材(cai)料的腐(fu)蝕(shi)傾向由其熱力(li)學(xue)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)決(jue)定(ding)(ding),熱力(li)學(xue)上(shang)不(bu)穩定(ding)(ding)的材(cai)料具有腐(fu)蝕(shi)自(zi)發性(xing)(xing)。然而,造成的破壞狀況和程度大(da)小(xiao)則取決(jue)于腐(fu)蝕(shi)動力(li)學(xue)。定(ding)(ding)量評(ping)定(ding)(ding)材(cai)料的耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)和腐(fu)蝕(shi)程度的大(da)小(xiao)需要科學(xue)的方法(fa)。腐(fu)蝕(shi)的類型(xing)不(bu)同,所采用的評(ping)定(ding)(ding)方法(fa)也不(bu)同。
一、均勻(yun)腐蝕(shi)程度(du)的評定方法
對于全面腐(fu)蝕情況下的均勻腐(fu)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)量法
質(zhi)量法(fa)(fa)具有靈敏、有效、用(yong)途廣泛的特點,是最基本的定(ding)量評定(ding)方(fang)法(fa)(fa)之一。通過腐(fu)蝕(shi)前后的質(zhi)量變化(hua)(增(zeng)(zeng)加(jia)或減少)來(lai)表示腐(fu)蝕(shi)的平(ping)均(jun)速(su)(su)率。若(ruo)腐(fu)蝕(shi)產物(wu)全(quan)部牢固地附(fu)著(zhu)于試樣,或雖然有脫落但易(yi)于全(quan)部收集,則常用(yong)增(zeng)(zeng)重法(fa)(fa)來(lai)表示。反之,如果腐(fu)蝕(shi)產物(wu)完(wan)全(quan)脫落或易(yi)于全(quan)部清除,則往往采用(yong)失重法(fa)(fa)。平(ping)均(jun)腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)率(單位時(shi)間單位面積的質(zhi)量變化(hua))的計算公式為:
式中(zhong),為(wei)腐蝕(shi)速(su)率,g/(m2?h); Aw 為(wei)試樣(yang)腐蝕(shi)前后質量(liang)的(de)變化量(liang), g;S 為(wei)試樣(yang)的(de)表面積,m2;t為(wei)試樣(yang)腐蝕(shi)的(de)時(shi)間,h。
需要(yao)注意的是,按式(shi)(1-1)計算(suan)腐蝕速(su)率是假定(ding)整個試(shi)驗(yan)周(zhou)期內(nei)腐蝕始終以恒定(ding)的速(su)度進行,而實際中常常并非(fei)如(ru)此。當采用失重法(fa)時,應按有關標準規(gui)定(ding)的方法(fa)去除試(shi)樣表面的殘余腐蝕產(chan)物。公式(shi)中的S通常是利用試(shi)樣腐蝕前(qian)的表面積。當試(shi)驗(yan)周(zhou)期內(nei)腐蝕導致試(shi)樣的表面積變化比較明顯時,將會影響數(shu)據的真實性。
2. 深度法(fa)
從工程(cheng)(cheng)應用(yong)角度(du)(du)(du)上看,影響設(she)備壽命和安(an)全的(de)(de)(de)重要指標(biao)是腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)后構(gou)件的(de)(de)(de)有(you)效截面尺寸。因此,用(yong)深度(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)表示腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程(cheng)(cheng)度(du)(du)(du)更(geng)有(you)實(shi)際意義,特別是衡量不同密度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)材料的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程(cheng)(cheng)度(du)(du)(du),目(mu)前該方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)已被納入(ru)有(you)關標(biao)準(如我國國標(biao)GB10124—1988《金屬材料實(shi)驗(yan)室均(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)全浸試(shi)驗(yan)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)》,美國材料試(shi)驗(yan)協會(hui)標(biao)準 ASTM G1、ASTM G31等)。通過(guo)直接(jie)(jie)測(ce)量腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前后或腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)程(cheng)(cheng)中某兩時刻(ke)的(de)(de)(de)試(shi)樣(yang)厚(hou)度(du)(du)(du),就可(ke)以(yi)得到深度(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)表征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(失(shi)厚(hou)或增(zeng)厚(hou))。可(ke)選(xuan)擇具有(you)足夠精(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)工具和儀器(qi)直接(jie)(jie)測(ce)量厚(hou)度(du)(du)(du)變化,也可(ke)以(yi)采用(yong)無損(sun)測(ce)厚(hou)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa),如渦(wo)流法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、超聲(sheng)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、射線照相(xiang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)和電阻法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)等,破壞法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)中以(yi)金相(xiang)剖(pou)面法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)最為實(shi)用(yong)。深度(du)(du)(du)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)表征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)可(ke)以(yi)由質(zhi)量法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)計算(suan)出的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)換算(suan)得到,換算(suan)公式(shi)為:
式中,分別為(wei)深度法和質量(liang)法表示的腐蝕速率,單位分別為(wei)mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐蝕(shi)(shi)減薄情(qing)況,p為腐蝕(shi)(shi)材料的(de)密度(du);對于(yu)增厚情(qing)況,p為腐蝕(shi)(shi)產(chan)物的(de)密度(du)。但實際(ji)中腐蝕(shi)(shi)產(chan)物密度(du)的(de)準確(que)值難(nan)以確(que)定,因而式(1-2)一(yi)般僅適用于(yu)減薄情(qing)況,p的(de)單位為g/cm2。深度(du)法(fa)和質量(liang)法(fa)表征的(de)腐蝕(shi)(shi)速率也(ye)可(ke)以用其他的(de)量(liang)綱單位。
