金屬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、縫隙腐蝕、孔蝕(shi)、應(ying)力腐蝕開裂,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、金屬的實驗(yan)室重量法腐蝕試(shi)驗(yan)
它(ta)(ta)是根據腐蝕(shi)(shi)前后(hou)試樣(yang)(yang)重量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)變化(hua)來測(ce)定金(jin)屬的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速率,并(bing)以(yi)(yi)此(ci)判(pan)斷材料的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性能。試驗時,如果(guo)金(jin)屬溶(rong)解(jie)于介(jie)質中,試樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)重量(liang)(liang)(liang)減小,可以(yi)(yi)用失(shi)(shi)量(liang)(liang)(liang)法(fa)測(ce)量(liang)(liang)(liang);如果(guo)腐蝕(shi)(shi)產(chan)物的(de)(de)(de)組分已知(zhi),并(bing)且(qie)牢(lao)固(gu)地(di)附(fu)著在金(jin)屬的(de)(de)(de)表面(mian)上,或者腐蝕(shi)(shi)產(chan)物完全(quan)能收集起來,可以(yi)(yi)用增重法(fa)測(ce)量(liang)(liang)(liang);如果(guo)當(dang)金(jin)屬溶(rong)解(jie)時,一(yi)部分腐蝕(shi)(shi)產(chan)物脫(tuo)落,一(yi)部分溶(rong)解(jie)的(de)(de)(de)金(jin)屬又沉積(ji)在金(jin)屬試樣(yang)(yang)表面(mian)上,那末,試樣(yang)(yang)可能是增重,也可能是失(shi)(shi)重。然而(er)試樣(yang)(yang)既有明顯腐蝕(shi)(shi),而(er)增重量(liang)(liang)(liang)與失(shi)(shi)重量(liang)(liang)(liang)相等,試樣(yang)(yang)重量(liang)(liang)(liang)完全(quan)不變的(de)(de)(de)情況,在實(shi)際中卻是極罕見的(de)(de)(de)。失(shi)(shi)重法(fa)是常見金(jin)屬腐蝕(shi)(shi)重量(liang)(liang)(liang)法(fa)中最(zui)常用的(de)(de)(de)方(fang)法(fa),但它(ta)(ta)只適應(ying)全(quan)面(mian)(均(jun)勻)腐蝕(shi)(shi),對于有高度選擇性的(de)(de)(de)局部腐蝕(shi)(shi)毫無意義(yi)。
在(zai)實驗(yan)(yan)室進行腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)(yan)時,應盡量(liang)模擬有關的現場條(tiao)件,如果條(tiao)件允(yun)許的話(hua),應采用(yong)(yong)現場腐(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)做試(shi)驗(yan)(yan),當然也(ye)可采用(yong)(yong)模擬生產(chan)的介質(zhi),加速腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)(yan)介質(zhi)以及實驗(yan)(yan)室的介質(zhi)等。不銹鋼(gang)5%硫酸腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(GB4334.6--84),主要(yao)適用(yong)(yong)測定含鉬奧氏體不銹鋼(gang)在(zai)沸(fei)騰5%硫酸溶液中的腐(fu)蝕(shi)(shi)失重(zhong)量(liang),以試(shi)驗(yan)(yan)不銹鋼(gang)的耐均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。
二、晶間腐蝕(shi)試驗方法(fa)
晶間腐蝕(shi)試(shi)驗方法(fa)(fa)很多,這些試(shi)驗方法(fa)(fa)的(de)原理和適(shi)用范圍各不(bu)相(xiang)同(tong),不(bu)同(tong)的(de)試(shi)驗方法(fa)(fa)適(shi)用于不(bu)同(tong)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼、合(he)金及不(bu)同(tong)的(de)環境介(jie)質,因(yin)此(ci),正確地、合(he)理地選擇晶間腐蝕(shi)試(shi)驗方法(fa)(fa)極(ji)為重要。
晶(jing)間腐蝕(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)大(da)致可以(yi)分(fen)為化(hua)(hua)學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)、電(dian)化(hua)(hua)學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)及(ji)物理(li)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)三大(da)類。化(hua)(hua)學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)很(hen)多(見(jian)表2-1),比較成(cheng)熟,應(ying)用廣泛(fan),其中一(yi)部分(fen)已(yi)列入國標(biao),常見(jian)的硫酸-硫酸銅試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)和沸騰硝酸試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)以(yi)后重(zhong)點將介紹。電(dian)化(hua)(hua)學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)是(shi)正在(zai)發展(zhan)中的方(fang)(fang)法(fa)(fa),尚未(wei)標(biao)準化(hua)(hua),它的最大(da)優點是(shi)快速,不破(po)壞(huai)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣,世界上許多國家對這(zhe)一(yi)方(fang)(fang)法(fa)(fa)進行了廣泛(fan)的研究,有希望發展(zhan)成(cheng)為一(yi)類快速、非破(po)壞(huai)性的現場試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)。物理(li)檢驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)中是(shi)以(yi)金相法(fa)(fa)和彎曲法(fa)(fa)應(ying)用最廣,特(te)別是(shi)金相檢驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)應(ying)用較為廣泛(fan)。利用金相或現代設(she)備如電(dian)子(zi)顯微(wei)鏡和電(dian)子(zi)顯微(wei)探(tan)針等獲得晶(jing)粒邊界附近(jin)的組(zu)織結構和化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)的變化(hua)(hua),判斷晶(jing)間腐蝕(shi)傾向。
