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电化学腐蚀——碳纤维和铝
发布时间:2022-10-13 15:46 | 浏览次数:


铝和碳纤维都因能为零部件和组件提供轻质强度和高性能机械性能而闻名。这些材料最常组合用于航空航天和赛车行业。碳纤维层压板和铝单独使用时都具有很强的耐腐蚀性。但当材料在具有物理接触的配合表面上配对时,电化学腐蚀会迅速影响这些表面,随后导致加速腐蚀(最常见的是铝腐蚀),但也会降低碳纤维复合材料的性能。


当不同金属在电解质(最常见的是水)存在下发生电化学腐蚀时,就会发生电化学腐蚀。铝和碳纤维都是电导体,但电势相差很大。碳纤维通过氧还原或水分解反应积极参与铝的电化学腐蚀过程。由于碳纤维是更惰性的材料,铝会释放电子,然后随着时间的推移而腐蚀。

化学反应涉及铝与碳纤维层压板共享离子。当铝释放电子时,会形成铝离子 (Al3+)。当水分子分裂时,这些铝离子会与氢氧离子 (OH-) 结合。这反过来又会形成氢氧化铝 (Al(OH)3),在铝表面留下明显的白色粉笔状物质。

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为了防止电化学腐蚀,可以考虑将水从方程式中去除。这似乎很实用,直到人们考虑到我们呼吸的氧气中含有相对水分,即湿度。这种与相对湿度的反应比碳纤维和铝不断暴露在水中时要慢得多,但电化学腐蚀仍然可能发生。如果铝和碳纤维组件的生命周期相对较短(不到一个月),电化学腐蚀对组件的影响不足以导致组件过早失效。然而,了解组件将如何暴露在湿度条件下以及两个部件直接共享的表面积与部件总面积的对比至关重要。


防止两种材料之间腐蚀的最常见解决方案是在两种导电材料之间创建物理屏障或隔离点。这可以通过几种不同的方式实现。如前所述,玻璃纤维不具有导电性,因此是阻止腐蚀机制的绝佳选择。玻璃纤维可以添加到铝芯与芯纤维相接的铺层中。(如下图所示)或者碳纤维和铝基板可以粘合在一起的地方。

其他屏障或隔离方法可以很简单,比如在与铝接触的碳纤维上涂漆。这可以隔离两种材料,但应小心谨慎,因为油漆可能会随着时间的推移而剥落和磨损,从而导致腐蚀开始。当应用玻璃纤维层时,这种情况发生的可能性要小得多。在组装过程中,对于诸如螺母之类的部件,通常使用环氧底漆和粘合剂在金属和碳纤维之间形成屏障。用于组装的粘合剂通常很厚,可以在粘合过程中铝或其他金属可能与碳纤维接触的区域上方和之间提供足够的覆盖。这些工艺与玻璃纤维层结合使用,可提供出色的防电化学腐蚀保护。防止碳纤维和铝之间腐蚀的另一种方法是封装粘合区域,使空气中的水或湿气都无法进入粘合表面。


 


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