前期写过一篇文章《镀锡铜排中的铜和锡接触会发生电化学腐蚀吗》讲了镀锡铜排中其不会发生电化学腐蚀的原理以及关键风险点,但是今天有同仁问:铜铝过渡端子为什么不发生电化学腐蚀,从原理上它也是铜和铝相联的,应该容易发生电化学腐蚀。原本想让他直接看我的上面提到的镀锡铜排电化学腐蚀的文章,但是仔细一想,还有一定差异,毕竟铜铝过渡端子是铜和铝分开的结构,不同于镀锡铜排锡全包围铜的结构。
那下面就针对这个问题谈下我的看法:
一、铜与铝如何发生电化学腐蚀?
首先说,铜和铝接触确实会发生电化学腐蚀,其机理与前面文章讲铜和锡发生电化学腐蚀的机理一致,首先是因为铜和铝在电化学系列中具有不同的电极电位。当两种不同的金属接触并且处于电解质环境中时,它们之间会形成一个微型的原电池。在这个原电池中,电极电位较低的金属(在这种情况下是铝)会作为阳极溶解,而电极电位较高的金属(铜)则作为阴极。
也就是说,铝比铜更活泼(初中时候背诵的钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢,铜汞银铂金,到现在仍旧张口就来),然后在电化学腐蚀过程中,铝会失去电子被氧化,而铜则接受这些电子被还原。因此,理论上在铜和铝接触的情况下,铝会逐渐溶解,而铜则保持相对稳定。
当然以上电化学腐蚀的发生是需要条件的,不是有铜有铝就可以,条件如下:
1.两种金属必须直接或间接接触,也就是必须要具备能形成电化学回路的条件,使金属间形成电连接。
2.存在电解质溶液(如水、潮湿空气或含有盐分的环境),电解质溶液充当了离子导体的角色,允许电子流动。
3.两种金属之间存在电位差。铜和铝之间存在电位差。在电化学系列中,铝的电极电位比铜更低,因此铝更倾向于失去电子而被氧化。
4.适当的环境条件:温度、湿度和pH值等环境因素都会很大程度影响电化学腐蚀的速度和程度。
以上四点缺一不可。
二、为何铜铝过渡端子不发生电化学腐蚀?
为何一般情况下铜铝过渡端子不发生电化学腐蚀,其实就是对照上面四点,至少有一种条件不满足,具体分析如下:
一、工艺设计保障:使上述条件2不满足。
铜铝过渡端子在设计上采用了严格的冶金结合工艺,使铜和铝两种金属在界面处实现紧密结合,形成一个均匀、致密的过渡区域,而非简单的机械连接,能够有效地减少两种金属之间的间隙,避免空气、水分等腐蚀介质的侵入。铜铝过渡端子的定义按照《GBT 14315-2008 电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》如下:
有的铜铝过渡端子还会在界面处添加特殊的中间层材料,如过渡金属层或合金层,以进一步阻止铜和铝之间的直接接触,从而避免电化学腐蚀的发生。这种中间层材料通常具有良好的导电性和耐腐蚀性,能够在铜和铝之间起到隔离和缓冲的作用,防止两种金属之间的电子转移和离子扩散。
二、较好的应用环境和工艺材料特性:使上述条件4不满足。
对于铜铝过渡端子的使用环境来说,很难存在温湿度、PH值恶劣的环境,毕竟电力运行环境对于温度,湿度都有要求。另外,铝很容易在空气中形成致密的氧化层,表面其实是非金属化的,即使其作为牺牲阳极,腐蚀速度也是非常慢的。
从设计工艺角度,对于特殊要求或者应用特殊环境的铜铝过渡端子,还需要考虑金属接触面的最小化或者加入防腐蚀材料,如特殊的绝缘涂层或防腐剂。同时会考虑到如何最小化电化学腐蚀的风险,比如通过优化接触面的形状和大小。
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