【技术干货】一文了解金属与碳纤维复合材料连接结构件的电偶腐蚀原理及常见阻断方法

铝和碳纤维都是以能够为结构件提供轻质强度和高性能机械性能而闻名的材料。目前，这两种材料最常用于航空航天和赛车行业。

单独的碳纤维层压板和铝都具有很高的耐任何形式的腐蚀性。但是，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，然后随着时间的推移被腐蚀。

碳纤维复合材料-金属铝蜂窝板

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，形成铝离子（Al3+）。当水分子分裂时，这些铝离子将与氢氧根离子（OH-）结合，从而又形成氢氧化铝Al（OH）3，它可以在铝的表面上以白色白垩状物质的形式留下。

为了对抗电偶腐蚀，可以考虑将水排除，这似乎很实用，直到人们考虑到我们呼吸的氧气中含有一定含量的水分，即湿度。虽然这种反应在相对湿度下比碳纤维和铝经常暴露在水中要慢得多，但仍可能发生电偶腐蚀。

如果铝和碳纤维结构件的生命周期相对较短，不到一个月，则电偶腐蚀对结构件的影响不应足以导致组件过早失效。然而，关键是要知道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，两个零件直接接触的表面积。

目前，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。这可以通过几种不同的方式实现，比如玻璃纤维不具有导电性能，这使其成为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的叠层中（如下所示）或CF和铝基板可以粘合在一起的地方。

其他阻断或隔离方式可以很简单，只需在与铝接触的碳纤维上涂漆即可。这可能会使这两种材料发生隔离，但应十分小心，因为油漆可能会随着时间的推移而剥落和磨损，从而开始腐蚀。当采用隔离玻璃纤维层时，这种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。用于组装的粘合剂通常很厚，在粘合过程中，在铝或其他金属可能与碳纤维相遇的区域上和区域之间提供足够的覆盖。这些工艺与一层玻璃纤维结合使用，可提供卓越的防电偶腐蚀保护。防止碳纤维和铝之间腐蚀的另一种选择是封装粘合区域，空气中的水或湿气都无法到达粘合表面。