材料的(de)腐(fu)蝕傾向由其熱(re)力學(xue)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)決定(ding),熱(re)力學(xue)上不(bu)穩(wen)(wen)定(ding)的(de)材料具有腐(fu)蝕自發性(xing)。然而,造成的(de)破壞狀況(kuang)和程(cheng)度大(da)小(xiao)則取(qu)決于腐(fu)蝕動(dong)力學(xue)。定(ding)量(liang)評定(ding)材料的(de)耐(nai)蝕性(xing)和腐(fu)蝕程(cheng)度的(de)大(da)小(xiao)需要(yao)科學(xue)的(de)方法。腐(fu)蝕的(de)類型不(bu)同,所(suo)采用的(de)評定(ding)方法也不(bu)同。
一、均勻腐蝕(shi)程度的評定方(fang)法
對于全面腐蝕情況下的均(jun)勻腐蝕(shi),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(zhi)量(liang)法
質量法具有靈敏、有效、用途廣泛(fan)的(de)(de)(de)特(te)點,是最基本的(de)(de)(de)定(ding)(ding)量評(ping)定(ding)(ding)方法之(zhi)一。通過腐(fu)蝕前(qian)后的(de)(de)(de)質量變化(hua)(增加或減少(shao))來表示(shi)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)平均速率(lv)。若腐(fu)蝕產(chan)物全(quan)部(bu)牢固(gu)地附著(zhu)于(yu)(yu)試(shi)樣,或雖(sui)然有脫(tuo)落(luo)但易(yi)(yi)于(yu)(yu)全(quan)部(bu)收集(ji),則(ze)常用增重法來表示(shi)。反之(zhi),如果腐(fu)蝕產(chan)物完全(quan)脫(tuo)落(luo)或易(yi)(yi)于(yu)(yu)全(quan)部(bu)清(qing)除,則(ze)往往采(cai)用失重法。平均腐(fu)蝕速率(lv)(單位時間(jian)單位面積的(de)(de)(de)質量變化(hua))的(de)(de)(de)計算公式為:
式中,為腐(fu)(fu)蝕速(su)率,g/(m2?h); Aw 為試樣腐(fu)(fu)蝕前(qian)后質(zhi)量的變化量, g;S 為試樣的表(biao)面積,m2;t為試樣腐(fu)(fu)蝕的時間,h。
需要注意的(de)(de)(de)是,按式(shi)(1-1)計(ji)算腐(fu)蝕速率(lv)是假定(ding)(ding)(ding)整個試驗(yan)周(zhou)期(qi)內腐(fu)蝕始(shi)終以(yi)恒定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)速度(du)進行,而實際中常常并非如此。當采用(yong)失重法時(shi),應按有關標準規定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)方法去除試樣(yang)表面的(de)(de)(de)殘余(yu)腐(fu)蝕產(chan)物。公式(shi)中的(de)(de)(de)S通常是利用(yong)試樣(yang)腐(fu)蝕前(qian)的(de)(de)(de)表面積。當試驗(yan)周(zhou)期(qi)內腐(fu)蝕導致試樣(yang)的(de)(de)(de)表面積變(bian)化比較明顯時(shi),將(jiang)會影響(xiang)數據的(de)(de)(de)真實性。
2. 深度(du)法
從工程應用角度(du)(du)(du)(du)上看(kan),影響(xiang)設備壽命(ming)和安全的(de)(de)(de)重要(yao)指標(biao)(biao)是腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)后(hou)構件的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)截面尺寸。因此(ci),用深度(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)表(biao)(biao)示腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度(du)(du)(du)(du)更有(you)實際(ji)意義(yi),特別是衡量(liang)不同密度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)材(cai)料的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度(du)(du)(du)(du),目前(qian)(qian)該(gai)方法(fa)(fa)(fa)已被(bei)納入有(you)關標(biao)(biao)準(如(ru)我國(guo)國(guo)標(biao)(biao)GB10124—1988《金(jin)屬材(cai)料實驗室均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)全浸試驗方法(fa)(fa)(fa)》,美(mei)國(guo)材(cai)料試驗協會標(biao)(biao)準 ASTM G1、ASTM G31等(deng))。通過直接測(ce)量(liang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)前(qian)(qian)后(hou)或腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程中某兩時刻的(de)(de)(de)試樣厚(hou)度(du)(du)(du)(du),就可以(yi)得到(dao)深度(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)表(biao)(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)(失厚(hou)或增(zeng)厚(hou))。可選(xuan)擇具(ju)有(you)足夠精度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)工具(ju)和儀器直接測(ce)量(liang)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)變化(hua),也可以(yi)采(cai)用無損(sun)測(ce)厚(hou)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa)(fa),如(ru)渦流法(fa)(fa)(fa)、超(chao)聲法(fa)(fa)(fa)、射線照相法(fa)(fa)(fa)和電阻法(fa)(fa)(fa)等(deng),破壞(huai)法(fa)(fa)(fa)中以(yi)金(jin)相剖面法(fa)(fa)(fa)最(zui)為(wei)實用。深度(du)(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)表(biao)(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)可以(yi)由(you)質量(liang)法(fa)(fa)(fa)計算出的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)換算得到(dao),換算公式為(wei):
式中,分別為深度法和質量法表示的腐蝕速率,單位分別為mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐蝕(shi)(shi)減(jian)薄(bo)情況,p為腐蝕(shi)(shi)材料的(de)(de)密度(du);對于(yu)增厚情況,p為腐蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)物的(de)(de)密度(du)。但實際中腐蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)物密度(du)的(de)(de)準(zhun)確值難以確定,因而式(1-2)一般僅適用于(yu)減(jian)薄(bo)情況,p的(de)(de)單(dan)位為g/cm2。深度(du)法和(he)質量法表征的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速率也可以用其他的(de)(de)量綱單(dan)位。
