材(cai)料(liao)的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)傾向由其(qi)熱力學穩定性決定,熱力學上不穩定的材(cai)料(liao)具有(you)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)自發性。然而,造(zao)成(cheng)的破(po)壞狀況(kuang)和(he)程度(du)大(da)小(xiao)則取決于腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)動力學。定量評(ping)定材(cai)料(liao)的耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性和(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)程度(du)的大(da)小(xiao)需要(yao)科學的方法(fa)。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的類(lei)型不同,所采用的評(ping)定方法(fa)也不同。
一(yi)、均勻腐蝕(shi)程度的評定方法
對于全(quan)面腐蝕(shi)情況下的均(jun)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. 質量法(fa)
質量(liang)(liang)法(fa)(fa)(fa)具有靈敏、有效(xiao)、用(yong)途廣泛的(de)(de)特點,是最基(ji)本的(de)(de)定(ding)量(liang)(liang)評定(ding)方(fang)法(fa)(fa)(fa)之一。通(tong)過腐(fu)(fu)蝕前后的(de)(de)質量(liang)(liang)變化(增加或(huo)減少)來表(biao)示腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)平(ping)均速率(lv)。若腐(fu)(fu)蝕產物全部(bu)牢固(gu)地附著于(yu)試樣,或(huo)雖然有脫落但(dan)易(yi)(yi)于(yu)全部(bu)收集,則常(chang)用(yong)增重(zhong)法(fa)(fa)(fa)來表(biao)示。反之,如果腐(fu)(fu)蝕產物完全脫落或(huo)易(yi)(yi)于(yu)全部(bu)清除,則往往采用(yong)失重(zhong)法(fa)(fa)(fa)。平(ping)均腐(fu)(fu)蝕速率(lv)(單位(wei)時間單位(wei)面(mian)積的(de)(de)質量(liang)(liang)變化)的(de)(de)計算(suan)公式(shi)為:
式中(zhong),為(wei)腐(fu)蝕速(su)率,g/(m2?h); Aw 為(wei)試樣腐(fu)蝕前后質量(liang)的(de)(de)變(bian)化量(liang), g;S 為(wei)試樣的(de)(de)表面積,m2;t為(wei)試樣腐(fu)蝕的(de)(de)時(shi)間,h。
需要(yao)注意的(de)是,按式(1-1)計算腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)是假定(ding)整(zheng)個試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)周期(qi)(qi)內腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)始終以恒定(ding)的(de)速度進行,而實(shi)際(ji)中常(chang)常(chang)并非如(ru)此。當(dang)采(cai)用失重(zhong)法時(shi),應(ying)按有(you)關標準規(gui)定(ding)的(de)方法去除試(shi)(shi)(shi)樣表(biao)面(mian)的(de)殘余(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物。公式中的(de)S通(tong)常(chang)是利用試(shi)(shi)(shi)樣腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)前的(de)表(biao)面(mian)積。當(dang)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)周期(qi)(qi)內腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)導致(zhi)試(shi)(shi)(shi)樣的(de)表(biao)面(mian)積變化比較明顯(xian)時(shi),將(jiang)會影響數據的(de)真實(shi)性(xing)。
2. 深度(du)法
從工(gong)程應用(yong)(yong)角度(du)(du)上(shang)看,影響(xiang)設(she)備壽命和(he)安全的(de)(de)(de)重要(yao)指(zhi)標(biao)是腐(fu)(fu)蝕(shi)后構件的(de)(de)(de)有(you)效截面尺寸。因此,用(yong)(yong)深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)示(shi)腐(fu)(fu)蝕(shi)程度(du)(du)更有(you)實際意義,特別是衡量不同密度(du)(du)的(de)(de)(de)材(cai)料的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)程度(du)(du),目前該方法(fa)(fa)已被納入有(you)關標(biao)準(zhun)(如(ru)我國國標(biao)GB10124—1988《金屬材(cai)料實驗室均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)全浸試(shi)驗方法(fa)(fa)》,美國材(cai)料試(shi)驗協會標(biao)準(zhun) ASTM G1、ASTM G31等)。通過直接(jie)測(ce)量腐(fu)(fu)蝕(shi)前后或(huo)腐(fu)(fu)蝕(shi)過程中某(mou)兩(liang)時刻(ke)的(de)(de)(de)試(shi)樣厚(hou)度(du)(du),就可(ke)以得到(dao)(dao)深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(失厚(hou)或(huo)增厚(hou))。可(ke)選擇(ze)具有(you)足夠精度(du)(du)的(de)(de)(de)工(gong)具和(he)儀器直接(jie)測(ce)量厚(hou)度(du)(du)變化(hua),也可(ke)以采(cai)用(yong)(yong)無損測(ce)厚(hou)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa),如(ru)渦(wo)流法(fa)(fa)、超聲法(fa)(fa)、射線照相法(fa)(fa)和(he)電阻(zu)法(fa)(fa)等,破壞法(fa)(fa)中以金相剖面法(fa)(fa)最為(wei)實用(yong)(yong)。深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率可(ke)以由(you)質量法(fa)(fa)計(ji)算出的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率換算得到(dao)(dao),換算公式(shi)為(wei):
式中(zhong),分(fen)別為(wei)深度法(fa)和質量法(fa)表示的(de)腐蝕速率(lv),單位分(fen)別為(wei)mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐蝕(shi)減(jian)薄(bo)情況,p為(wei)(wei)腐蝕(shi)材料的(de)密度;對于(yu)增厚情況,p為(wei)(wei)腐蝕(shi)產物的(de)密度。但實際(ji)中(zhong)腐蝕(shi)產物密度的(de)準確(que)(que)值難以(yi)確(que)(que)定(ding),因而式(1-2)一般僅適用(yong)于(yu)減(jian)薄(bo)情況,p的(de)單位為(wei)(wei)g/cm2。深度法(fa)和(he)質(zhi)量法(fa)表征的(de)腐蝕(shi)速率也可以(yi)用(yong)其(qi)他(ta)的(de)量綱單位。
