越快。

2. 電偶電位 (E_g)： 偶合后形成的混合電位（電偶對電位）。該電位通常介于兩種金屬單獨(dú)開路電位之間。

3. 開路電位 (OCP)： 分別測量偶對中兩種金屬/合金在未偶合狀態(tài)下的穩(wěn)定開路電位，以確定它們之間的初始電位差（驅(qū)動力）。

4. 腐蝕速率變化： 通過失重法、電化學(xué)技術(shù)（如極化電阻法）或表面分析技術(shù)（如3D輪廓儀）定量評估陽極金屬在偶合前后的腐蝕速率變化（通常用增重倍數(shù)表示）。

5. 腐蝕形貌觀察： 在測試結(jié)束后，通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡 (SEM) 等對陽極和陰極試樣的表面形貌進(jìn)行觀察分析，評估腐蝕類型和嚴(yán)重程度。

常用檢測儀器

進(jìn)行電解液中電偶腐蝕檢測主要依賴以下儀器設(shè)備：

1. 電化學(xué)工作站 (Potentiostat/Galvanostat)： 這是核心設(shè)備，用于精確控制電位/電流，測量開路電位和監(jiān)測、記錄電偶電流隨時(shí)間的變化。通常配備多通道切換器以同時(shí)監(jiān)測多個電偶對。

2. 零電阻電流計(jì) (ZRA - Zero Resistance Ammeter)： 專門用于測量兩個電極之間流過的微小電流（電偶電流），其設(shè)計(jì)使得被測電極間的外電路電阻趨近于零，從而不影響偶合狀態(tài)。

3. 恒電位儀/恒電流儀： 用于進(jìn)行極化曲線測量（如動電位掃描）以評估材料的電化學(xué)行為。

4. 電解池 (Electrochemical Cell)： 容納電解液和測試樣品的容器，通常采用三電極體系（工作電極、對電極、參比電極）或雙電極體系（用于ZRA直接測量電偶電流）。

5. 參比電極 (Reference Electrode)： 如飽和甘汞電極 (SCE)、銀/氯化銀電極 (Ag/AgCl) 或硫酸銅電極 (CSE)，用于提供穩(wěn)定可靠的電位基準(zhǔn)。

6. 輔助電極 (Counter Electrode)： 通常使用鉑片或石墨棒，構(gòu)成電流回路。

7. 恒溫系統(tǒng)： 如水浴或油浴槽，用于控制測試溫度。

8. 分析天平： 用于失重法測量腐蝕速率。

9. 顯微鏡與表面分析儀： 用于觀測和分析腐蝕后的表面形貌。

主要檢測方法

電解液中電偶腐蝕的檢測方法主要包括：

1. 直接電偶電流測量法 (ZRA法)：

原理： 使用零電阻電流計(jì) (ZRA) 將兩種金屬直接短路連接，實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測并記錄流經(jīng)它們之間的電偶電流 (I_g) 和混合電位 (E_g)。
特點(diǎn)： 最直接、最常用的方法，能動態(tài)反映腐蝕過程，操作相對簡便。

2. 極化曲線法：

原理： 分別測量兩種金屬的陰極極化曲線和陽極極化曲線（在電解液中單獨(dú)測量）。通過將兩條曲線在電位-電流密度圖上疊加，在交點(diǎn)處確定理論上的電偶電流密度和電偶電位。
特點(diǎn)： 可以提供理論預(yù)測基礎(chǔ)，有助于理解腐蝕機(jī)理，但不如ZRA法直接反映實(shí)際偶合狀態(tài)下的動態(tài)行為。

3. 失重法：

原理： 將偶合后的陽極試樣與相同條件下未偶合（單獨(dú)浸泡）的陽極試樣進(jìn)行對比，通過精確測量浸泡一定時(shí)間后的質(zhì)量損失，計(jì)算腐蝕速率，評估偶合效應(yīng)（增重倍數(shù) = 偶合腐蝕速率 / 未偶合腐蝕速率）。
特點(diǎn)： 結(jié)果直觀可靠，是定量評估腐蝕速率的經(jīng)典方法，但周期較長，不能反映動態(tài)過程。

4. 電化學(xué)噪聲法 (EN)：

原理： 同時(shí)監(jiān)測偶合金屬對之間的電位和電流的自發(fā)、隨機(jī)波動信號（噪聲）。分析噪聲參數(shù)（如標(biāo)準(zhǔn)偏差、譜噪聲電阻、散粒噪聲電荷等）可以評估電偶腐蝕的強(qiáng)度甚至識別局部腐蝕傾向。
特點(diǎn)： 無損、原位監(jiān)測，可能獲得更多腐蝕機(jī)制信息，但數(shù)據(jù)分析相對復(fù)雜。

相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)

電解液中電偶腐蝕檢測遵循國內(nèi)外多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，確保測試結(jié)果的可靠性和可比性：

國際標(biāo)準(zhǔn) (主要 ASTM)：

ASTM G71-81(2021) 《Standard Guide for Conducting and Evaluating Galvanic Corrosion Tests in Electrolytes》： 這是電偶腐蝕測試最核心、應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)指南。詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣品準(zhǔn)備、測試條件（溶液、溫度、通氣、面積比等）、測試方法（ZRA法、失重法）、結(jié)果評估和報(bào)告要求。
ASTM G82-98(2021) 《Standard Guide for Development and Use of a Galvanic Series for Predicting Galvanic Corrosion Performance》： 指導(dǎo)如何建立和利用電偶序來預(yù)測電偶腐蝕傾向。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) (主要 GB/T)：

GB/T 15748-2013 《船用金屬材料電偶腐蝕試驗(yàn)方法》： 針對船舶環(huán)境，規(guī)定了人造海水中電偶腐蝕的試驗(yàn)方法（失重法和電化學(xué)方法）。
GB/T 10123-2001 《金屬和合金的腐蝕基本術(shù)語和定義》： 定義了電偶腐蝕等基本術(shù)語。
GB/T 18590-2001 《金屬和合金的腐蝕點(diǎn)蝕評定方法》： 雖然主要針對點(diǎn)蝕，但評估方法有時(shí)也用于觀察電偶腐蝕引起的局部腐蝕。
ISO 7441:1984 《金屬和合金的腐蝕 — 雙金屬室外暴露腐蝕試驗(yàn)》 (及其他相關(guān)ISO標(biāo)準(zhǔn))：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 許多特定行業(yè)（如汽車、航空航天、電子）或大型企業(yè)會根據(jù)產(chǎn)品或應(yīng)用的具體需求，制定更詳細(xì)或針對性更強(qiáng)的電偶腐蝕測試規(guī)范。

遵循這些標(biāo)準(zhǔn)，特別是ASTM G71，是確保電解液中電偶腐蝕檢測科學(xué)、規(guī)范、結(jié)果可比的關(guān)鍵。