腐蚀试验方法

腐蚀试验方法第一节腐蚀试验的目的及分类第二节腐蚀试验条件第三节金属腐蚀试验方法第四节非金属材料腐蚀试验方法第五节工业腐蚀监测方法简介第一节腐蚀试验的目的及分类一、腐蚀试验的目的（1）管理生产工艺，控制产品质量的检验性试验。这些试验通常是检验材料质量的例行实验。（2）选择适合于在特定腐蚀介质中使用的材料。（3）针对指定的金属/介质体系选择合适的缓蚀剂及其最佳使用量。（4）对已确定的材料/介质体系，估计材料的使用寿命。（5）确定由于腐蚀对产品造成污染的可能性或污染程度。（6）在发生事故时，追查原因和寻找解决问题的方法。（7）选择有效的防腐措施，并估计其效果如何。（8）研制和发展新型耐蚀材料。（9）对工厂设备的腐蚀状态进行间断的或连续的监视性检测，进而控制腐蚀的发生和发展。（10）进行腐蚀机理与腐蚀规律的研究。二、腐蚀试验方法的分类根据试验目的和要求，有许多不同类型的试验方法。通常可将腐蚀试验分为三大类，即实验室试验、现场试验和实物试验。1实验室试验实验室试验是指在实验室内有目的地将专门制备的小型试样在人工配制的、受控制的环境介质条件下进行的腐蚀试验。优点：可充分利用实验室测验仪器、控制设备的严格精确性及试验条件和试验时间的灵活性；可自由选择试样的大小及形状；可严格地控制有关的影响因素，试验时间较短、试验结果的重现性较好等。（1）模拟试验一种不加速的长期试验，在实验室的小型模拟装置中，尽可能地精确地模拟自然界或工业生产中所遇到的介质及条件，虽然介质和环境条件的严格重现是困难的，但主要影响因素要充分考虑。这种试验周期长，费用大，但实验数据较可靠，重现性也高。（2）加速腐蚀试验是一种强化的腐蚀试验方法。把对材料腐蚀有影响的因素如介质浓度、化学成分、温度、流速等加以改变，使之强化腐蚀作用，从而加速整个试验过程的进行。优点：可在较短时间内确定材料发生某种腐蚀的倾向，或若干种材料在指定条件下的相对耐蚀顺序。缺点：只能强化一个或少数几个控制因素。除特殊腐蚀试验外，一般不应引入实际条件下并不存在的因素，也不能因引入了加速因素而改变实际条件下原来的腐蚀行为和特征。2现场试验指把专门制备的试样置于现场的实际环境中进行的腐蚀试验。优点：环境条件的真实性，它的试验结果比较可靠，试验本身也较简单。缺点：现场试验中的环境因素无法控制，结果的重现性较差，试验周期较长，且试验用的试样与实物状态之间存在较大的差异。3实物试验指将试验材料制成实物部件、设备或小型试验性装置，在现场的实际应用下进行的腐蚀试验。优点：解决了实验室试验及现场试验中难以全面模拟的问题，而且包括了结构件在加工过程中所受的影响。能够较全面正确地反映材料在使用条件下的耐蚀性。缺点：费用较大，试验周期长，且不能对几种材料同时进行对比试验。因此，实物试验应在实验室试验和现场试验的基础上进行。第二节腐蚀试验条件一、试样的准备1试样材料对所用试样的各种原始资料应尽可能地详细了解，其中包括材料的牌号、化学成分等，对于金属还应包括试样的冶金和加工工艺特征、热处理及金相组织等。这些资料的了解，对于腐蚀结果的分析有重要的参考作用。2试样的形状与尺寸取决于试验的目的、试验的方法、材料的性质、试验的时间和试验的装置等。试样的外形要求简单，以便于精确测量表面积、清除腐蚀产物和进行加工。为了消除边界效应的影响，试样表面积对边缘面积之比要尽量大些，试样表面积对试样重量之比也要尽量大些。通常实验室所用的试样尺寸为矩形50mm×25mm×（2-3）mm圆盘形Φ（30-40）mm×（2-3）mm圆柱形Φ10mm×20mm3试样的表面处理试样表面的光洁度、均一性和洁净程度是影响腐蚀实验结果的重现性和可比性的重要因素，因此在试验前应经过严格的表面处理。通常从原材料上切取、经适当的机械加工和必要的研磨抛光制成试样，再经统一的清洗使之具有接近的表面状态。4平行试样的数量为提高试验结果的准确性，每次试验时须用一定数量的平行试样。平行试样越多，结果的准确性就越高。