材料(liao)的(de)(de)腐(fu)蝕傾向由其熱力(li)學穩(wen)定性決定,熱力(li)學上不(bu)(bu)穩(wen)定的(de)(de)材料(liao)具有腐(fu)蝕自發(fa)性。然(ran)而(er),造成的(de)(de)破(po)壞狀(zhuang)況(kuang)和程度大小(xiao)則取決于(yu)腐(fu)蝕動(dong)力(li)學。定量評定材料(liao)的(de)(de)耐(nai)蝕性和腐(fu)蝕程度的(de)(de)大小(xiao)需要科學的(de)(de)方(fang)法。腐(fu)蝕的(de)(de)類型不(bu)(bu)同(tong),所采(cai)用(yong)的(de)(de)評定方(fang)法也不(bu)(bu)同(tong)。
一、均(jun)勻腐蝕程度(du)的評定方法(fa)
對于全面(mian)腐蝕(shi)情況下的均勻腐蝕,通常采用下面介紹的質量法、深度法和電流密度法來表征腐蝕的平均速率。
1. 質量(liang)法
質量(liang)法具有靈敏(min)、有效、用途廣泛的特點(dian),是最基本的定量(liang)評定方(fang)法之一。通過腐(fu)蝕前后的質量(liang)變化(hua)(增加或(huo)減少(shao))來(lai)表示(shi)腐(fu)蝕的平(ping)均(jun)速率。若(ruo)腐(fu)蝕產(chan)物(wu)全部牢固(gu)地(di)附(fu)著于試樣,或(huo)雖然有脫(tuo)落但易于全部收集,則常用增重法來(lai)表示(shi)。反之,如果腐(fu)蝕產(chan)物(wu)完全脫(tuo)落或(huo)易于全部清除,則往(wang)(wang)往(wang)(wang)采用失(shi)重法。平(ping)均(jun)腐(fu)蝕速率(單位(wei)時間(jian)單位(wei)面積(ji)的質量(liang)變化(hua))的計算公式為:
式中,為(wei)(wei)腐(fu)蝕速率,g/(m2?h); Aw 為(wei)(wei)試(shi)(shi)樣腐(fu)蝕前后質量(liang)的變化量(liang), g;S 為(wei)(wei)試(shi)(shi)樣的表面積,m2;t為(wei)(wei)試(shi)(shi)樣腐(fu)蝕的時間,h。
需(xu)要(yao)注意(yi)的(de)是,按式(shi)(1-1)計算腐(fu)(fu)蝕(shi)速率是假(jia)定整個試驗(yan)周(zhou)期(qi)內腐(fu)(fu)蝕(shi)始(shi)終以恒定的(de)速度進行,而實際中常(chang)(chang)常(chang)(chang)并非如此(ci)。當(dang)采用失重法(fa)時,應按有關標準規定的(de)方法(fa)去除試樣(yang)表(biao)(biao)面(mian)的(de)殘余(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)產物。公式(shi)中的(de)S通(tong)常(chang)(chang)是利用試樣(yang)腐(fu)(fu)蝕(shi)前(qian)的(de)表(biao)(biao)面(mian)積。當(dang)試驗(yan)周(zhou)期(qi)內腐(fu)(fu)蝕(shi)導致(zhi)試樣(yang)的(de)表(biao)(biao)面(mian)積變化(hua)比(bi)較明(ming)顯時,將會影響數(shu)據的(de)真實性(xing)。
2. 深度法
從(cong)工(gong)程應(ying)用(yong)角(jiao)度(du)(du)(du)(du)(du)上看,影響設備壽命(ming)和(he)安全的(de)(de)重要(yao)指標(biao)是腐(fu)(fu)蝕(shi)后構件的(de)(de)有(you)效截面尺寸。因此,用(yong)深(shen)度(du)(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)示腐(fu)(fu)蝕(shi)程度(du)(du)(du)(du)(du)更有(you)實(shi)際意義,特(te)別是衡(heng)量(liang)不同密度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)材料的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)程度(du)(du)(du)(du)(du),目前該方法(fa)(fa)已被(bei)納(na)入有(you)關標(biao)準(zhun)(如我國(guo)國(guo)標(biao)GB10124—1988《金屬材料實(shi)驗(yan)室(shi)均(jun)勻腐(fu)(fu)蝕(shi)全浸試驗(yan)方法(fa)(fa)》,美國(guo)材料試驗(yan)協會(hui)標(biao)準(zhun) ASTM G1、ASTM G31等)。通過(guo)直接測(ce)量(liang)腐(fu)(fu)蝕(shi)前后或(huo)腐(fu)(fu)蝕(shi)過(guo)程中某兩時(shi)刻的(de)(de)試樣厚(hou)度(du)(du)(du)(du)(du),就可以得到深(shen)度(du)(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)征的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(失厚(hou)或(huo)增厚(hou))。可選擇具(ju)有(you)足夠精度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)工(gong)具(ju)和(he)儀器直接測(ce)量(liang)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)(du)變化,也可以采(cai)用(yong)無損測(ce)厚(hou)的(de)(de)方法(fa)(fa),如渦流法(fa)(fa)、超(chao)聲法(fa)(fa)、射線照相(xiang)法(fa)(fa)和(he)電阻法(fa)(fa)等,破壞法(fa)(fa)中以金相(xiang)剖面法(fa)(fa)最為實(shi)用(yong)。深(shen)度(du)(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)征的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)可以由質(zhi)量(liang)法(fa)(fa)計算出的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)換算得到,換算公式(shi)為:
式(shi)中,分別(bie)(bie)為(wei)深度法(fa)和質量法(fa)表示的腐(fu)蝕(shi)速率,單位分別(bie)(bie)為(wei)mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐(fu)蝕(shi)減(jian)(jian)薄(bo)情況,p為腐(fu)蝕(shi)材料的密(mi)度(du);對于(yu)增(zeng)厚(hou)情況,p為腐(fu)蝕(shi)產物的密(mi)度(du)。但實際中腐(fu)蝕(shi)產物密(mi)度(du)的準確(que)值難(nan)以(yi)確(que)定,因(yin)而(er)式(shi)(1-2)一般(ban)僅適(shi)用于(yu)減(jian)(jian)薄(bo)情況,p的單位為g/cm2。深度(du)法和質量法表征的腐(fu)蝕(shi)速率(lv)也可以(yi)用其他的量綱單位。
根據深度法表征的腐蝕速率大小不同,可以將材料的耐蝕性(xing)分(fen)為不同的等級(ji),表1-2給(gei)出了 10 級(ji)標準分(fen)類(lei)法。該分(fen)類(lei)方法對(dui)有些工程(cheng)應(ying)用背景而言顯得過細(xi),因此還(huan)有低(di)于10 級(ji)的其他分(fen)類(lei)法。但不管按(an)幾(ji)級(ji)分(fen)類(lei),其僅具有相(xiang)對(dui)性(xing)和(he)參考(kao)性(xing),科學(xue)地評定(ding)腐蝕等級(ji)還(huan)必須(xu)考(kao)慮具體(ti)的應(ying)用背景。
3. 電流(liu)密度表征法
