材(cai)料(liao)的腐蝕傾(qing)向(xiang)由其熱力(li)學穩定性(xing)決定,熱力(li)學上不穩定的材(cai)料(liao)具有腐蝕自發性(xing)。然而,造成的破壞狀況和程(cheng)度大小(xiao)則取決於腐蝕動力(li)學。定量評(ping)定材(cai)料(liao)的耐蝕性(xing)和腐蝕程(cheng)度的大小(xiao)需(xu)要科(ke)學的方法。腐蝕的類型(xing)不同(tong),所采(cai)用的評(ping)定方法也不同(tong)。
一、均勻腐蝕程(cheng)度的評(ping)定方法
對於全麵腐蝕情況下的均勻腐蝕,通常采(cai)用下麵介紹(shao)的質量法、深度法和電流密(mi)度法來表征(zheng)腐蝕的平(ping)均速率。
1. 質量法
質量法具有靈敏、有效、用途(tu)廣泛的特點,是最基本的定量評(ping)定方法之一。通過腐蝕前後的質量變化(增加或減少)來表示腐蝕的平(ping)均速率。若(ruo)腐蝕產物全部牢(lao)固地附著(zhou)於試樣,或雖(sui)然有脫落但易於全部收集(ji),則常用增重法來表示。反之,如果腐蝕產物完(wan)全脫落或易於全部清除,則往往采(cai)用失重法。平(ping)均腐蝕速率(單位時間單位麵積的質量變化)的計算公式為:
式中,為腐蝕速率,g/(m²・h); Aw 為試樣腐蝕前後質量的變化量, g;S 為試樣的表麵積,m²;t為試樣腐蝕的時間,h。
需(xu)要注意的是,按式(1-1)計算腐蝕速率是假(jia)定整個試驗周期內腐蝕始(shi)終以恒定的速度進行,而實(shi)際中常常並非如此。當采(cai)用失重法時,應按有關標準規定的方法去(qu)除試樣表麵的殘餘腐蝕產物。公式中的S通常是利(li)用試樣腐蝕前的表麵積。當試驗周期內腐蝕導(dao)致試樣的表麵積變化比(bi)較明(ming)顯時,將會影響數(shu)據的真實(shi)性(xing)。
2. 深度法
從工程(cheng)應用角(jiao)度上看,影響設備壽命和安全的重要指(zhi)標是腐蝕後構件的有效截(jie)麵尺(chi)寸。因此,用深度法表示腐蝕程(cheng)度更有實(shi)際意義,特別是衡(heng)量不同(tong)密(mi)度的材(cai)料(liao)的腐蝕程(cheng)度,目(mu)前該(gai)方法已(yi)被(bei)納入有關標準(如我國國標GB10124—1988《金屬(shu)材(cai)料(liao)實(shi)驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》,美國材(cai)料(liao)試驗協會標準 ASTM G1、ASTM G31等)。通過直(zhi)接測量腐蝕前後或腐蝕過程(cheng)中某兩時刻的試樣厚度,就可以得到(dao)深度法表征(zheng)的腐蝕速率(失厚或增厚)。可選擇(ze)具有足夠(gou)精度的工具和儀(yi)器(qi)直(zhi)接測量厚度變化,也可以采(cai)用無(wu)損(sun)測厚的方法,如渦流法、超聲法、射線照相法和電阻法等,破壞法中以金相剖(pou)麵法最為實(shi)用。深度法表征(zheng)的腐蝕速率可以由質量法計算出的腐蝕速率換算得到(dao),換算公式為:
式中,分別為深度法和質量法表示的腐蝕速率,單位分別為mm/a和g/(m²·h)。
對於腐蝕減薄情況,p為腐蝕材(cai)料(liao)的密(mi)度;對於增厚情況,p為腐蝕產物的密(mi)度。但實(shi)際中腐蝕產物密(mi)度的準確(que)值(zhi)難以確(que)定,因而式(1-2)一般(ban)僅適用於減薄情況,p的單位為g/cm²。深度法和質量法表征(zheng)的腐蝕速率也可以用其他(ta)的量綱單位。
根(gen)據深度法表征(zheng)的腐蝕速率大小(xiao)不同(tong),可以將材(cai)料(liao)的耐蝕性(xing)分為不同(tong)的等級,表1-2給出了 10 級標準分類法。該(gai)分類方法對有些工程(cheng)應用背(bei)景而言(yan)顯得過細,因此還(huai)有低(di)於10 級的其他(ta)分類法。但不管按幾級分類,其僅具有相對性(xing)和參考性(xing),科(ke)學地評(ping)定腐蝕等級還(huai)必須考慮具體的應用背(bei)景。
3. 電流密(mi)度表征(zheng)法
金屬(shu)的電化學腐蝕是由陽極溶解導(dao)致的,因而電化學腐蝕的速率可以用陽極反應的電流密(mi)度來表征(zheng)。法拉第(di)定律指(zhi)出,當電流通過電解質溶液時,電極上發生電化學變化的物質的量與通過的電量成正比(bi),與電極反應中轉移的電荷數(shu)成反比(bi)。設通過陽極的電流為I,通電時間為t,則時間內通過電極的電量為 It,相應溶解掉(diao)的金屬(shu)的質量 Am 為
前麵所介紹(shao)的腐蝕速率表征(zheng)方法均適用於均勻腐蝕情況。而對於非均勻腐蝕,即(ji)使是全麵腐蝕,上述方法也不適用,這(zhe)時需(xu)要借(jie)助(zhu)其他(ta)方法來評(ping)定腐蝕程(cheng)度。
二、局部腐蝕程(cheng)度的評(ping)定方法
包括應力(li)作用下的腐蝕在內的廣義局部腐蝕的特點是材(cai)料(liao)的質量損(sun)失很小(xiao),但是,材(cai)料(liao)的局部腐蝕可能(nen)會很嚴重。例如,點腐蝕可能(nen)造成容器(qi)穿(chuan)孔(kong),應力(li)腐蝕會導(dao)致構件斷(duan)裂,晶(jing)間腐蝕和選擇(ze)性(xing)腐蝕雖(sui)然通常不會引(yin)起(qi)材(cai)料(liao)質量和尺(chi)寸的明(ming)顯變化,但卻會使材(cai)料(liao)的強度顯著(zhu)下降。因此,評(ping)價(jia)局部腐蝕程(cheng)度不能(nen)簡單地采(cai)用前麵介紹(shao)的適用於均勻腐蝕的方法,這(zhe)時需(xu)要根(gen)據具體腐蝕類型(xing),以及對材(cai)料(liao)或結(jie)構安全可靠性(xing)的影響等來選擇(ze)適用的評(ping)定方法。例如,對於點腐蝕的評(ping)定,可以采(cai)用點蝕密(mi)度、平(ping)均點蝕深度、最大點蝕深度等指(zhi)標進行綜合評(ping)價(jia)。斷(duan)裂壽命或斷(duan)裂時間法適用於應力(li)作用下的腐蝕,電阻率的改(gai)變適用於多(duo)數(shu)局部腐蝕。測定腐蝕前後試件力(li)學強度或斷(duan)裂延伸(shen)率的變化,不僅適用於評(ping)定全麵腐蝕(均勻的或不均勻的),更有利(li)於評(ping)定各類局部腐蝕。針(zhen)對不同(tong)類型(xing)的局部腐蝕還(huai)有特定的評(ping)定方法。
