材料(liao)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)傾向由其熱力學穩定(ding)性決定(ding),熱力學上不(bu)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)具有腐(fu)(fu)蝕(shi)自發性。然(ran)而,造成的(de)(de)(de)(de)破壞(huai)狀況和(he)程度(du)大(da)小則取決于腐(fu)(fu)蝕(shi)動力學。定(ding)量評(ping)定(ding)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)性和(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)程度(du)的(de)(de)(de)(de)大(da)小需要科學的(de)(de)(de)(de)方(fang)法。腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)類型不(bu)同(tong),所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)評(ping)定(ding)方(fang)法也不(bu)同(tong)。
一(yi)、均勻腐蝕程度的評(ping)定(ding)方(fang)法
對于全面腐蝕(shi)情況下的均勻腐蝕(shi),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
質量(liang)法具有靈敏、有效(xiao)、用(yong)途廣泛(fan)的(de)(de)特點,是最(zui)基本的(de)(de)定量(liang)評定方法之一(yi)。通過腐蝕(shi)前(qian)后的(de)(de)質量(liang)變(bian)化(hua)(增(zeng)(zeng)加(jia)或減少(shao))來表(biao)示腐蝕(shi)的(de)(de)平(ping)均速率。若腐蝕(shi)產(chan)物全(quan)部(bu)牢固地附(fu)著(zhu)于(yu)(yu)試樣(yang),或雖然有脫(tuo)落(luo)但易(yi)于(yu)(yu)全(quan)部(bu)收(shou)集,則(ze)常用(yong)增(zeng)(zeng)重(zhong)法來表(biao)示。反之,如(ru)果(guo)腐蝕(shi)產(chan)物完全(quan)脫(tuo)落(luo)或易(yi)于(yu)(yu)全(quan)部(bu)清除,則(ze)往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)失重(zhong)法。平(ping)均腐蝕(shi)速率(單位時間單位面積(ji)的(de)(de)質量(liang)變(bian)化(hua))的(de)(de)計算公式為(wei):
式中,為(wei)腐(fu)蝕速率,g/(m2?h); Aw 為(wei)試(shi)樣(yang)(yang)腐(fu)蝕前后質量(liang)的變化量(liang), g;S 為(wei)試(shi)樣(yang)(yang)的表(biao)面(mian)積,m2;t為(wei)試(shi)樣(yang)(yang)腐(fu)蝕的時間,h。
需要注(zhu)意的(de)(de)是(shi),按(an)(an)式(1-1)計算(suan)腐(fu)(fu)蝕速(su)率是(shi)假定整個試(shi)(shi)驗周期內(nei)腐(fu)(fu)蝕始終以(yi)恒(heng)定的(de)(de)速(su)度進行,而實(shi)際中常(chang)常(chang)并非(fei)如此。當采(cai)用失重(zhong)法(fa)(fa)時(shi),應按(an)(an)有關標準規(gui)定的(de)(de)方法(fa)(fa)去除試(shi)(shi)樣(yang)(yang)表面(mian)的(de)(de)殘(can)余(yu)腐(fu)(fu)蝕產物。公式中的(de)(de)S通常(chang)是(shi)利(li)用試(shi)(shi)樣(yang)(yang)腐(fu)(fu)蝕前的(de)(de)表面(mian)積。當試(shi)(shi)驗周期內(nei)腐(fu)(fu)蝕導致試(shi)(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)表面(mian)積變(bian)化比較明顯時(shi),將(jiang)會(hui)影響數(shu)據的(de)(de)真(zhen)實(shi)性。
2. 深度法
從(cong)工程(cheng)(cheng)應用(yong)角度(du)(du)上看(kan),影響設備壽命和安全(quan)的(de)(de)重要指標(biao)(biao)(biao)是(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)后(hou)(hou)構(gou)件的(de)(de)有效截面尺寸。因(yin)此,用(yong)深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)示腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)程(cheng)(cheng)度(du)(du)更有實(shi)際意義,特別是(shi)衡量不(bu)同(tong)密度(du)(du)的(de)(de)材料的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)程(cheng)(cheng)度(du)(du),目前該方法(fa)(fa)已被納入有關(guan)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)(如我國(guo)(guo)國(guo)(guo)標(biao)(biao)(biao)GB10124—1988《金屬材料實(shi)驗室均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)全(quan)浸試(shi)驗方法(fa)(fa)》,美(mei)國(guo)(guo)材料試(shi)驗協會(hui)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun) ASTM G1、ASTM G31等(deng))。通過直(zhi)接測量腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)前后(hou)(hou)或(huo)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)過程(cheng)(cheng)中某兩時刻(ke)的(de)(de)試(shi)樣厚度(du)(du),就可(ke)以(yi)得(de)到(dao)深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)征(zheng)(zheng)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)(失厚或(huo)增厚)。可(ke)選擇具(ju)有足夠精度(du)(du)的(de)(de)工具(ju)和儀器直(zhi)接測量厚度(du)(du)變(bian)化,也可(ke)以(yi)采用(yong)無(wu)損測厚的(de)(de)方法(fa)(fa),如渦流法(fa)(fa)、超聲(sheng)法(fa)(fa)、射線照相(xiang)法(fa)(fa)和電阻法(fa)(fa)等(deng),破壞法(fa)(fa)中以(yi)金相(xiang)剖面法(fa)(fa)最為實(shi)用(yong)。深度(du)(du)法(fa)(fa)表(biao)(biao)征(zheng)(zheng)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)可(ke)以(yi)由質量法(fa)(fa)計算(suan)出的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)換算(suan)得(de)到(dao),換算(suan)公式為:
式中,分別為(wei)深(shen)度法(fa)和質量法(fa)表示的腐蝕速率,單(dan)位分別為(wei)mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐蝕(shi)(shi)減薄情(qing)況,p為(wei)腐蝕(shi)(shi)材料(liao)的(de)(de)密(mi)度(du)(du);對于(yu)增厚(hou)情(qing)況,p為(wei)腐蝕(shi)(shi)產(chan)物的(de)(de)密(mi)度(du)(du)。但實(shi)際中腐蝕(shi)(shi)產(chan)物密(mi)度(du)(du)的(de)(de)準確(que)(que)值難以確(que)(que)定,因而式(1-2)一般僅適用(yong)于(yu)減薄情(qing)況,p的(de)(de)單(dan)位為(wei)g/cm2。深(shen)度(du)(du)法和質量(liang)法表征(zheng)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)也可以用(yong)其(qi)他的(de)(de)量(liang)綱單(dan)位。
