線束電源端子電化學腐蝕淺析

【摘" 要】文章通過線束電源端子常見的電化學腐蝕現象，從腐蝕機理入手進行研究，并在實際發生的故障問題上進行驗證，制定優化對策。因線束電源端子直接影響到電器功能與性能，分析電化學腐蝕的機理和規避方法很有意義，也希望為后期的線束電源端子的布置設計提供一些簡單的指導。

【關鍵詞】線束電源端子；電化學腐蝕；氧化

中圖分類號：U463.62" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）03-0077-03

Analysis of Electrochemical Corrosion of Wire Harness Power Terminals

SHI Hongwei

（Geely Automobile Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo 315315，China）

【Abstract】This article focuses on the common electrochemical corrosion phenomena of wire harness power terminals，starting from the corrosion mechanism，and ultimately verifies and develops optimization strategies based on actual fault problems. Due to the direct impact of wiring harness power terminals on the functional performance of electrical appliances，it is meaningful to analyze the mechanism and avoidance methods of electrochemical corrosion，and also provide simple guidance for the layout design of wiring harness power terminals in the later stage.

【Key words】harness power terminals；electrochemical corrosion；oxidation

作者簡介

石紅偉（1982—），男，工程師，主要從事線束與能源管理工作。

線束作為汽車的重要零部件，要求有很高的導電性、耐腐蝕性、低電阻性等，其中金屬材料占很大比重。因乘用車的使用環境極其復雜，試驗中經常發生線束端子銹蝕的問題，導致功能無法正常使用。本文將通過線束端子的腐蝕機理，對試驗中發生腐蝕的案例總結分析，以期規避潛在的風險點，提高整車線路的可靠性。

1" 端子腐蝕的機理

電化學腐蝕指金屬在電解質溶液中發生的腐蝕[1]。線束端子腐蝕一般容易發生在前機艙發動機下部、底盤下部等區域，這些區域位于整車涉水面以下，極易與外接的水汽接觸進而發生電化學腐蝕。腐蝕初步推測為電解池反應、原電池反應和氧化反應的疊加，鍍層在電解反應局部被破壞，表面形成的孔隙在介質溶液中進一步發生原電池反應，最終端子銅缺少鍍層保護發生氧化腐蝕。

1.1" 鍍層發生電解反應

電解是將電流通過電解質溶液或熔融態電解質（又稱電解液），在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程。電解反應構成電解池的4個條件，以NaCl的電解為例，陽極為Sn（錫），負極為H+，陽極的錫失去電子，從而導致銅端子上的錫鍍層被破壞，鍍層電解反應過程如圖1所示。電解反應要滿足如下4個條件：構成閉合回路；電解質溶液；2個電極；直流電源。

圖1中，陽極反應式為：Sn-2e→Sn+2，陰極反應式為：H+2e→H2，因此總反應式為：Sn+2NaCl+H2O→SnCl2+H2+2NaOh。

1.2" 原電池反應

將化學能轉變為電能的裝置稱為原電池，在原電池中，發生的化學反應是氧化還原反應。發生氧化反應的一極上有電子流出，做負極，失去電子的物質是還原劑。電子通過原電池的負極經導線流向正極，在正極上氧化劑得到電子，發生還原反應。一般電壓高的容易被還原，作為陽極。有些情況還要結合溶液進行判斷，常見金屬的電解電壓有：鐵（Fe）為-0.44V，銅（Cu）為+0.34V，銀（Ag）為 +0.80V，金（Au）為+1.50V，鋁（Al）為-1.66V，鋅（Zn）為 -0.76V，鎂（Mg）為-2.37V，錫（Sn）為-0.14V。構成原電池的要滿足如下4個條件：活潑性不同的2個電極；電解質溶液；自發的氧化還原反應；形成閉合回路。原電池反應過程如圖2所示，腐蝕電位表見表1。

圖2中，負極反應式為：Sn-2e=Sn2+，正極反應式為：2H++2e=H2↑，因此總反應為：Sn+2H+=Sn2++H2↑。

1.3" 氧化反應

氧化反應指物質與氧發生的化學反應，氧氣可以和許多物質發生化學反應。狹義的氧化指物質與氧化合，還原指物質失去氧的作用。氧化時氧化值升高，還原時氧化值降低。氧化、還原都是指反應物（分子、離子或原子），氧化也稱氧化作用或氧化反應。

線束端子錫鍍層破壞后，里面的銅材質發生氧化反應，指銅（Cu）在潮濕的空氣中可以與空氣中的氧氣、水、二氧化碳和二氧化硫充分接觸時生成堿式碳酸銅（銅綠），極少部分二氧化硫參與反應生成堿式硫酸銅。反應方程式如下：

