金(jin)屬腐蝕(shi)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(feng)隙腐蝕、孔蝕、應力腐蝕開裂(lie),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(jin)屬(shu)的(de)實驗(yan)室重量法腐蝕試驗(yan)
它是(shi)根據(ju)腐蝕(shi)(shi)前(qian)后試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)變化來測定金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)率(lv),并以(yi)此判斷材料的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性能(neng)。試(shi)(shi)(shi)驗時(shi),如(ru)果(guo)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)溶(rong)解(jie)于介質(zhi)中,試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)減小,可以(yi)用(yong)失量(liang)法測量(liang);如(ru)果(guo)腐蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)物(wu)的(de)(de)(de)(de)組分已知(zhi),并且牢固地附著在金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上(shang),或(huo)者腐蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)物(wu)完(wan)全能(neng)收集起來,可以(yi)用(yong)增重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)法測量(liang);如(ru)果(guo)當金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)溶(rong)解(jie)時(shi),一部(bu)分腐蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)物(wu)脫落,一部(bu)分溶(rong)解(jie)的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)又沉積在金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)表(biao)面(mian)上(shang),那末,試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)可能(neng)是(shi)增重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),也可能(neng)是(shi)失重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。然而試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)既有明顯(xian)腐蝕(shi)(shi),而增重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)與(yu)失重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)相等(deng),試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)完(wan)全不(bu)變的(de)(de)(de)(de)情(qing)況,在實(shi)際中卻是(shi)極罕見(jian)的(de)(de)(de)(de)。失重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)法是(shi)常(chang)見(jian)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)腐蝕(shi)(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)法中最(zui)常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)方法,但(dan)它只適應全面(mian)(均勻)腐蝕(shi)(shi),對于有高度選(xuan)擇性的(de)(de)(de)(de)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)(shi)毫無意義。
在(zai)實驗(yan)(yan)室進行腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)(yan)時,應盡量模擬有(you)關的(de)現場(chang)(chang)條件,如果條件允許的(de)話,應采用現場(chang)(chang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)介(jie)質(zhi)做試驗(yan)(yan),當(dang)然(ran)也可(ke)采用模擬生產的(de)介(jie)質(zhi),加速腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)(yan)介(jie)質(zhi)以(yi)及實驗(yan)(yan)室的(de)介(jie)質(zhi)等。不(bu)銹(xiu)鋼5%硫(liu)酸腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)(yan)方(fang)法(GB4334.6--84),主要(yao)適用測定含鉬奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)沸騰(teng)5%硫(liu)酸溶(rong)液(ye)中的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失重(zhong)量,以(yi)試驗(yan)(yan)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)耐均勻腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能。
二、晶間腐蝕試驗方(fang)法
晶間腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)方法(fa)很多,這些(xie)試(shi)驗(yan)方法(fa)的原理(li)和適用范圍各(ge)不(bu)相同,不(bu)同的試(shi)驗(yan)方法(fa)適用于不(bu)同的不(bu)銹鋼、合金及不(bu)同的環境介質(zhi),因(yin)此,正確地、合理(li)地選擇晶間腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)方法(fa)極為重要。
