电化学兼容性在线查询工具

电化学兼容性在线查询工具

--MIL-STD-889D的补充

为了解决导电材料的电化学兼容性问题，美国国防部开发了一种标准化流程，通过MIL-STD-889[1]进行快速评估。评估电化学兼容性的优势在于，它可以用于特定组件[2,3]或整个结构[4]的风险绘制。

此标准的历史版本基于海水中的电化学势（即腐蚀的热力学驱动力）来评估电化学兼容性，从而得出一系列从较不活泼（阴极）到较活泼（阳极）的材料清单。然而，这一过程忽略了时间依赖的动力学效应，如腐蚀速率。仅使用电势的影响在钛上最为明显，钛具有高腐蚀驱动力（电正性电位），但在表面反应速率慢（低电流/腐蚀速率）[5]。

因此，最近对MIL-STD-889的D版修订是由海军空战中心飞机部（NAWCAD）的一个团队主导，将腐蚀动力学纳入电化学兼容性评估。这一对历史标准的重大进步是通过大量数据收集和数据处理来确定47种材料在模拟海水中的电化学行为。使用混合电位理论来确定每种特定材料和每种材料组合的电化学势和腐蚀速率。结果被分为从0到6的电化学兼容性等级系统，严重程度递增。

为了补充最近对MIL-STD-889的D版修订，Acuity Corrosion Technology开发了一款免费的在线工具（详细请点击“阅读原文”），以帮助进行“可行/不可行”材料选择的快速视觉分析。此外，该在线工具还作为资源，用于访问和分析在标准修订期间测量的额外电化学行为，但由于数据量原因未包含在已发布的标准中。这些数据包括所有材料的电化学电位、自腐蚀率以及极化行为，还有所有材料对的电偶腐蚀率。通过交互式图形提供极化曲线。

本在线工具的一个示例用例——飞机设计师的材料设计标准是保持与MIL-STD-889D一致性。对于紧固件组件的首次材料选择可能是不锈钢（用于紧固件）和铝合金（用于结构）。

在工具中具体选择SS316和Al2024后，一个可视的“可行/不可行”标记显示这些材料不具电偶兼容性（图1）。特别是，电偶兼容性评级为5，其中6为最严重。在选定的材料对中，在第三个表框中可知阳极被识别为Al2024，其估计的电偶腐蚀速率为12.4mil/year。

图1. 选择了SS316/AI2024材料对的示例用例

将紧固件的材质改为Ti-6Al-4V，同时保持Al2024不变，再次确认它们不具备galvanic相容性（见图2）。然而，其galvanic相容性等级为3，明显较低。比较最后一幅图中Al2024的自腐蚀率（1.23mil/year）与第三幅图中Al2024的电偶腐蚀率（1.24mil/year），可以确定这是一个弱的电偶对。Ti-6Al-4V只会使Al2024的腐蚀速率每年加快0.01mil/year。飞机设计师可能会利用这些结果建议选用Ti-6Al-4V作为最佳选项，尽管两者都被识别为不具备电偶相容性。 

图2：选择了Ti-6Al-4V/Al2024材料组合的示例用例

然而，为了确定一个替代Al2024作为结构材料的选项，选择了石墨来模拟带有SS316紧固件的碳纤维增强聚合物（CFRP）（见图3）。绿色勾号表示这对组合在电化学上是兼容的，评级为零。尽管仍存在电化学腐蚀率，但低于0.009mil/年的阈值。值得注意的是，对于这一选择，不锈钢紧固件现在是阳极，这也值得进一步考虑。