评估弹性体对铜的腐蚀效应

铜因其优异的导电性、导热性、延展性和固有的耐腐蚀性而备受青睐，远胜于铁等许多金属。然而，铜也会发生腐蚀。腐蚀是铜与周围环境发生的化学或电化学反应，会影响其外观、性能，有时甚至会影响其结构完整性。铜的腐蚀通常会形成一层保护层，但在某些情况下，腐蚀也会引发问题。

铜暴露于空气和湿气中时，最初会氧化形成一层薄薄的红棕色氧化铜层。随着时间的推移，尤其是在户外或潮湿环境中，这层氧化铜会与二氧化碳、硫化物、氧气和其他大气元素发生反应，转化为一种更复杂、更稳定的氧化层，称为铜绿。铜绿极其有益：它能起到屏障作用，显著减缓进一步腐蚀，保护底层金属。在大多数大气条件下，腐蚀速率都非常低，铜绿不仅不会损害材料，反而会增强其耐久性。

虽然铜绿在很多情况下具有保护作用，但在某些情况下，腐蚀也会产生有害影响：

• 材料损失和结构弱化：在腐蚀性环境中（例如酸性水、高氯化物土壤或污染空气），腐蚀可能呈现局部性而非均匀性。腐蚀类型包括：
• 点蚀：管道上出现的深而局部的孔洞，可能导致针孔泄漏。
• 冲蚀腐蚀：在高速湍流水流的作用下，它会剥去保护膜，使管道壁变薄。
• 电偶腐蚀：当铜与活性较低的金属接触时（例如，在混合管道系统中），铜会作为阴极加速其他金属的腐蚀，但铜本身受到的损害较小。
• 性能劣化：过度腐蚀会降低机械强度，在某些情况下还会增加脆性，如果形成较厚的绝缘层，还会损害导电性。在电气或热力应用中，即使是微小的表面变化也会影响性能。
• 铜释放到水中（管道系统）：腐蚀性水（低pH值、软水、高氯化物/硫酸盐、停滞）会溶解管道中的铜，导致：
• 灯具表面出现蓝绿色变色。
• 饮用水有金属味或苦味。
• 铜含量过高，可能超过健康标准。
• 地下/土壤腐蚀：在某些土壤（硫酸盐/氯化物含量高、排水不良、潮湿）中，保护膜会劣化，导致侵蚀加速。
• 其他具体影响：在生物燃料或油品中，铜腐蚀（通过铜条试验测量）表明燃料劣化。在核废料储存设施或海洋环境中，即使在低氧条件下，氯离子也会加速腐蚀。

一般来说，铜的腐蚀通常具有自限性和保护性，使其成为屋顶、管道和电气应用中最耐用的金属之一。问题主要出现在腐蚀性强或停滞的环境中，在这种情况下，必须采取预防措施（例如，水处理、涂层或选择合适的合金）。

人们采用各种方法来评估弹性体（橡胶状聚合物，常用于垫片、密封件或涂层）对铜的腐蚀作用。

弹性体易受硫、酸、胺或卤素等化合物浸出的影响而发生腐蚀。这些化合物会与铜反应生成氧化物、硫化物或其他腐蚀性副产物。在弹性体与铜部件接触的应用中，例如汽车、电气或管道系统，这一点尤为重要。评估通常包括受控暴露试验，然后进行定量或定性评价。

基本方法如下：

• 在受控环境下进行接触暴露试验：这些试验通过模拟弹性体与铜直接接触的实际环境，加速腐蚀并更快地获得结果。加速试验通常使用腐蚀性环境，例如盐雾试验箱（符合 ASTM B117 标准）或 3-5% 的氯化钠溶液，以模拟海洋或工业环境。

评估如下：

• 目视检查：采用 5 分制（0 无腐蚀，1 非常轻微，例如轻微变色，2 轻微点蚀，3 中等程度可见的锈蚀或沉积物，4 严重、较深的点蚀，5 极度结构损坏）。
• 重量法（失重法）测量：对铜样品在暴露前后进行称重。用弱酸清洗腐蚀产物，干燥后计算质量损失。质量损失越大，表明腐蚀程度越严重。
• 尺寸变化：测量弹性体厚度，检查其是否发生膨胀或变形。这可能与腐蚀性化合物的渗入有关。
• 电化学方法：这些方法可提供腐蚀动力学的定量数据，适用于精确的实验室评估。
• 电化学阻抗谱：将铜-弹性体组件浸入电解液中。采用三电极体系：铜作为工作电极，铂作为对电极，银/氯化银作为参比电极。在浸泡前后，于特定频率范围内施加较小的交流电压。极化电阻越低，表明弹性体效应导致腐蚀速率越高。
• 动电位极化：该装置类似于电化学阻抗谱。测试分别在有无弹性体接触的情况下进行。电流密度越高，弹性体的腐蚀速度越快。对于铜合金，遵循 ASTM G61 标准。
• 扫描开尔文探针：使用微场电化学工作站，对铜表面在接触弹性体前后进行扫描。测量伏特电位差以绘制腐蚀区域图。
• 针对铜基弹性体的标准测试如下：
• VW PV 3976 车辆内饰光面耐磨性。
• ASTM E478 铜合金化学分析标准试验方法。
• ASTM G38 C型环应力腐蚀试验试样的制备和使用标准规程

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