根據深(shen)度法表(biao)征(zheng)的腐(fu)(fu)蝕(shi)速率大小不(bu)同(tong),可以將材料的耐蝕(shi)性(xing)分(fen)(fen)為不(bu)同(tong)的等級(ji)(ji)(ji),表(biao)1-2給出(chu)了 10 級(ji)(ji)(ji)標準分(fen)(fen)類法。該分(fen)(fen)類方法對有(you)些工程應(ying)用背景而言顯得過細(xi),因此還有(you)低(di)于10 級(ji)(ji)(ji)的其(qi)(qi)他分(fen)(fen)類法。但(dan)不(bu)管按幾級(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)類,其(qi)(qi)僅具(ju)有(you)相對性(xing)和參考性(xing),科學地評定腐(fu)(fu)蝕(shi)等級(ji)(ji)(ji)還必須(xu)考慮具(ju)體的應(ying)用背景。
3. 電流密度表征法
金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)腐蝕是由(you)陽極溶解(jie)導致(zhi)的(de)(de),因而電(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)腐蝕的(de)(de)速(su)率可以用(yong)陽極反應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密度來表(biao)征。法(fa)拉第定律指出(chu),當電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)通(tong)(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)溶液(ye)時,電(dian)(dian)(dian)(dian)極上發生電(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)變化的(de)(de)物質(zhi)的(de)(de)量(liang)(liang)與通(tong)(tong)(tong)過(guo)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)成正比,與電(dian)(dian)(dian)(dian)極反應中轉(zhuan)移的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷數成反比。設通(tong)(tong)(tong)過(guo)陽極的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)為I,通(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)(dian)(dian)時間為t,則時間內(nei)通(tong)(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)為 It,相(xiang)應溶解(jie)掉的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang) Am 為
前(qian)面(mian)(mian)所介紹的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率表征方法(fa)均適(shi)用(yong)(yong)于均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)情(qing)況。而對于非均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi),即(ji)使是全面(mian)(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi),上(shang)述方法(fa)也不適(shi)用(yong)(yong),這(zhe)時(shi)需要借(jie)助其他方法(fa)來評定腐(fu)(fu)蝕(shi)程(cheng)度。
二、局部腐蝕程度的(de)評定方法
包括應(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)在內的(de)(de)(de)(de)廣(guang)義局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)(dian)(dian)是材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)損(sun)失很小,但(dan)是,材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能(neng)會(hui)(hui)很嚴(yan)重。例(li)如,點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能(neng)造成容器穿(chuan)孔,應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)(hui)導致構件斷裂,晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)選擇性腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)雖然(ran)通常不會(hui)(hui)引起材(cai)料(liao)(liao)質量(liang)和(he)尺寸的(de)(de)(de)(de)明顯變化,但(dan)卻會(hui)(hui)使材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)強度顯著下降(jiang)。因此,評價局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)程度不能(neng)簡單地采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)前面介紹的(de)(de)(de)(de)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)均勻腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa),這時需要根據具(ju)體腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類(lei)型,以及對(dui)材(cai)料(liao)(liao)或結構安全可(ke)靠性的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)等來選擇適用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)評定(ding)(ding)方(fang)法(fa)。例(li)如,對(dui)于(yu)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)評定(ding)(ding),可(ke)以采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)密度、平均點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度、最大點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度等指標進行綜(zong)合(he)評價。斷裂壽命或斷裂時間法(fa)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)應(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),電阻(zu)率的(de)(de)(de)(de)改變適用(yong)(yong)(yong)于(yu)多數局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。測(ce)定(ding)(ding)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)前后試件力(li)(li)學強度或斷裂延伸率的(de)(de)(de)(de)變化,不僅適用(yong)(yong)(yong)于(yu)評定(ding)(ding)全面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(均勻的(de)(de)(de)(de)或不均勻的(de)(de)(de)(de)),更有利(li)于(yu)評定(ding)(ding)各類(lei)局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。針對(dui)不同類(lei)型的(de)(de)(de)(de)局(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)還有特(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)評定(ding)(ding)方(fang)法(fa)。