2Cu+CO2+O2+H2O=Cu2（OH）2CO3

2Cu+SO2+O2+H2O=Cu2（OH）2SO3

2" 故障案例分析

2.1" 電源正極端子銹蝕

某車型在整車耐久路試后對線束進行檢查時發現線束分支電源正極端子銹蝕嚴重，端子尾端線束已斷裂，導線上有銅綠，具體銹蝕現象見圖3。

2.1.1" 故障原因分析

該線束電源端子回路為緊急解鎖驗證功能，電源為整車30電，舌片結構端子（圖4a），布置在前保左側下護板位置（圖4b），該位置為涉水位置，具體如圖4所示。

端子為銅材質，鍍層為錫，在耐久試驗中過鹽水池等耐腐蝕驗證，正極端子上的鍍層在電解反應作用下，錫鍍層優先在靠近導線尾端，即壓接端減少直至消失。裸露的銅與潮濕空氣中的氧氣、水、二氧化碳和二氧化硫反應生成堿式碳酸銅（銅綠），極少部分反應生成堿式硫酸銅。端子壓接尾端為端子的薄弱區，銅氧化反應下銅被腐蝕，最終斷裂。

2.1.2" 優化對策

基于以上原因分析，將緊急解鎖驗證功能供電模式由整車供電更改為模塊供電，該狀態下，端子只有在外接電源時才會有電壓，控制電路原理如圖5所示。同時，端子結構由非防水的舌片結構優化為帶防水結構（熱縮管密封）的環型端子（圖6），端子腐蝕的問題得以最終解決。

2.2" 端子和搭鐵螺栓銹蝕

某車型在強化腐蝕試驗后，對線束進行檢查時，發現ODP線束分支電源正極端子和搭鐵螺栓銹蝕嚴重，具體銹蝕情況如圖7所示。

2.2.1" 故障原因分析

ODP電源端子為ODP給小電池充電的回路，布置在后地板下面，該位置為涉水位置。電源端子為帶防塵帽的結構，非防水結構。ODP電源端子為銅材質，鍍層為錫，其正極基座材質為銅，鍍層為銀。而緊固螺栓為低碳鋼材質，鍍層為鋅鋁。具體位置分布如圖8所示。

在試驗中過鹽水池等耐腐蝕驗證，ODP電源端子、ODP正極基座、緊固螺栓上的鍍層在電解反應作用下逐漸減少直至消失。裸露的端子銅、緊固螺栓中的鐵與鹽水中的NaCl、水、空氣中的氧氣發生原電池反應，其中，負極反應式為：2Fe-4e=2Fe2+，正極反應式為：O2+2H2O+4e=4OH-，總反應式為：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2。

因氫氧化亞鐵很容易被氧化，最終會與空氣中的水、氧氣發生氧化反應產生棕紅色氫氧化鐵，反應式為：

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

基座的銅、端子的銅與潮濕空氣中的氧氣、水和二氧化碳局部發生氧化反應生成堿式碳酸銅（銅綠），故最終表現為緊固螺栓銹蝕嚴重，呈現棕紅色（氫氧化鐵的顏色），伴隨部分銅綠（堿式碳酸銅）。

2.2.2" 優化對策

基于上述分析，導致腐蝕的主要原因為端子裸露容易與空氣的水、氧氣等反應導致的電化學腐蝕，故ODP電源端子優先要選擇布置在室內干區等位置。因ODP的布置位置已經固化，從隔絕水汽等考慮，將ODP電源端子由不防水的端子結構優化為帶防水結構的插件進行解決，具體優化措施如圖9所示。

3" 總結

電化學腐蝕現象在日常生活中極其常見，而乘用車對零部件的性能要求非常嚴苛。如何最大程度地規避電化學腐蝕問題，避免可能存在的功能失效風險就顯得尤為重要。本文通過對線束電源端子的電化學腐蝕案例進行分析，總結出設計原則，以期在線束設計中進行問題規避。

1）線束電源端子優先布置在室內干區。

2）因布置原因只能在濕區布置的部件：涉水線以下的部件，電源端子必須采用防水插件結構；涉水面以上的部件，可以采用端子結構，端子防護膠套應設計漏水結構；轎車涉水線為350mm，跑車涉水線為230mm，介于轎車與SUV之間車型的涉水線為370mm，SUV涉水線為500mm。

參考文獻：

[1] 趙慧萍，趙文娟，張曉芳. 金屬電化學腐蝕與防腐淺析[J]. 化學工程與裝備，2013（10）：135-136.

（編輯" 凌" 波）