根據深(shen)度法表征的腐(fu)蝕(shi)速率大小不(bu)同,可(ke)以將材料的耐蝕(shi)性分(fen)為不(bu)同的等(deng)級(ji),表1-2給出了 10 級(ji)標準(zhun)分(fen)類法。該分(fen)類方(fang)法對有(you)些工程(cheng)應用背景而言顯得過細,因此還(huan)(huan)有(you)低于10 級(ji)的其他(ta)分(fen)類法。但不(bu)管按幾(ji)級(ji)分(fen)類,其僅具(ju)有(you)相對性和參考性,科學(xue)地(di)評定腐(fu)蝕(shi)等(deng)級(ji)還(huan)(huan)必須考慮(lv)具(ju)體的應用背景。
3. 電(dian)流密度表征法(fa)
金屬(shu)的(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)腐蝕(shi)是由陽極(ji)(ji)溶解(jie)導致的(de),因而電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)腐蝕(shi)的(de)速(su)率可以用陽極(ji)(ji)反應(ying)(ying)的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)密度來表征。法拉第定律指出(chu),當電(dian)(dian)(dian)流(liu)通(tong)(tong)過(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)解(jie)質溶液時(shi),電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)上發生電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)變(bian)化(hua)的(de)物質的(de)量(liang)(liang)與通(tong)(tong)過(guo)(guo)的(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)成正比,與電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)反應(ying)(ying)中轉移的(de)電(dian)(dian)(dian)荷數成反比。設通(tong)(tong)過(guo)(guo)陽極(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)為(wei)I,通(tong)(tong)電(dian)(dian)(dian)時(shi)間為(wei)t,則時(shi)間內通(tong)(tong)過(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)為(wei) It,相(xiang)應(ying)(ying)溶解(jie)掉的(de)金屬(shu)的(de)質量(liang)(liang) Am 為(wei)
前面所介紹的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率表征方法均適(shi)用于均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)情(qing)況。而對于非(fei)均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),即使是全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),上(shang)述方法也不適(shi)用,這時需要借(jie)助其他方法來評定腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度。
二、局部腐蝕程(cheng)度的評定方法
包括應(ying)力作用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)在(zai)內的(de)(de)(de)(de)廣義(yi)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)特點(dian)(dian)是材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量損失很小,但(dan)是,材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能會(hui)很嚴重(zhong)。例(li)如,點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)能造成容器穿孔,應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)導致構(gou)件斷(duan)裂,晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和選(xuan)擇性腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)雖然通常(chang)不(bu)會(hui)引起材(cai)(cai)料質(zhi)(zhi)量和尺寸的(de)(de)(de)(de)明(ming)顯(xian)變化,但(dan)卻會(hui)使材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)顯(xian)著下(xia)降。因此,評(ping)(ping)(ping)價(jia)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)程度(du)(du)不(bu)能簡單地采用(yong)(yong)前面(mian)介紹的(de)(de)(de)(de)適用(yong)(yong)于均(jun)(jun)勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)方法(fa),這時需(xu)要根據具體腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類型(xing),以(yi)及對材(cai)(cai)料或(huo)結構(gou)安全可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)(de)影響等來選(xuan)擇適用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)定方法(fa)。例(li)如,對于點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)定,可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)密(mi)度(du)(du)、平均(jun)(jun)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)、最大點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)等指標進行綜合評(ping)(ping)(ping)價(jia)。斷(duan)裂壽命或(huo)斷(duan)裂時間法(fa)適用(yong)(yong)于應(ying)力作用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),電阻率的(de)(de)(de)(de)改變適用(yong)(yong)于多數局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。測定腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)前后試件力學強(qiang)度(du)(du)或(huo)斷(duan)裂延伸率的(de)(de)(de)(de)變化,不(bu)僅適用(yong)(yong)于評(ping)(ping)(ping)定全面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(均(jun)(jun)勻的(de)(de)(de)(de)或(huo)不(bu)均(jun)(jun)勻的(de)(de)(de)(de)),更有利于評(ping)(ping)(ping)定各類局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。針對不(bu)同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)還有特定的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)(ping)定方法(fa)。
