材料的(de)(de)(de)腐蝕傾向由(you)其熱力(li)學穩定性決定,熱力(li)學上不穩定的(de)(de)(de)材料具有腐蝕自發性。然(ran)而,造成的(de)(de)(de)破壞狀(zhuang)況和(he)程度(du)大(da)小(xiao)(xiao)則取決于腐蝕動力(li)學。定量(liang)評定材料的(de)(de)(de)耐蝕性和(he)腐蝕程度(du)的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)需要科學的(de)(de)(de)方(fang)法。腐蝕的(de)(de)(de)類型不同(tong),所采用的(de)(de)(de)評定方(fang)法也不同(tong)。
一、均(jun)勻腐(fu)蝕程度的評定方(fang)法
對于全面腐蝕(shi)情況下的均勻腐(fu)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(zhi)量(liang)法具有(you)靈敏(min)、有(you)效、用途廣泛的(de)特點,是最基本的(de)定量(liang)評定方法之一(yi)。通過(guo)腐(fu)(fu)蝕(shi)前后(hou)的(de)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)(增加或減少)來表示(shi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)平均速率。若腐(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu)全(quan)部(bu)牢固地附著于試樣,或雖(sui)然(ran)有(you)脫落(luo)但易于全(quan)部(bu)收集,則常用增重法來表示(shi)。反之,如(ru)果腐(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu)完全(quan)脫落(luo)或易于全(quan)部(bu)清除,則往往采用失重法。平均腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(單(dan)位時間單(dan)位面積的(de)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua))的(de)計算公(gong)式為:
式中,為(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率,g/(m2?h); Aw 為(wei)試樣(yang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)前后(hou)質量的(de)變化量, g;S 為(wei)試樣(yang)的(de)表面(mian)積(ji),m2;t為(wei)試樣(yang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)時間,h。
需要注意的(de)(de)是(shi),按(an)式(shi)(shi)(1-1)計算(suan)腐蝕速(su)率是(shi)假定(ding)整個試(shi)(shi)驗(yan)周期(qi)(qi)內腐蝕始終以恒定(ding)的(de)(de)速(su)度進行,而實際中(zhong)常常并非如此。當采(cai)用失重法(fa)時(shi),應按(an)有(you)關標(biao)準(zhun)規定(ding)的(de)(de)方(fang)法(fa)去除試(shi)(shi)樣表面(mian)的(de)(de)殘余腐蝕產物。公式(shi)(shi)中(zhong)的(de)(de)S通常是(shi)利用試(shi)(shi)樣腐蝕前的(de)(de)表面(mian)積。當試(shi)(shi)驗(yan)周期(qi)(qi)內腐蝕導(dao)致試(shi)(shi)樣的(de)(de)表面(mian)積變化(hua)比(bi)較明顯(xian)時(shi),將會(hui)影(ying)響數據的(de)(de)真實性。
2. 深(shen)度法(fa)
從(cong)工程(cheng)(cheng)應用角(jiao)度(du)(du)上看,影響(xiang)設備(bei)壽命(ming)和(he)安全的重要(yao)指標(biao)是(shi)(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕后(hou)構件的有效截面(mian)尺寸。因(yin)此,用深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)示腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕程(cheng)(cheng)度(du)(du)更有實(shi)際意義,特(te)別是(shi)(shi)衡量(liang)(liang)不同(tong)密(mi)度(du)(du)的材料(liao)的腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕程(cheng)(cheng)度(du)(du),目前該方(fang)法(fa)(fa)已被納入(ru)有關(guan)標(biao)準(如我國國標(biao)GB10124—1988《金屬材料(liao)實(shi)驗室均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕全浸(jin)試驗方(fang)法(fa)(fa)》,美(mei)國材料(liao)試驗協會標(biao)準 ASTM G1、ASTM G31等)。通(tong)過直接(jie)測(ce)(ce)量(liang)(liang)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕前后(hou)或腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕過程(cheng)(cheng)中(zhong)某兩時刻(ke)的試樣(yang)厚(hou)度(du)(du),就可(ke)以(yi)得到(dao)深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)征的腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕速率(lv)(失厚(hou)或增厚(hou))。可(ke)選擇具有足夠精(jing)度(du)(du)的工具和(he)儀器直接(jie)測(ce)(ce)量(liang)(liang)厚(hou)度(du)(du)變化,也可(ke)以(yi)采(cai)用無損測(ce)(ce)厚(hou)的方(fang)法(fa)(fa),如渦流法(fa)(fa)、超聲法(fa)(fa)、射(she)線照相(xiang)(xiang)法(fa)(fa)和(he)電阻法(fa)(fa)等,破壞(huai)法(fa)(fa)中(zhong)以(yi)金相(xiang)(xiang)剖(pou)面(mian)法(fa)(fa)最為實(shi)用。深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)征的腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕速率(lv)可(ke)以(yi)由質量(liang)(liang)法(fa)(fa)計算(suan)出(chu)的腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕速率(lv)換算(suan)得到(dao),換算(suan)公式為:
式中,分別(bie)(bie)為深度法和(he)質(zhi)量法表示的腐蝕速率,單位(wei)分別(bie)(bie)為mm/a和(he)g/(m2·h)。
對于(yu)腐(fu)蝕(shi)減(jian)(jian)薄情(qing)況,p為(wei)腐(fu)蝕(shi)材料的(de)密度(du);對于(yu)增(zeng)厚情(qing)況,p為(wei)腐(fu)蝕(shi)產物的(de)密度(du)。但實際中(zhong)腐(fu)蝕(shi)產物密度(du)的(de)準確(que)值難以(yi)確(que)定,因而式(1-2)一(yi)般僅適用于(yu)減(jian)(jian)薄情(qing)況,p的(de)單(dan)位(wei)為(wei)g/cm2。深度(du)法和質量法表征的(de)腐(fu)蝕(shi)速率也可以(yi)用其他的(de)量綱單(dan)位(wei)。
根據深度法(fa)表(biao)征的(de)腐蝕速率大小不同,可以將材料(liao)的(de)耐蝕性分(fen)(fen)為不同的(de)等(deng)級(ji)(ji)(ji),表(biao)1-2給(gei)出了 10 級(ji)(ji)(ji)標準分(fen)(fen)類法(fa)。該分(fen)(fen)類方法(fa)對(dui)有些工(gong)程(cheng)應(ying)用背景(jing)而言顯得過細,因此還有低于10 級(ji)(ji)(ji)的(de)其(qi)他分(fen)(fen)類法(fa)。但(dan)不管按(an)幾(ji)級(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)類,其(qi)僅具有相對(dui)性和參考性,科學地評定腐蝕等(deng)級(ji)(ji)(ji)還必須(xu)考慮具體的(de)應(ying)用背景(jing)。
