一文了解金屬與碳纖維復合材料連接結構件的電偶腐蝕原理及常見阻斷方法

　　

　　

　　

　　單獨的碳纖維層壓板和鋁都具有很高的耐任何形式的腐蝕性。但是，當這兩種材料在有物理接觸的表面上配對時，電偶腐蝕會迅速影響這些表面，并隨后導致加速腐蝕，這種趨勢在鋁層結構件中最為常見，但有時也會使碳纖維復合材料發生降解。

　　

　　當不同的金屬在電解質（最常見的是水）的存在下發生電接觸時，就會發生電偶腐蝕。鋁和碳纖維都是導電材料，但它們的電勢相差甚遠。碳纖維通過氧還原或水解反應積極參與鋁的電偶腐蝕過程。因為碳纖維是價態更高的材料，鋁會釋放出電子，然后隨著時間的推移被腐蝕。

　　

　　

碳纖維復合材料-金屬鋁蜂窩板

　　

　　這種化學反應涉及到鋁與碳纖維層壓板的共享離子。當鋁釋放電子時，形成鋁離子（Al3+）。當水分子分裂時，這些鋁離子將與氫氧根離子（OH-）結合，從而又形成氫氧化鋁Al（OH）3，它可以在鋁的表面上以白色白堊狀物質的形式留下。

　　

　　

　　

　　為了對抗電偶腐蝕，可以考慮將水排除，這似乎很實用，直到人們考慮到我們呼吸的氧氣中含有一定含量的水分，即濕度。雖然這種反應在相對濕度下比碳纖維和鋁經常暴露在水中要慢得多，但仍可能發生電偶腐蝕。

　　

　　如果鋁和碳纖維結構件的生命周期相對較短，不到一個月，則電偶腐蝕對結構件的影響不應足以導致組件過早失效。然而，關鍵是要知道結構件將如何暴露在潮濕條件下，以及與零件的總面積相比，兩個零件直接接觸的表面積。

　　

　　目前，防止兩種材料之間腐蝕的最常見解決方案是在兩種導電材料之間建立物理屏障或隔離點。這可以通過幾種不同的方式實現，比如玻璃纖維不具有導電性能，這使其成為阻止腐蝕機制的絕佳選擇。玻璃纖維可以添加到鋁芯與芯纖維的疊層中（如下所示）或CF和鋁基板可以粘合在一起的地方。

　　

　　

　　

　　其他阻斷或隔離方式可以很簡單，只需在與鋁接觸的碳纖維上涂漆即可。這可能會使這兩種材料發生隔離，但應十分小心，因為油漆可能會隨著時間的推移而剝落和磨損，從而開始腐蝕。當采用隔離玻璃纖維層時，這種情況發生的可能性要小得多。

　　

　　在裝配過程中，對于螺母板等零件，通常使用環氧底漆和粘合劑在金屬和碳纖維之間形成屏障。用于組裝的粘合劑通常很厚，在粘合過程中，在鋁或其他金屬可能與碳纖維相遇的區域上和區域之間提供足夠的覆蓋。這些工藝與一層玻璃纖維結合使用，可提供卓越的防電偶腐蝕保護。防止碳纖維和鋁之間腐蝕的另一種選擇是封裝粘合區域，空氣中的水或濕氣都無法到達粘合表面。