晶(jing)間腐蝕試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)大(da)致(zhi)可以分(fen)為化學試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)、電化學試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)及物(wu)(wu)理(li)試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)三大(da)類(lei)。化學試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)很多(見(jian)表(biao)2-1),比較成(cheng)(cheng)(cheng)熟,應(ying)用(yong)(yong)廣(guang)泛,其中(zhong)一部分(fen)已(yi)列入國標,常(chang)見(jian)的(de)硫酸(suan)-硫酸(suan)銅試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)和(he)沸騰(teng)硝酸(suan)試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)以后重點(dian)將介紹(shao)。電化學試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)是正在(zai)發(fa)展中(zhong)的(de)方法(fa)(fa)(fa),尚未(wei)標準(zhun)化,它的(de)最大(da)優點(dian)是快(kuai)速,不破壞試(shi)樣(yang),世(shi)界上許多國家對這一方法(fa)(fa)(fa)進行了廣(guang)泛的(de)研究,有(you)希望發(fa)展成(cheng)(cheng)(cheng)為一類(lei)快(kuai)速、非破壞性的(de)現(xian)場試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)。物(wu)(wu)理(li)檢驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)中(zhong)是以金(jin)相法(fa)(fa)(fa)和(he)彎曲法(fa)(fa)(fa)應(ying)用(yong)(yong)最廣(guang),特別是金(jin)相檢驗(yan)(yan)方法(fa)(fa)(fa)應(ying)用(yong)(yong)較為廣(guang)泛。利用(yong)(yong)金(jin)相或現(xian)代(dai)設備(bei)如電子顯(xian)(xian)微鏡和(he)電子顯(xian)(xian)微探針等獲得晶(jing)粒邊界附近的(de)組織結構和(he)化學成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)的(de)變化,判斷晶(jing)間腐蝕傾向。
三、孔蝕試驗方法
孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)試驗方法(fa),概括起來可(ke)以分(fen)為兩(liang)大類(lei)(lei):一類(lei)(lei)是(shi)(shi)化(hua)學(xue)浸泡法(fa),另一類(lei)(lei)是(shi)(shi)電化(hua)學(xue)測(ce)量(liang)法(fa)。化(hua)學(xue)浸泡法(fa)見表2-2,這(zhe)些(xie)方法(fa)一直(zhi)為人(ren)們(men)廣泛采(cai)用,技術(shu)上(shang)(shang)也(ye)較成熟,目前國內(nei)及許(xu)多國家都有(you)這(zhe)方面(mian)(mian)(mian)的(de)標準(zhun),國內(nei)也(ye)有(you)這(zhe)方面(mian)(mian)(mian)的(de)標準(zhun),另外(wai)還有(you)一些(xie)試驗方法(fa)已經開展了許(xu)多工(gong)作,并得到了認(ren)可(ke)。化(hua)學(xue)浸泡方法(fa)是(shi)(shi)將試樣(yang)浸泡在(zai)某些(xie)加速的(de)或(huo)天(tian)(tian)然(ran)的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境里,通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)的(de)重量(liang)損失(shi)、數目、深(shen)度(du)和(he)大小,測(ce)定金屬(shu)或(huo)合金的(de)耐(nai)孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能,或(huo)者通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)臨界孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)溫度(du),蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)成核所需(xu)的(de)最低離(li)子(zi)濃度(du),確定金屬(shu)和(he)合金的(de)孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)。采(cai)用這(zhe)類(lei)(lei)方法(fa)測(ce)量(liang)的(de)最大優點(dian)是(shi)(shi)陰陽極過(guo)程均在(zai)發(fa)生孔(kong)(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)試樣(yang)上(shang)(shang)進行(xing),具有(you)較大的(de)陰極面(mian)(mian)(mian)積,蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)不在(zai)表面(mian)(mian)(mian)上(shang)(shang)發(fa)展,而是(shi)(shi)向試樣(yang)內(nei)部(bu)發(fa)展,這(zhe)與生產實際情況(kuang)相(xiang)符(fu)。但(dan)是(shi)(shi),在(zai)天(tian)(tian)然(ran)條件下(xia)進行(xing)測(ce)量(liang)時不方便、費時間。
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、應力腐蝕破裂試驗
根據加(jia)(jia)載(zai)方法(fa)的(de)不(bu)同,可(ke)以分為恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變法(fa)、恒(heng)(heng)(heng)載(zai)荷法(fa)和(he)恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變速率法(fa)。恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變法(fa)是通過(guo)某些機械手(shou)段(duan),如手(shou)工(gong) 撬杠(gang)尋壓機等把一(yi)(yi)定(ding)尺寸(cun)的(de)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)彎至預(yu)定(ding)形態如U型、C型、彎梁(liang)型等,然(ran)后固定(ding);恒(heng)(heng)(heng)載(zai)荷法(fa)是將(jiang)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)一(yi)(yi)端(duan)固定(ding),另一(yi)(yi)端(duan)加(jia)(jia)上某一(yi)(yi)恒(heng)(heng)(heng)定(ding)的(de)靜載(zai)荷,使試(shi)(shi)樣(yang)(yang)產(chan)生(sheng)恒(heng)(heng)(heng)定(ding)應(ying)(ying)力;恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變速率法(fa)就是根據不(bu)同材料(liao)/介質體(ti)系(xi),在(zai)特定(ding)的(de)應(ying)(ying)變速率數值(zhi),在(zai)一(yi)(yi)種專門(men)的(de)設備-恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變速率試(shi)(shi)驗(yan)機上,緩慢而勻速地拉(la)伸試(shi)(shi)樣(yang)(yang)。在(zai)實際生(sheng)產(chan)中,由于冷熱加(jia)(jia)工(gong)常(chang)常(chang)會產(chan)生(sheng)殘余應(ying)(ying)力,焊(han)接殘余應(ying)(ying)力是最(zui)常(chang)見的(de)一(yi)(yi)種,因(yin)此(ci),焊(han)接件也(ye)可(ke)用來作為應(ying)(ying)力腐蝕破裂試(shi)(shi)驗(yan)用試(shi)(shi)樣(yang)(yang)。
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。