根據深度(du)法表(biao)征的(de)腐蝕(shi)速率大小不(bu)同(tong),可以將材料的(de)耐蝕(shi)性分(fen)(fen)(fen)為不(bu)同(tong)的(de)等級,表(biao)1-2給出了 10 級標準分(fen)(fen)(fen)類法。該分(fen)(fen)(fen)類方法對有些工(gong)程應用背(bei)景而言(yan)顯得過細,因此還(huan)有低于(yu)10 級的(de)其他分(fen)(fen)(fen)類法。但(dan)不(bu)管(guan)按幾級分(fen)(fen)(fen)類,其僅具(ju)有相對性和參考(kao)性,科學地評定腐蝕(shi)等級還(huan)必須考(kao)慮(lv)具(ju)體(ti)的(de)應用背(bei)景。
3. 電流密度表(biao)征法
金屬的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學腐蝕(shi)(shi)是(shi)由陽(yang)(yang)極(ji)溶解(jie)導(dao)致(zhi)的(de)(de),因而電(dian)(dian)(dian)化學腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)速率可(ke)以用(yong)陽(yang)(yang)極(ji)反應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)密度來表征。法拉第定律指出,當電(dian)(dian)(dian)流(liu)通(tong)過(guo)(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)解(jie)質溶液時(shi),電(dian)(dian)(dian)極(ji)上發(fa)生電(dian)(dian)(dian)化學變化的(de)(de)物質的(de)(de)量(liang)與通(tong)過(guo)(guo)(guo)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)成(cheng)正比(bi),與電(dian)(dian)(dian)極(ji)反應中轉移的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)數成(cheng)反比(bi)。設(she)通(tong)過(guo)(guo)(guo)陽(yang)(yang)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)為(wei)(wei)I,通(tong)電(dian)(dian)(dian)時(shi)間為(wei)(wei)t,則時(shi)間內通(tong)過(guo)(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)為(wei)(wei) It,相應溶解(jie)掉(diao)的(de)(de)金屬的(de)(de)質量(liang) Am 為(wei)(wei)
前(qian)面所介紹的腐(fu)(fu)蝕(shi)速率表征方(fang)法(fa)均適用(yong)于均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)情況。而對于非均勻腐(fu)(fu)蝕(shi),即使是全面腐(fu)(fu)蝕(shi),上述方(fang)法(fa)也不(bu)適用(yong),這(zhe)時需要借(jie)助其(qi)他方(fang)法(fa)來評定(ding)腐(fu)(fu)蝕(shi)程度。
二(er)、局部腐蝕程(cheng)度的評定方法
包括應力(li)作用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)在內的(de)(de)(de)廣義局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)特(te)點(dian)(dian)(dian)是(shi)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)質(zhi)量損(sun)失很小(xiao),但是(shi),材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)能(neng)會(hui)很嚴重。例如(ru)(ru),點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)能(neng)造成(cheng)容器(qi)穿孔,應力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)會(hui)導致構件斷裂,晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和選(xuan)擇性(xing)(xing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)雖然通常不會(hui)引起材(cai)料(liao)質(zhi)量和尺寸的(de)(de)(de)明顯變(bian)化,但卻(que)會(hui)使材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)顯著下降(jiang)。因此,評(ping)價(jia)(jia)局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)程度(du)不能(neng)簡(jian)單地采用(yong)(yong)(yong)前面介(jie)紹的(de)(de)(de)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)均(jun)勻(yun)(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa),這時需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)具體腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)類型,以及對材(cai)料(liao)或(huo)結構安全可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響等(deng)來選(xuan)擇適用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)評(ping)定方法(fa)(fa)。例如(ru)(ru),對于(yu)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)評(ping)定,可(ke)(ke)以采用(yong)(yong)(yong)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)密度(du)、平均(jun)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)、最(zui)大點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)等(deng)指標進行綜合評(ping)價(jia)(jia)。斷裂壽命或(huo)斷裂時間法(fa)(fa)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)應力(li)作用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),電(dian)阻(zu)率的(de)(de)(de)改(gai)變(bian)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)多數局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。測定腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)前后試件力(li)學強(qiang)度(du)或(huo)斷裂延伸率的(de)(de)(de)變(bian)化,不僅適用(yong)(yong)(yong)于(yu)評(ping)定全面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)或(huo)不均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)),更有利(li)于(yu)評(ping)定各類局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。針對不同類型的(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)還有特(te)定的(de)(de)(de)評(ping)定方法(fa)(fa)。
