金屬(shu)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(fu)蝕、孔蝕、應(ying)力腐(fu)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(yi)、金屬(shu)的實驗室重量法(fa)腐蝕試驗
它(ta)是(shi)根據腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前后試樣(yang)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)變化來測定(ding)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率,并以(yi)此判斷材料的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能。試驗時(shi),如果(guo)金(jin)屬(shu)(shu)溶(rong)(rong)解(jie)于介質中,試樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)減(jian)小,可以(yi)用(yong)失(shi)(shi)量(liang)(liang)法(fa)測量(liang)(liang);如果(guo)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物的(de)(de)(de)(de)(de)組分(fen)已知,并且牢(lao)固(gu)地附著在金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面上(shang),或者腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物完(wan)(wan)全能收集起來,可以(yi)用(yong)增(zeng)(zeng)(zeng)重(zhong)(zhong)法(fa)測量(liang)(liang);如果(guo)當金(jin)屬(shu)(shu)溶(rong)(rong)解(jie)時(shi),一(yi)部(bu)分(fen)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物脫(tuo)落,一(yi)部(bu)分(fen)溶(rong)(rong)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)又沉積在金(jin)屬(shu)(shu)試樣(yang)表(biao)面上(shang),那末,試樣(yang)可能是(shi)增(zeng)(zeng)(zeng)重(zhong)(zhong),也可能是(shi)失(shi)(shi)重(zhong)(zhong)。然而(er)試樣(yang)既有(you)明顯腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)與(yu)失(shi)(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)相等,試樣(yang)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)完(wan)(wan)全不變的(de)(de)(de)(de)(de)情況,在實際中卻是(shi)極罕見的(de)(de)(de)(de)(de)。失(shi)(shi)重(zhong)(zhong)法(fa)是(shi)常見金(jin)屬(shu)(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)法(fa)中最(zui)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa),但它(ta)只(zhi)適應(ying)全面(均勻)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),對(dui)于有(you)高度選(xuan)擇性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)毫無(wu)意義。
在實驗(yan)(yan)室進行腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)(yan)時,應盡量(liang)(liang)模擬(ni)有關的(de)(de)現場(chang)(chang)條(tiao)件,如果條(tiao)件允許的(de)(de)話,應采用現場(chang)(chang)腐(fu)蝕介(jie)質(zhi)做(zuo)試(shi)驗(yan)(yan),當然也可(ke)采用模擬(ni)生產的(de)(de)介(jie)質(zhi),加速(su)腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)(yan)介(jie)質(zhi)以(yi)及實驗(yan)(yan)室的(de)(de)介(jie)質(zhi)等。不銹鋼(gang)5%硫酸(suan)腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)(yan)方法(GB4334.6--84),主要(yao)適用測定含(han)鉬奧氏體不銹鋼(gang)在沸騰5%硫酸(suan)溶液中的(de)(de)腐(fu)蝕失重量(liang)(liang),以(yi)試(shi)驗(yan)(yan)不銹鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)均勻腐(fu)蝕性能。
二、晶(jing)間腐蝕試驗方法
晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)方法很(hen)多,這(zhe)些試(shi)驗(yan)方法的(de)(de)(de)原理和適用(yong)范圍各(ge)不(bu)(bu)相同(tong),不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)方法適用(yong)于(yu)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼、合金及不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)環境(jing)介(jie)質,因(yin)此,正確地(di)、合理地(di)選擇晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)方法極為(wei)重要。
晶(jing)(jing)間腐蝕試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)大(da)致(zhi)可以(yi)分為化學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)、電(dian)化學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)及(ji)物(wu)(wu)理試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)三大(da)類。化學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)很(hen)多(見(jian)表2-1),比(bi)較(jiao)成(cheng)熟,應(ying)用(yong)廣泛(fan),其中(zhong)一(yi)部分已列入國(guo)(guo)標(biao),常見(jian)的(de)(de)(de)硫(liu)酸-硫(liu)酸銅試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)和沸(fei)騰(teng)硝酸試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)以(yi)后重點(dian)將介紹(shao)。