从铝镀镍散热器腐蚀谈电偶腐蚀

李明锋

摘要：由于铝镍间固有的电位差导致电偶腐蚀，铝镀镍散热器在防水试验后出现大量的点状白锈。本文系列验证了不同表面处理的铝在全浸泡水和中性盐雾下的耐蚀性，并简要介绍了电偶腐蚀的内在机理，最后对不同金属电偶对的使用提供了建议。

关键词：铝镀镍、电偶腐蚀、过电位

前言：本司部分散热器为热管散热器，为将铜管与铝基板钎焊，部分厂家钎焊前将1070铝基板镀镍，以改善铝/铜的钎焊性能。但近期我司散热器安装在整机上后进行防水试验，空置一段时间后，铝镀镍散热器出现大量的点状白锈。经系列验证后，确认该问题是由于铝镍间固有的电位差导致的电位腐蚀，不是由于基材或涂镀工艺。本文分析了不同表面处理的铝在全浸泡水和中性盐雾下的耐蚀性，并以简要的公式和反应式介绍电偶腐蚀的内在机理，最后对不同金属电偶对的使用提供了建议。

1概述

最早对电偶腐蚀的认识始于1763年，当英国海军应用铁钉固定铜质船板时发生了严重的铜铁之间电偶腐蚀。金属的腐蚀过程是金属和周围介质作用转变成金属化合物的过程，实际上就是金属和介质之间发生氧化还原反应。[1]随着科学研究的逐渐深入，人们开始意识到电偶腐蚀是一种潜在的、危害极为广泛和严重的腐蚀种类，也是造成工业设备和日常生活用具破坏的一种主要腐蚀类型。

1.1电偶腐蚀基本概念

电偶腐蚀（GalvanicCorrosion）也称为异种金属的接触腐蚀（BimetallicContactCorrosion），是指在实际金属结构中，两种不同电化学性质的材料在与周围环境介质构成回路，形成电偶腐蚀原电池时，其中自腐蚀电位低的金属在和腐蚀电位高的金属接触，会发生阳极极化，从而导致其溶解速度增加，而电位高的金属发生阴极极化，溶解速度减慢，受到阴极保护。在该腐蚀电池中，阳极金属溶解速度增加的效应，称为电偶腐蚀效应，阴极溶解速度减少的效应，称为阴极保护效应，两种效应是同时存在的。一些在大气环境中电偶腐蚀不明显的设备，在海洋环境中很容易形成闭合回路发生明显电偶腐蚀，甚至诱发应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等更严重的腐蚀破坏[2]。

1.2电偶腐蚀影响因素

（1）自腐蚀电位差;（2）极化作用影响;（3）阴阳极面积比;（4）电偶对阴阳极的距离;（5）海水的流动速度;（6）海水的温度和溶氧量。

2试验及问题分析

2.1试验方案

1）将正常产品的铝镀镍、阳极铝、纯铝、不同厚度的铝镀镍进行恒温25℃泡水试验，观察表面腐蚀情况;

2）将正常产品的铝镀镍、阳极铝、纯铝、不同厚度的铝镀镍、局部镀镍产品（翅片为纯铝）进行中性连续、交变盐雾，观察表面腐蚀情况。

2.2试验结果及分析

1）72h泡水试验

铝镀镍在泡水后出现严重生锈，薄的镀镍层对铝的防腐蚀起到反作用，加速基材腐蚀。在一定范围内增加镀层厚度对解决水浸泡腐蚀有利，但无法从根本上消除电位差腐蚀，只通过增加镀镍层厚度来提高耐蚀性依然有很大风险。

2）72h中性连续盐雾

增加镀镍层厚度对耐盐雾无根本性改善。纯铝、基体局部镀镍后的无镍翅片和阳极氧化铝耐蚀性良好，虽然纯铝在盐雾后很快出现黑色氧化物薄膜，但后续腐蚀不再继续扩展，对散热器的性能无影响，仅稍微影响外观。

3）72h中性交变盐雾

中性交变盐雾比中性连续盐雾更加严酷，长时间的盐雾试验后，镀镍层表面出现鼓泡，这是由于铝基体出现了严重腐蚀，导致镍层附着力下降。

3电偶对使用建议

为了减轻腐蚀电位不同的金属造成的电偶腐蚀，根据三防领域的经验，建议如下[2]：

①避免在严酷环境下将电位差别大的不同金属搭接，不超过0.5V为宜;

②避免小阳极、大阴极;

③如果必须搭接，将两者与外界严酷环境隔绝，或将两者绝缘;

④采用阴极保护法。

结论与经验

本文分析了不同表面处理的铝在全浸泡水和中性盐雾下的耐蚀性，确认铝镀镍问题是由于铝镍间固有的电位差导致的电位腐蚀，不是由于基材或涂镀工艺。以简要的公式和反应式介绍电偶腐蚀的内在机理，最后对不同金属电偶对的使用提供了建议。

1）铝镀镍散热器的腐蚀归根到底是铝镍间巨大的电位差：在实际镀镍时，散热器翅边缘可能会出现涂层覆盖不完全的现象，且由于镀层过薄，镀层存在一定的孔隙率，水可以通过孔隙将铝和镍连通起来，构成腐蚀电偶对。

2）铝镀镍在泡水和鹽雾后出现严重生锈，薄的镀镍层对铝的防腐蚀起到反作用，加速基材腐蚀。在一定范围内增加镀层厚度对解决水浸泡腐蚀有利，但无法从根本上消除电位差腐蚀。虽然纯铝在盐雾后很快出现黑色氧化物薄膜，但后续腐蚀不再继续扩展，对散热器的性能无影响，仅影响外观。

3）当两种异种金属接触形成电偶对后，如果金属M1腐蚀电位低于金属M2腐蚀电位，M1的阳极溶解反应的过电位增大，腐蚀倾向加大;M2的阳极溶解反应的过电位减小，腐蚀倾向减小。

4）电偶腐蚀效应发生范围广，影响大，不仅仅发生于宏观目视可见的异种金属接触，还可以发生在缺陷镀层与基体间、杂质含量大的金属中。减轻电偶腐蚀效应可以通过隔绝腐蚀介质、金属绝缘、降低阴阳极面积比、外加电流保护等方法实现。

参考文献

[1]曹楚南.腐蚀电化学[M].北京：化学工业出版社，2008：31-48.

[2]温斯顿·里维.尤利格腐蚀手册[M].北京：化学工业出版社，2005：108-109.

[3]周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992：165-167.