根據深度法(fa)表征的腐(fu)蝕(shi)速率大(da)小不同(tong),可以將材(cai)料的耐蝕(shi)性(xing)分(fen)(fen)為不同(tong)的等級(ji),表1-2給出了(le) 10 級(ji)標準分(fen)(fen)類法(fa)。該分(fen)(fen)類方法(fa)對有些工(gong)程應(ying)(ying)用(yong)背景而言顯得過細,因此還有低于10 級(ji)的其他分(fen)(fen)類法(fa)。但不管按幾級(ji)分(fen)(fen)類,其僅具有相對性(xing)和參(can)考(kao)(kao)性(xing),科學(xue)地評定腐(fu)蝕(shi)等級(ji)還必須考(kao)(kao)慮具體的應(ying)(ying)用(yong)背景。
3. 電流密度表征法
金屬的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐蝕(shi)(shi)是(shi)由陽極(ji)溶(rong)解(jie)(jie)導致的(de)(de)(de),因而電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)速率可以用陽極(ji)反(fan)應的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流密度來(lai)表征。法(fa)拉第定律指出,當電(dian)(dian)(dian)流通(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)質(zhi)溶(rong)液時,電(dian)(dian)(dian)極(ji)上發(fa)生電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)物質(zhi)的(de)(de)(de)量與通(tong)(tong)過(guo)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量成(cheng)正比,與電(dian)(dian)(dian)極(ji)反(fan)應中轉移的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷數成(cheng)反(fan)比。設通(tong)(tong)過(guo)陽極(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流為I,通(tong)(tong)電(dian)(dian)(dian)時間(jian)為t,則時間(jian)內(nei)通(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量為 It,相(xiang)應溶(rong)解(jie)(jie)掉(diao)的(de)(de)(de)金屬的(de)(de)(de)質(zhi)量 Am 為
前(qian)面所介(jie)紹(shao)的(de)腐蝕速率表征方(fang)法均(jun)(jun)適用于均(jun)(jun)勻腐蝕情況。而對于非均(jun)(jun)勻腐蝕,即使是(shi)全面腐蝕,上述方(fang)法也不適用,這時需(xu)要借(jie)助(zhu)其他方(fang)法來評定腐蝕程度。
二、局部腐蝕程度的評定方法
包括(kuo)應力(li)(li)作用(yong)(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)在(zai)內的(de)(de)(de)廣義局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)特(te)點(dian)是材料(liao)的(de)(de)(de)質量(liang)損失(shi)很小,但(dan)是,材料(liao)的(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能(neng)會(hui)(hui)很嚴重。例(li)如,點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能(neng)造成容(rong)器(qi)穿孔,應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)(hui)導致構件斷(duan)(duan)(duan)裂(lie),晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)選擇性(xing)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)雖然通常不會(hui)(hui)引(yin)起材料(liao)質量(liang)和(he)尺寸(cun)的(de)(de)(de)明顯變(bian)化,但(dan)卻會(hui)(hui)使材料(liao)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)顯著(zhu)下(xia)降。因(yin)此,評(ping)(ping)(ping)(ping)價局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程度(du)(du)不能(neng)簡單地(di)采(cai)用(yong)(yong)(yong)前(qian)面介紹的(de)(de)(de)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa),這時(shi)需要根(gen)據(ju)具(ju)體腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)類型,以(yi)及對材料(liao)或結構安全可(ke)靠性(xing)的(de)(de)(de)影響等(deng)來選擇適(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)(ping)定(ding)方(fang)(fang)法(fa)。例(li)如,對于(yu)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)(ping)定(ding),可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)密度(du)(du)、平均(jun)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)、最大點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)等(deng)指標進行綜合評(ping)(ping)(ping)(ping)價。斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)壽命或斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)時(shi)間法(fa)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)應力(li)(li)作用(yong)(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),電(dian)阻(zu)率的(de)(de)(de)改變(bian)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)多數局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。測定(ding)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前(qian)后(hou)試件力(li)(li)學強(qiang)度(du)(du)或斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)延伸率的(de)(de)(de)變(bian)化,不僅適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)評(ping)(ping)(ping)(ping)定(ding)全面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(均(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)或不均(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)),更有利于(yu)評(ping)(ping)(ping)(ping)定(ding)各類局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。針(zhen)對不同(tong)類型的(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)還(huan)有特(te)定(ding)的(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)(ping)定(ding)方(fang)(fang)法(fa)。