通常一般试验的平行试样为3-12个，常用5个。加载应力试验，试样为5-20个，常用10个。在同一试验容器中只可进行一个或几个同一材质的平行试样的腐蚀试验。二、腐蚀的暴露条件1腐蚀介质（1）直接取自生产现场；（2）按现场介质成分人工配制，应当用蒸馏水和化学纯试剂精确地配制试验溶液，以严格控制试液的成分。在试验过程中，还必须防止由于溶液蒸发及其它原因引起介质浓度、成分和体积的变化，以免影响介质的腐蚀性能和结果的可靠性。2试验温度腐蚀试验温度应尽量模拟实际腐蚀介质的温度。实验室控温方法：水浴、油浴或空气恒温箱中进行。控制的温度应是整个试样的表面温度，但为简便起见，往往以试液温度为控制对象。3试验时间材料的腐蚀速度很少是恒定不变的，经常随时间而不断变化，因此试验的时间一般取决于材料的腐蚀速度。在实验室里一个周期的试验时间通常为24-168h，也就是1-7天。如果腐蚀速度是中等或略低的，则可由下式粗略地估计试验时间，这个式子只能确定有初测结果的试验时间。4试样暴露的条件在实验室试验中，根据试验目的的不同，试样可全部(全浸)、部分(半投)或间断地暴露于腐蚀介质中，以模拟实际应用中可能遇到的各种情况。5试样安放与涂封（1）防止电偶效应试样的安放应保证试样与试样之间、试样与容器之间、试样与支架之间电绝缘；（2）防止缝隙腐蚀试样与试样之间、试样与容器之间、试样与支架之间不产生缝隙；试样表面与介质充分接触。同时，要求试样装取方便、牢固可靠；支架本身耐蚀等。（3）防止水线腐蚀（氧浓差腐蚀）保证试样有恒定的暴露面积，用绝缘材料将试样部分表面涂封遮蔽。在进行电化学测试时，必须在试样上引出导线，导线和试样的结点必须涂封，以防电偶腐蚀的干扰。涂封要求绝缘好、牢固、简便。常用的绝缘材料有环氧树脂、清漆、聚四氟乙烯和石蜡、松香等。第三节金属腐蚀试验方法一、表面观察法表面观察法分为宏观检查和显微观察两种。（1）宏观检查对金属材料在腐蚀前后及去除腐蚀产物前后的形态做肉眼观察。①注意腐蚀产物的形态、分布以及它们的颜色、厚度、致密度和附着性；②注意腐蚀介质中的变化，包括溶液的颜色，腐蚀产物在溶液中的形态、颜色、类型和数量等。（2）显微观测对受腐蚀的试样进行金相检查或断口分析，或者用扫描电镜、透射电镜、电子探针、俄歇能谱仪等作微观组织结构和相成分的分析，据此可研究微细的腐蚀特征和腐蚀过程动力学。二、重量法（一）基本原理金属由于于腐蚀，其重量要发生变化，重量法就是利用金属试样腐蚀前后重量的变化来表征腐蚀速度的。以单位时间内、单位面积上的质量变化来表示的腐蚀速度即为质量指标，常用g/（m2·h）表示。①失重法：当腐蚀产物能很好地去除而不损伤主体金属时用这个方法较为恰当。v-=m0-m1/St式中v-——金属失重腐蚀速度，g/(m2·h)；m0——腐蚀前金属的质量，g；m1——腐蚀后金属的质量，g；S——暴露在腐蚀介质中的表面积，m2；t——试样的腐蚀时间，h。直观②增重法：当腐蚀产物全部覆盖在金属上且不易除去时用这个方法较为恰当。v+=m2-m0/St式中v+——金属增重腐蚀速度，g/(m2·h)；m2——腐蚀后带有腐蚀产物的试样质量，g；（二）腐蚀产物的清除清除腐蚀产物要求能最大限度地除去试样表面的腐蚀产物而又尽可能避免损伤试样的基体，如果操作不当，将会产生错误的结果。（1）机械法用毛刷或软橡皮、滤纸等擦洗，在腐蚀产物疏松的情况下应用。（2）化学法选择适宜的去膜剂及去膜条件，要力求腐蚀产物溶解快，空白失重小，操作简便。在浸洗后用橡皮、刷子擦除腐蚀产物。P148Tab.9-1（3）电化学法电化学法是将试样作为阴极，接在直流.电源的负极，选择一适当的辅助阳极（常用石墨），在适当的去膜液中通电。介质中的氢离子在阴极还原析出氢气，产生机械作用使腐蚀产物剥落，残留的疏松产物用机械方法即可除净。优点：去除腐蚀产物效果好，空白失重小，适用范围广。注意：试样要带电入槽，带电取出。某一去膜液中只能连续处理同一种材质的试样。试样的挂钩或夹具必须与试件的材质相近。