三、孔(kong)蝕試驗方法
孔(kong)(kong)蝕試驗方(fang)(fang)法(fa)(fa),概括起(qi)來可以(yi)分(fen)為(wei)兩大(da)(da)(da)類(lei)(lei):一(yi)(yi)類(lei)(lei)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)化學浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa),另一(yi)(yi)類(lei)(lei)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電化學測(ce)量(liang)(liang)法(fa)(fa)。化學浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa)見表2-2,這(zhe)些(xie)(xie)方(fang)(fang)法(fa)(fa)一(yi)(yi)直為(wei)人們廣泛采用,技術上(shang)也較成熟,目前國內及許多(duo)國家都有這(zhe)方(fang)(fang)面的(de)(de)(de)標準,國內也有這(zhe)方(fang)(fang)面的(de)(de)(de)標準,另外還(huan)有一(yi)(yi)些(xie)(xie)試驗方(fang)(fang)法(fa)(fa)已經開展(zhan)了(le)許多(duo)工作,并(bing)得到(dao)了(le)認可。化學浸(jin)泡(pao)(pao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)將試樣浸(jin)泡(pao)(pao)在某(mou)些(xie)(xie)加速的(de)(de)(de)或(huo)天(tian)然的(de)(de)(de)腐蝕環境里(li),通過測(ce)量(liang)(liang)蝕孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)重量(liang)(liang)損(sun)失、數目、深度和(he)大(da)(da)(da)小,測(ce)定(ding)金(jin)(jin)屬或(huo)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐孔(kong)(kong)蝕性(xing)(xing)能(neng),或(huo)者通過測(ce)量(liang)(liang)臨界孔(kong)(kong)蝕溫度,蝕孔(kong)(kong)成核所需的(de)(de)(de)最低(di)離子濃(nong)度,確定(ding)金(jin)(jin)屬和(he)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)蝕敏(min)感性(xing)(xing)。采用這(zhe)類(lei)(lei)方(fang)(fang)法(fa)(fa)測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)最大(da)(da)(da)優點(dian)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)陰陽極過程(cheng)均在發生(sheng)孔(kong)(kong)蝕的(de)(de)(de)試樣上(shang)進行,具有較大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)陰極面積(ji),蝕孔(kong)(kong)不(bu)(bu)在表面上(shang)發展(zhan),而是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)向試樣內部發展(zhan),這(zhe)與(yu)生(sheng)產實際情況相符。但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),在天(tian)然條(tiao)件下進行測(ce)量(liang)(liang)時不(bu)(bu)方(fang)(fang)便、費(fei)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(ying)力(li)腐蝕破裂試驗
根據加載方法(fa)的(de)(de)不同(tong),可(ke)以分為恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)法(fa)、恒(heng)載荷法(fa)和恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)。恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)某些機械手段,如(ru)手工(gong) 撬杠尋壓機等把一定(ding)尺寸的(de)(de)試(shi)(shi)樣彎至(zhi)預定(ding)形(xing)態如(ru)U型(xing)、C型(xing)、彎梁型(xing)等,然后固定(ding);恒(heng)載荷法(fa)是(shi)將試(shi)(shi)樣一端固定(ding),另一端加上某一恒(heng)定(ding)的(de)(de)靜(jing)載荷,使試(shi)(shi)樣產(chan)(chan)生(sheng)恒(heng)定(ding)應(ying)力;恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)就是(shi)根據不同(tong)材料(liao)/介質體系(xi),在特定(ding)的(de)(de)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)數值(zhi),在一種專門的(de)(de)設備-恒(heng)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)試(shi)(shi)驗(yan)機上,緩慢(man)而勻(yun)速地(di)拉伸試(shi)(shi)樣。在實際(ji)生(sheng)產(chan)(chan)中(zhong),由于冷(leng)熱加工(gong)常常會(hui)產(chan)(chan)生(sheng)殘余應(ying)力,焊接殘余應(ying)力是(shi)最常見的(de)(de)一種,因(yin)此,焊接件也可(ke)用(yong)來(lai)作為應(ying)力腐(fu)蝕破(po)裂(lie)試(shi)(shi)驗(yan)用(yong)試(shi)(shi)樣。
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。