3. 電(dian)流密度表(biao)征法(fa)
金(jin)屬的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐蝕(shi)是由陽極(ji)(ji)(ji)溶(rong)解(jie)(jie)導致的(de)(de),因(yin)而電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐蝕(shi)的(de)(de)速率可以(yi)用陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)應的(de)(de)電(dian)(dian)流密度(du)來表征。法拉(la)第定律(lv)指出,當電(dian)(dian)流通(tong)(tong)過電(dian)(dian)解(jie)(jie)質(zhi)溶(rong)液時,電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)上(shang)發(fa)生電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)變化(hua)的(de)(de)物(wu)質(zhi)的(de)(de)量(liang)與(yu)通(tong)(tong)過的(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)成正(zheng)比,與(yu)電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)應中轉移(yi)的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)數成反(fan)(fan)比。設通(tong)(tong)過陽極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)流為I,通(tong)(tong)電(dian)(dian)時間(jian)為t,則時間(jian)內(nei)通(tong)(tong)過電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)為 It,相(xiang)應溶(rong)解(jie)(jie)掉的(de)(de)金(jin)屬的(de)(de)質(zhi)量(liang) Am 為
前(qian)面(mian)所介(jie)紹的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率表征方(fang)(fang)法(fa)均適(shi)(shi)用(yong)于均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)情況。而對于非均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),即(ji)使(shi)是(shi)全(quan)面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),上(shang)述(shu)方(fang)(fang)法(fa)也不(bu)適(shi)(shi)用(yong),這時需(xu)要(yao)借(jie)助其他方(fang)(fang)法(fa)來評(ping)定(ding)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)程度。
二、局部腐(fu)蝕(shi)程(cheng)度(du)的評定方法
包括(kuo)應力作用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)在(zai)內的(de)(de)(de)(de)廣(guang)義局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)是(shi)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)損失很小,但是(shi),材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可能(neng)會(hui)(hui)很嚴(yan)重。例如,點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可能(neng)造成(cheng)容器穿孔,應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)(hui)導致構(gou)件斷(duan)裂,晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)雖然通常不會(hui)(hui)引起材(cai)料(liao)質(zhi)(zhi)量(liang)和(he)尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)明顯(xian)變化,但卻會(hui)(hui)使材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)顯(xian)著下降。因(yin)此,評(ping)價局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)程度(du)不能(neng)簡單地采用(yong)(yong)前面介紹(shao)的(de)(de)(de)(de)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)均(jun)勻(yun)(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)方法(fa),這時(shi)需要(yao)根據(ju)具(ju)體(ti)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類(lei)型,以(yi)及對材(cai)料(liao)或(huo)結構(gou)安(an)全可靠性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)等(deng)來選(xuan)擇(ze)適(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)方法(fa)。例如,對于(yu)(yu)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding),可以(yi)采用(yong)(yong)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)密(mi)度(du)、平均(jun)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)、最大點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)等(deng)指(zhi)標進行綜合評(ping)價。斷(duan)裂壽命或(huo)斷(duan)裂時(shi)間法(fa)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)應力作用(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),電阻(zu)率(lv)的(de)(de)(de)(de)改變適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)多(duo)數局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。測(ce)定(ding)(ding)(ding)(ding)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)前后試件力學強(qiang)度(du)或(huo)斷(duan)裂延(yan)伸率(lv)的(de)(de)(de)(de)變化,不僅適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)全面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)(de)或(huo)不均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)(de)),更有利于(yu)(yu)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)各類(lei)局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。針對不同類(lei)型的(de)(de)(de)(de)局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)還有特(te)定(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)方法(fa)。
