碳纤维板与碳纤维管

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采购指南
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碳纤维和铝或钢连接时,怎样避免电偶腐蚀?

让碳纤维和金属之间没有电接触,并且不让水进入接头。碳纤维导电,在电偶序中处于贵金属一端,靠近金和铂[1]。裸铝在潮湿或含盐环境中与它接触时,铝就会腐蚀。一层薄玻纤布、一道胶层或密封胶即可切断回路。

0.90 V6000/7000 系铝的阳极指数,贵金属端为 0.00 V
0.15 V恶劣环境下建议的最大电位差
0.30 V钛:与碳纤维最接近的常用金属

为什么会发生?

两种不同的导体接触,再由水或盐雾连通,就形成一个电池。较不活泼的一方受到保护,较活泼的金属(阳极)被腐蚀。碳纤维导电[2]且电位很高,是强阴极,受害的是铝、锌和普通钢。

材料之间的差距有多大?

阳极指数以金为基准(0.00 V)给出每种金属的电压。接触的两种材料差值越大,腐蚀越快。碳纤维可按接近 0.00 V 考虑。

材质 阳极指数(V) 与碳纤维接触时
金(基准;碳纤维接近此值) 0.00 —
钛、镍 0.30 紧固件的最佳选择
黄铜和青铜 0.40 潮湿环境需绝缘
不锈钢,含铬 18% 0.50 潮湿环境需绝缘
铝,2000 系 0.75 必须绝缘
碳钢 0.85 必须绝缘并涂层
铝,6000 和 7000 系 0.90 必须绝缘
锌、镀锌钢 1.20–1.25 避免接触
镁 1.75 避免接触

数值来自 Engineers Edge[3],其建议恶劣环境下电位差不超过 0.15 V,普通室内存放不超过 0.25 V,恒温恒湿房间不超过 0.50 V[3]。

接头检查清单

  1. 接触面绝缘。在与金属接触的碳纤维表面加一层玻纤布,或保持连续的胶层,厚度至少零点几毫米,可用玻璃微珠或网布控制间隙。
  2. 谨慎选择紧固件。钛最安全。不锈钢很常用,户外使用时要配密封胶或绝缘垫圈。避免镀锌件和普通钢。
  3. 密封切割边和钻孔边。机加工会露出纤维。装配前用树脂或密封胶封住孔和边缘。
  4. 金属做涂层。阳极氧化或喷漆的铝远好于裸铝,装配时不要划伤涂层。
  5. 防止进水。设计时让水从接头处流走,并密封接头四周。
  6. 薄壁处使用嵌件。粘接的铝或不锈钢嵌件可分散夹紧力,但同样需要绝缘。
碳纤维方管
管材与金属支架接触的每个面都需要绝缘层。
带钻孔的 CNC 加工碳纤维零件
钻孔会露出纤维端头:装紧固件前先密封。

粘接、螺栓,还是两者结合?

方式 强度 腐蚀风险 备注
胶接(环氧、丙烯酸) 高,载荷分布均匀 低:胶层起绝缘作用 需要表面处理;难以拆卸
螺栓连接 取决于承压面积 裸金属接触碳纤维时高 需要垫圈、套管、密封胶
粘接加螺栓 最高,失效安全 加密封胶时低 结构接头常用
提示室内干燥环境下电偶腐蚀很慢,常被忽视。户外、船上、海边或任何需要冲洗的地方,一开始就要把绝缘设计进去;接头腐蚀后再修,成本要高得多。

我们能提供什么

管材和板材可按您的图纸切割、钻孔和 CNC 加工[4]。请在图纸上标出金属配件的连接位置,以便结合装配方案规划绝缘措施。请通过询价表单发送图纸。另见碳纤维与铝的对比。

资料来源

  1. Wikipedia,《Galvanic series》:石墨位于贵金属(阴极)一端,与铂和金相邻
  2. 碳纤维编织布导热、导电
  3. Engineers Edge,《Galvanic compatibility》:阳极指数数值,以及 0.15、0.25 和 0.50 V 的允许电位差
  4. 碳纤维管:切割、钻孔和 CNC 加工