（三）结果的评定根据重量法测量的腐蚀速度可以对金属耐全面腐蚀的性能作出评级。均匀腐蚀的十级标准和三级标准。重量法的不足：测量的只是某一时间内金属的平均腐蚀速度，掩盖了因环境介质的变化、操作程序的改变，金属表面状态的变化及其他因素的影响所导致的腐蚀速度的各种变化。试验周期若较长，腐蚀产物的清除以及称量的误差等都会影响试验结果的精确性。优点：这种方法简单，可靠，作为一种最基本的定量评级方法，它仍是许多电化学的、物理的和化学的现代评定方法鉴定比较的基础。三、电化学试验方法研究探讨电极过程的动力学、腐蚀机理和防腐措施，还可快速连续测定腐蚀速度。目前常用的电化学试验方法有极化曲线法和线性极化法。1极化曲线的测量原理（1）恒电流法以电流为自变量，测量电极电位与电流的函数关系，即E=f(I)。得到恒电流极化曲线。（2）恒电位法是以电位为自变量，测量电流与电极电位的函数关系。即I=f(E)。得到恒电位极化曲线。在进行恒电流或恒电位测试中均可采用稳态测量法、准稳态测量法和连续扫描法。稳态法是指在给定自变量的作用下，相应的响应信号完全达到稳定不变的状态。在测量技术上要求其参数完全不变是不可能的，因此考虑到仪器精度和实验要求，可规定响应信号在一定的时间内变化不超过一定的范围即可视为稳定。稳态极化曲线均是逐点测量获得的，这种逐点测量法也称为步进法。2测量仪器及装置测量极化曲线一般采用三电极系统，所谓三电极即研究电极、辅助电极和参比电极。（1）研究电极（工作电极）由试样制成，一般要求经一定的表面处理，并有确定的暴露面积。因此，在测试前需封装试样。（2）辅助电极与研究电极构成电流通路，因此辅助电极通常由惰性材料制成，以免与电解质发生反应。常采用铂或石墨作辅助电极。（3）参比电极与研究电极组成测量电池，作为电极电位量的参考比较标准。除上述三电极外，还需极化电源和若干测量仪器才构成一个完整的测试回路。电子恒电位仪具有结构简单、体积小、输出电流大、输入阻抗高，响应速摩快和控制精度高等优点，它具有自动控制恒电位的能力，并可配上微机实现全自动测量。恒电位仪既可进行恒电位测量，也可进行恒电流测量，使用十分方便。3极化曲线的应用（1）测定金属的腐蚀速度（电流密度法）v-=Aia/nF×104式中v-——金属的腐蚀速度，g/(m2·h)；ia——阳极电流密度，A/cm2；A——金属的克原子量，g（在数值上等于原子量）；n——金属的价数；F——法拉第常数，F=26.8A·h。这种利用极化曲线的塔菲尔直线外延以求得腐蚀电流密度的方法有许多局限性，它只限于活化控制的腐蚀体系，且在外延作用时，会带来较大的误差。（2）判断介质中添加剂的作用机理。根据加或不加添加剂时的极化曲线的分析，可以判断这种添加剂是否有缓蚀作用及其缓蚀机理。阳极型阴极型混合型几种添加剂加入后都使腐蚀电流密度有不同程度的降低，所以这几种添加剂都是缓蚀剂。•曲线1添加剂阻滞了阳极过程，使腐蚀电位正移，是阳极型缓蚀剂。•曲线2添加剂阻滞了阴极过程，使腐蚀电位负移，为阴极型缓蚀剂。•曲线3所示的添加剂同时阻滞了阴极过程和阳极过程。腐蚀电位变化不大，是一种混合型缓蚀剂。阳极型阴极型混合型（3）评选缓蚀剂①鉴别与比较各种缓蚀剂的缓蚀效果；②了解缓蚀剂的加入量对缓蚀效果的影响，找出最佳加入量。筛选缓蚀剂的方法很多，测定极化曲线是筛选水溶液中缓蚀剂的重要方法。图所示为钼酸铵对低碳钢在碳化塔生产液中阳极行为的影响。由曲线看出，缓蚀剂的效率明显地随钼酸铵的浓度的变化而变化。（4）研制和发展新型耐蚀合金为了发展新的耐蚀合金，采用恒电位法研究合金的钝化行为比用其它腐蚀试验方法简便；合金钝化曲线中的临界电位越负，临界电流和维钝电流越小，则合金越易钝化，耐蚀性越好。因此通过测量合金的钝化曲线可以比较合金的钝化性能和耐蚀性。从图中可以看出在铬锰氮不锈钢中加入钼后，钢的钝化倾向和耐蚀性均能提高，而加铜后，只能使钢的钝化倾向略有提高，但对钢的耐蚀性没什么影响。四、局部腐蚀试