金屬(shu)腐蝕可分為全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕主要包括晶間腐蝕、縫隙腐(fu)蝕、孔(kong)蝕、應(ying)力腐蝕(shi)開(kai)裂,選擇性腐蝕等。不銹鋼和耐蝕合金雖然是以耐蝕為目的,但對于各種形式的腐蝕,不一定都具有優良的耐蝕性,不同材料對不同類型的腐蝕介質具有不同的耐蝕性。判斷材料耐蝕性的試驗方法,也按腐蝕的種類而有所不同,試驗的目的是比較準確測試材料對某種介質、某種腐蝕類型的耐蝕性。下面是常見幾種腐蝕試驗方法:
一、金屬(shu)的實(shi)驗(yan)室重量法腐蝕(shi)試驗(yan)
它是(shi)(shi)根據腐(fu)(fu)蝕(shi)前后試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)重(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)變(bian)(bian)化來測定金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率,并以此(ci)判斷材料(liao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)。試(shi)(shi)驗時(shi),如(ru)果金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)溶解(jie)于介質中,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)重(zhong)(zhong)量(liang)減小,可(ke)(ke)以用(yong)失(shi)量(liang)法測量(liang);如(ru)果腐(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)物的(de)(de)組分已知,并且牢固地附著在(zai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)表面上,或者(zhe)腐(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)物完全(quan)能(neng)(neng)收集起(qi)來,可(ke)(ke)以用(yong)增重(zhong)(zhong)法測量(liang);如(ru)果當金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)溶解(jie)時(shi),一部(bu)分腐(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)物脫落(luo),一部(bu)分溶解(jie)的(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)又沉積在(zai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)表面上,那(nei)末,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)可(ke)(ke)能(neng)(neng)是(shi)(shi)增重(zhong)(zhong),也可(ke)(ke)能(neng)(neng)是(shi)(shi)失(shi)重(zhong)(zhong)。然(ran)而試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)既(ji)有明顯腐(fu)(fu)蝕(shi),而增重(zhong)(zhong)量(liang)與失(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)相等,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)重(zhong)(zhong)量(liang)完全(quan)不(bu)變(bian)(bian)的(de)(de)情況,在(zai)實際中卻是(shi)(shi)極罕見(jian)的(de)(de)。失(shi)重(zhong)(zhong)法是(shi)(shi)常見(jian)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)腐(fu)(fu)蝕(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)法中最(zui)常用(yong)的(de)(de)方法,但它只適應全(quan)面(均勻)腐(fu)(fu)蝕(shi),對(dui)于有高(gao)度(du)選擇性(xing)的(de)(de)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)毫無意義。
在實驗(yan)(yan)(yan)室(shi)進(jin)行腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時,應盡量模擬有關的(de)現(xian)場條件,如(ru)果條件允許的(de)話,應采用(yong)(yong)現(xian)場腐(fu)蝕(shi)介質做試(shi)驗(yan)(yan)(yan),當然也可采用(yong)(yong)模擬生產的(de)介質,加速腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)介質以(yi)(yi)及實驗(yan)(yan)(yan)室(shi)的(de)介質等。不銹鋼5%硫酸腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方法(GB4334.6--84),主要適用(yong)(yong)測(ce)定含鉬奧氏體不銹鋼在沸(fei)騰5%硫酸溶液中的(de)腐(fu)蝕(shi)失重量,以(yi)(yi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)不銹鋼的(de)耐(nai)均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。
二(er)、晶(jing)間腐蝕試驗(yan)方(fang)法
晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)很多,這些試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)的原理和適(shi)用(yong)范圍各不(bu)相同,不(bu)同的試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)適(shi)用(yong)于不(bu)同的不(bu)銹鋼、合金及不(bu)同的環境(jing)介質,因(yin)此(ci),正確(que)地、合理地選(xuan)擇(ze)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)極為重要(yao)。
晶間腐(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)大致可以分為(wei)化(hua)學試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)、電(dian)化(hua)學試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)及物(wu)理試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)三大類。化(hua)學試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)很多(見表2-1),比較成熟,應(ying)用(yong)(yong)(yong)廣(guang)泛(fan),其中一部(bu)分已列入國標,常見的(de)硫酸(suan)-硫酸(suan)銅(tong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)和(he)(he)沸(fei)騰(teng)硝酸(suan)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)以后重點將介紹。電(dian)化(hua)學試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)是正在發展(zhan)中的(de)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa),尚未標準(zhun)化(hua),它的(de)最(zui)大優(you)點是快(kuai)速,不破壞(huai)試(shi)(shi)(shi)樣,世界上許(xu)多國家對這(zhe)一方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)進(jin)行了廣(guang)泛(fan)的(de)研究,有(you)希(xi)望(wang)發展(zhan)成為(wei)一類快(kuai)速、非破壞(huai)性(xing)的(de)現場(chang)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)。物(wu)理檢驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)中是以金相法(fa)(fa)(fa)(fa)和(he)(he)彎曲法(fa)(fa)(fa)(fa)應(ying)用(yong)(yong)(yong)最(zui)廣(guang),特(te)別是金相檢驗(yan)(yan)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)應(ying)用(yong)(yong)(yong)較為(wei)廣(guang)泛(fan)。利用(yong)(yong)(yong)金相或現代設備如電(dian)子顯(xian)微(wei)鏡和(he)(he)電(dian)子顯(xian)微(wei)探(tan)針等(deng)獲(huo)得晶粒邊界附近的(de)組織結構和(he)(he)化(hua)學成分的(de)變(bian)化(hua),判(pan)斷(duan)晶間腐(fu)蝕(shi)傾向(xiang)。
三、孔蝕試(shi)驗方法(fa)
孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)試(shi)驗方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa),概括起來可(ke)以分為兩(liang)大(da)類(lei):一類(lei)是化(hua)(hua)學浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa),另一類(lei)是電化(hua)(hua)學測(ce)量(liang)法(fa)(fa)。化(hua)(hua)學浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa)見表2-2,這(zhe)些方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)一直為人(ren)們廣泛采用(yong),技術(shu)上也(ye)較成(cheng)熟,目前(qian)國(guo)內及許多國(guo)家(jia)都(dou)有(you)這(zhe)方(fang)(fang)(fang)面(mian)的標準,國(guo)內也(ye)有(you)這(zhe)方(fang)(fang)(fang)面(mian)的標準,另外還有(you)一些試(shi)驗方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)已經開(kai)展(zhan)了(le)許多工(gong)作,并得(de)到了(le)認(ren)可(ke)。