金(jin)屬的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)蝕是由陽(yang)極(ji)溶解導致的(de)(de),因而電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)蝕的(de)(de)速率可以(yi)用陽(yang)極(ji)反(fan)應(ying)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)來表征(zheng)。法拉第定(ding)律(lv)指出,當電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)通(tong)過電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)溶液時,電(dian)(dian)(dian)極(ji)上發生電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學變化(hua)(hua)的(de)(de)物(wu)質(zhi)的(de)(de)量與通(tong)過的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量成正(zheng)比,與電(dian)(dian)(dian)極(ji)反(fan)應(ying)中轉移的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)數成反(fan)比。設通(tong)過陽(yang)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)為I,通(tong)電(dian)(dian)(dian)時間(jian)為t,則時間(jian)內(nei)通(tong)過電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量為 It,相應(ying)溶解掉(diao)的(de)(de)金(jin)屬的(de)(de)質(zhi)量 Am 為
前面(mian)所介(jie)紹(shao)的腐(fu)蝕(shi)速率(lv)表征方(fang)(fang)法均(jun)適(shi)用于均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)情況。而對于非均(jun)勻腐(fu)蝕(shi),即使(shi)是全(quan)面(mian)腐(fu)蝕(shi),上述方(fang)(fang)法也不適(shi)用,這時需要(yao)借助(zhu)其他方(fang)(fang)法來(lai)評定腐(fu)蝕(shi)程度。
二、局部腐蝕程(cheng)度(du)的評(ping)定(ding)方(fang)法
包括應(ying)(ying)力作用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)在內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣義局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)(dian)(dian)是(shi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量損失(shi)很小(xiao),但(dan)是(shi),材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可能會(hui)很嚴重(zhong)。例(li)如,點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可能造成容器穿孔,應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)導致(zhi)構(gou)件斷(duan)裂,晶間(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和選(xuan)擇(ze)性腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)雖然通常(chang)不(bu)(bu)(bu)會(hui)引(yin)起材(cai)(cai)料(liao)(liao)質量和尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)明顯變化(hua),但(dan)卻(que)會(hui)使(shi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)顯著下降。因(yin)此(ci),評(ping)價(jia)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)程度(du)不(bu)(bu)(bu)能簡單地(di)采用(yong)(yong)前面(mian)介紹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)適用(yong)(yong)于(yu)均(jun)(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法,這時(shi)需(xu)要根據(ju)具體腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類型,以及(ji)對材(cai)(cai)料(liao)(liao)或(huo)結構(gou)安全可靠性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響等來(lai)選(xuan)擇(ze)適用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)方法。例(li)如,對于(yu)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding),可以采用(yong)(yong)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)密度(du)、平均(jun)(jun)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)、最大點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)等指標進行綜(zong)合評(ping)價(jia)。斷(duan)裂壽命或(huo)斷(duan)裂時(shi)間(jian)法適用(yong)(yong)于(yu)應(ying)(ying)力作用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),電阻率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改變適用(yong)(yong)于(yu)多(duo)數局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。測定(ding)(ding)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)前后試(shi)件力學強(qiang)度(du)或(huo)斷(duan)裂延伸率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua),不(bu)(bu)(bu)僅適用(yong)(yong)于(yu)評(ping)定(ding)(ding)全面(mian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)或(huo)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)),更有利(li)于(yu)評(ping)定(ding)(ding)各類局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。針對不(bu)(bu)(bu)同類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)還有特(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)方法。
