一文了解金属与碳纤维复合材料连接构件的电偶腐蚀及常见阻断方法
单独的碳纤维层压板和铝都具有很高的耐腐蚀性,当这两种材料在有物理接触的表面上配对时,电偶腐蚀会迅速影响这些表面,并随后导致加速腐蚀,这种趋势在铝层结构件中最为常见,但有时也会使碳纤维复合材料发生降解。
当不同的金属在电解质(最常见的是水)的存在下发生电接触时,就会发生电偶腐蚀,铝和碳纤维都是导电材料,但它们的电势相差甚远,碳纤维通过氧还原或水解反应积极参与铝的电偶腐蚀过程,因为碳纤维是价态更高的材料,铝会释放出电子,然后被腐蚀。
这种化学反应涉及到铝与碳纤维层压板的共享离子,当铝释放电子时,会形成铝离子,并与水分子结合形成氢氧化铝,它可以在铝的表面上留下白色物质。
为了对抗电偶腐蚀,排除水分似乎是一个实用的解决方案,但考虑到空气中存在湿度,这种方法并不完全可行,虽然这种反应在相对湿度较低的环境下进行得较慢,但仍可能发生电偶腐蚀。
如果铝和碳纤维结构件的使用寿命相对较短,电偶腐蚀对结构件的影响可能不足以导致过早失效,了解结构件将如何暴露在潮湿条件下以及与零件的总面积相比直接接触表面积的大小是关键。
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建立物理屏障或隔离点,玻璃纤维因其不具有导电性能而成为阻止腐蚀机制的绝佳选择,它可以添加到铝芯与纤维的叠层中,或粘贴在CF和铝基板上,其他阻断或隔离方式可以是在与铝接触的碳纤维上涂漆,这种方法需要小心,因为油漆可能会随着时间的推移剥落和磨损,导致腐蚀开始,相比之下,使用隔离玻璃纤维层的情况发生的可能性要小得多。
在装配过程中,对于螺母板等零件,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,这些粘合剂通常很厚,能够在铝或其他金属可能与碳纤维相遇的区域提供足够的覆盖,这些工艺与一层玻璃纤维结合使用,可以非常有效地防止电偶腐蚀,另一种选择是封装粘合区域,使空气中的水或湿气都无法到达粘合表面。