化(hua)(hua)學浸(jin)泡(pao)(pao)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)是將試(shi)樣(yang)浸(jin)泡(pao)(pao)在(zai)某些加速的或天然(ran)的腐蝕(shi)(shi)環境里,通過(guo)測(ce)量(liang)蝕(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)的重量(liang)損失、數目、深度和大(da)小,測(ce)定(ding)金(jin)(jin)屬或合金(jin)(jin)的耐孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能,或者通過(guo)測(ce)量(liang)臨界(jie)孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)溫度,蝕(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)成(cheng)核(he)所(suo)需的最低(di)離子濃度,確定(ding)金(jin)(jin)屬和合金(jin)(jin)的孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)。采用(yong)這(zhe)類(lei)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)測(ce)量(liang)的最大(da)優點是陰(yin)陽(yang)極(ji)過(guo)程均在(zai)發(fa)生孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)的試(shi)樣(yang)上進行(xing)(xing),具有(you)較大(da)的陰(yin)極(ji)面(mian)積,蝕(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)不在(zai)表面(mian)上發(fa)展(zhan),而(er)是向試(shi)樣(yang)內部發(fa)展(zhan),這(zhe)與生產實際情況相符。但是,在(zai)天然(ran)條件下進行(xing)(xing)測(ce)量(liang)時不方(fang)(fang)(fang)便(bian)、費時間。
最常用的化學浸泡法有:三氯化鐵試驗(GB4334.7-84),它是將按要求加工成的試樣放在6% FeCl3溶液中,在一定的溫度下(35℃或50℃)和一定的試驗時間(72h)內,測得試樣的失重、蝕孔數目及尺寸大小來評價材料的耐孔蝕性能;臨界孔蝕溫度試驗,它是利用材料在一定溫度范圍內,溫度升高,孔蝕電位變負,孔蝕也就容易產生這一原理,通過試驗,在一定的試驗溶液中,如10% FeCl3,找出試樣出現孔蝕現象的最低溫度,一般說來,臨界孔蝕溫度越低,耐孔蝕性越差;最低氯離子濃度試驗,它是利用陰離子濃度越高越易產生孔蝕,對具體的某種材料,只有當溶液中破壞鈍化膜的浸蝕性陰離子濃度達到某一臨界濃度時,孔蝕才會產生,因此產生孔蝕的最低氯離子濃度越小,材料對孔蝕越敏感。
電化學測量法是通過測量金屬和合金的孔蝕特征電位(臨界孔蝕電位和孔蝕保護電位)來確定它們的孔蝕傾向性的,這一方法雖然具有電化學測量所特有的快速的優點,但與實際生產情況有所不同。臨界孔蝕電位Eb是指材料產生孔蝕,且蝕孔能持續發展的最低電位。保護電位Ep是指已發展的蝕孔重新鈍化的最高電位。當材料在給定的介質中自然腐蝕電位Eo的數值大于Eb時,材料就產生孔蝕,材料Eb越正,耐孔蝕性能越好。當Eo>Ep時,鈍化膜開始發生破裂,開始溶解,但只要Eo<Eb,(也就是Ep<Eo<Eb)時由于鈍化膜破壞和金屬溶解所生成的微小凹陷,不可能擴展成蝕孔,材料的Ep越正,鈍化膜越難破裂,耐孔蝕性越好。
四、應力腐(fu)蝕破裂試(shi)驗
根(gen)據加載方法(fa)(fa)(fa)的(de)不同,可以分(fen)為(wei)(wei)恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)法(fa)(fa)(fa)、恒(heng)載荷法(fa)(fa)(fa)和恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)(fa)(fa)。恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)法(fa)(fa)(fa)是(shi)通過某些(xie)機械手段,如手工(gong) 撬杠尋壓機等把一(yi)(yi)(yi)定(ding)尺寸的(de)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)彎至預定(ding)形態如U型(xing)、C型(xing)、彎梁型(xing)等,然后(hou)固定(ding);恒(heng)載荷法(fa)(fa)(fa)是(shi)將(jiang)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)一(yi)(yi)(yi)端(duan)固定(ding),另一(yi)(yi)(yi)端(duan)加上(shang)某一(yi)(yi)(yi)恒(heng)定(ding)的(de)靜(jing)載荷,使試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)產(chan)生(sheng)恒(heng)定(ding)應(ying)力;恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)(fa)(fa)就是(shi)根(gen)據不同材料(liao)/介質(zhi)體系,在(zai)特定(ding)的(de)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)數值,在(zai)一(yi)(yi)(yi)種專門的(de)設備-恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)試(shi)(shi)驗機上(shang),緩慢而勻(yun)速地拉伸(shen)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)。在(zai)實際生(sheng)產(chan)中,由于(yu)冷(leng)熱加工(gong)常(chang)常(chang)會產(chan)生(sheng)殘余應(ying)力,焊接(jie)殘余應(ying)力是(shi)最常(chang)見的(de)一(yi)(yi)(yi)種,因此,焊接(jie)件也可用(yong)來作為(wei)(wei)應(ying)力腐蝕破裂試(shi)(shi)驗用(yong)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)。
根據試驗介質的不同,可以分為3.5% NaCl溶液交替沉浸法,沸騰MgCl2溶液法,連多硫酸法,高溫高壓試驗法等,見表2-3。