電(dian)化學(xue)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)是(shi)正在發展中(zhong)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa),尚未標(biao)準(zhun)化,它的(de)(de)(de)最(zui)大(da)優點(dian)是(shi)快速(su),不(bu)破壞(huai)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣,世界(jie)上許多國(guo)(guo)家對(dui)這一(yi)方(fang)(fang)法(fa)(fa)進行了廣泛(fan)的(de)(de)(de)研究,有希望發展成(cheng)為一(yi)類快速(su)、非破壞(huai)性的(de)(de)(de)現(xian)(xian)場試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)。物(wu)(wu)理檢驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)中(zhong)是(shi)以(yi)金相法(fa)(fa)和彎曲法(fa)(fa)應(ying)用(yong)最(zui)廣,特別是(shi)金相檢驗(yan)(yan)(yan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)應(ying)用(yong)較(jiao)為廣泛(fan)。利用(yong)金相或現(xian)(xian)代設備如(ru)電(dian)子顯(xian)微鏡(jing)和電(dian)子顯(xian)微探針(zhen)等獲得晶(jing)(jing)粒邊界(jie)附(fu)近的(de)(de)(de)組織結構和化學(xue)成(cheng)分的(de)(de)(de)變化,判斷晶(jing)(jing)間腐蝕傾(qing)向。
三(san)、孔蝕試驗方法
孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)試(shi)(shi)驗方(fang)(fang)法(fa)(fa),概括(kuo)起來可以分為(wei)兩大(da)類(lei)(lei):一類(lei)(lei)是(shi)化(hua)學(xue)浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa),另一類(lei)(lei)是(shi)電(dian)化(hua)學(xue)測(ce)(ce)量(liang)法(fa)(fa)。化(hua)學(xue)浸(jin)泡(pao)(pao)法(fa)(fa)見表(biao)2-2,這些方(fang)(fang)法(fa)(fa)一直為(wei)人們(men)廣泛采用,技術上也較成熟,目(mu)前國內(nei)(nei)及許(xu)多(duo)(duo)國家都有(you)這方(fang)(fang)面的(de)(de)標(biao)(biao)準,國內(nei)(nei)也有(you)這方(fang)(fang)面的(de)(de)標(biao)(biao)準,另外還(huan)有(you)一些試(shi)(shi)驗方(fang)(fang)法(fa)(fa)已經開展(zhan)了許(xu)多(duo)(duo)工作,并(bing)得到了認可。化(hua)學(xue)浸(jin)泡(pao)(pao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)是(shi)將試(shi)(shi)樣浸(jin)泡(pao)(pao)在(zai)(zai)某些加速的(de)(de)或(huo)天然(ran)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境里(li),通(tong)過(guo)測(ce)(ce)量(liang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔的(de)(de)重量(liang)損失、數(shu)目(mu)、深度和大(da)小,測(ce)(ce)定(ding)金屬或(huo)合(he)金的(de)(de)耐孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能,或(huo)者通(tong)過(guo)測(ce)(ce)量(liang)臨界(jie)孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)溫度,蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔成核所需的(de)(de)最低離子濃度,確定(ding)金屬和合(he)金的(de)(de)孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)。采用這類(lei)(lei)方(fang)(fang)法(fa)(fa)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)最大(da)優點是(shi)陰陽(yang)極(ji)過(guo)程均在(zai)(zai)發(fa)生孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)試(shi)(shi)樣上進行,具有(you)較大(da)的(de)(de)陰極(ji)面積(ji),蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔不在(zai)(zai)表(biao)面上發(fa)展(zhan),而是(shi)向試(shi)(shi)樣內(nei)(nei)部發(fa)展(zhan),這與(yu)生產實(shi)際情況相符(fu)。但(dan)是(shi),在(zai)(zai)天然(ran)條件下(xia)進行測(ce)(ce)量(liang)時(shi)不方(fang)(fang)便、費時(shi)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(lie)試驗
根據加載方法(fa)的不同,可以分為(wei)(wei)恒應(ying)(ying)變(bian)法(fa)、恒載荷(he)法(fa)和恒應(ying)(ying)變(bian)速率(lv)法(fa)。恒應(ying)(ying)變(bian)法(fa)是(shi)(shi)通過某些(xie)機(ji)(ji)械手段,如手工 撬杠尋壓機(ji)(ji)等把一(yi)定(ding)尺(chi)寸的試(shi)(shi)(shi)樣(yang)彎至預定(ding)形態如U型(xing)、C型(xing)、彎梁型(xing)等,然后固定(ding);恒載荷(he)法(fa)是(shi)(shi)將(jiang)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)一(yi)端固定(ding),另一(yi)端加上某一(yi)恒定(ding)的靜(jing)載荷(he),使試(shi)(shi)(shi)樣(yang)產(chan)生恒定(ding)應(ying)(ying)力(li);恒應(ying)(ying)變(bian)速率(lv)法(fa)就(jiu)是(shi)(shi)根據不同材(cai)料(liao)/介質體系,在特定(ding)的應(ying)(ying)變(bian)速率(lv)數(shu)值,在一(yi)種(zhong)專門的設備-恒應(ying)(ying)變(bian)速率(lv)試(shi)(shi)(shi)驗機(ji)(ji)上,緩慢而(er)勻速地拉伸(shen)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)。在實際生產(chan)中(zhong),由于冷熱加工常常會產(chan)生殘余應(ying)(ying)力(li),焊(han)(han)接殘余應(ying)(ying)力(li)是(shi)(shi)最常見(jian)的一(yi)種(zhong),因(yin)此,焊(han)(han)接件(jian)也可用來作為(wei)(wei)應(ying)(ying)力(li)腐蝕破裂試(shi)(shi)(shi)驗用試(shi)(shi)(shi)樣(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。