第五章-局部腐蝕試驗.5-6課件

1、第五章 局部腐蝕試驗1. 應(yīng)力腐蝕試驗2. 晶間腐蝕試驗3. 孔蝕試驗4. 縫隙腐蝕試驗5. 電偶腐蝕試驗6. 磨損腐蝕試驗6. 磨損腐蝕試驗 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨損腐蝕和磨損腐蝕試驗6.2 產(chǎn)生沖刷條件的方法6.3 產(chǎn)生空化條件的裝置6.4 試驗結(jié)果的評定6.5 薄層活化技術(shù)概述磨損腐蝕 & 磨損腐蝕試驗?zāi)p腐蝕1. 磨損腐蝕是高速的腐蝕性流體對金屬材料的沖刷(磨損)和腐蝕的聯(lián)合作用所造成的破壞。磨損腐蝕的破壞形態(tài)是在流體沖刷部位形成蝕坑、溝槽。磨損腐蝕試驗設(shè)計磨損腐蝕試驗的基本原則：造成腐蝕性流體對被試金屬材料的機械沖刷條件，包括 高速 沖擊 空化2.

2、造成磨損腐蝕的兩種重要條件是： 液體流動速度很高，形成強烈的湍流或渦旋；或者流體直接沖擊在金屬表面上。 液體的流速很高，且在不同部位流速變化很大，因而造成空化作用(氣泡的反復(fù)形成和破滅)，6. 磨損腐蝕試驗 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨損腐蝕和磨損腐蝕試驗6.2 產(chǎn)生沖刷條件的方法6.3 產(chǎn)生空化條件的裝置6.4 試驗結(jié)果的評定6.5 薄層活化技術(shù)沖刷條件1. 高速相對運動電 源VA高阻電壓表試樣鉑陽極鹽橋Ag/AgCl電極進水可以進行電化學(xué)測量的文丘利管高流速試驗裝置一、旋轉(zhuǎn)圓盤裝置將圓盤試樣安裝在軸上，使其高速旋轉(zhuǎn)；或者將矩形小試樣固定在旋轉(zhuǎn)圓盤的邊上，都可以造

3、成試樣與試驗介質(zhì)之間的高速相對運動。二、文丘利管將試樣安裝在文丘利管的縮頸段，或者作為管壁的一部分(右圖)，或者安裝在管的軸線上。腐蝕液體通過文丘利管時，在縮頸段產(chǎn)生很高的流速，而且流速與試樣表面平行。沖刷條件1. 高速相對運動三、狹窄通道AA液流方向法蘭試樣固定環(huán)A-A截面試樣用于高速試驗的噴嘴管在試樣表面附近的流速可以達到90哩/小時。在一根總管的末端可以安裝幾個這樣的裝置，對各種材料的磨損腐蝕情況進行比較。試樣安裝在截面積很小的水道里，用泵使液體高速流過通道，由噴嘴射出(下圖)。沖刷條件試樣總管2. 噴射沖擊裝置試樣可以固定，也可以旋轉(zhuǎn)。右圖是這種裝置中試樣與噴嘴相對位置的示意。從總管來

4、的高速流體通過噴嘴噴出，沖擊在試樣上。一個裝置可以同時試驗數(shù)個試樣。使高速噴射的流體沖擊在試樣上，試樣噴嘴接總管噴射沖擊裝置中試樣與噴嘴的配置6. 磨損腐蝕試驗 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨損腐蝕和磨損腐蝕試驗6.2 產(chǎn)生沖刷條件的方法6.3 產(chǎn)生空化條件的裝置6.4 試驗結(jié)果的評定6.5 薄層活化技術(shù)空化條件1. 帶孔或槽的旋轉(zhuǎn)圓盤直徑的小孔安裝插件的凹槽產(chǎn)生空化條件的帶孔和槽的旋轉(zhuǎn)圓盤試樣 的小孔，并加工了安裝插件的凹 槽(圓形或長條形)。圓盤試樣以3200轉(zhuǎn)/分的速度高速旋轉(zhuǎn)，在小孔后面的尾流中產(chǎn)生強烈的空化作用，該部位的圓盤表面遭受到磨損腐蝕破壞。為了制造空

5、化源，圓盤上鉆有直徑2. 噴射沖擊裝置將一對試樣安裝在轉(zhuǎn)輪邊緣的對稱位置，轉(zhuǎn)輪以12000轉(zhuǎn)/分的速度高速旋轉(zhuǎn)。兩個平行于轉(zhuǎn)軸的噴嘴在試樣的旋轉(zhuǎn)路徑上對稱安裝。噴嘴上噴出高速液流，使試樣受到反復(fù)沖擊，產(chǎn)生空化腐蝕條件?？栈瘲l件電 子震蕩器試樣試樣支承 (horn)冷卻水浴試驗容器換能器用于空化腐蝕試驗的振動試驗 裝置簡圖使試樣表面在試驗液體介質(zhì)中作高頻軸向振動，在一定條件下也可以在金屬試樣表面附近的液體中產(chǎn)生空化作用?？栈饔门c它造成的損壞的大小和振動的幅度及頻率有關(guān)。3 振動 裝置右圖是振動試驗裝置的示意圖。圓柱形試樣安裝在一個圓錐形柱體上，其下部浸沒在試驗液體介質(zhì)中。磁致伸縮或壓電效應(yīng)換能

6、器和試樣支桿耦合，在電子振蕩器的驅(qū)動下，換能器通過支承桿使試樣表面發(fā)生軸向振動。振動裝置，因其試驗裝置簡單，可以進行準確的測量，得到廣泛使用。ASTM還制定了試驗標準(G32)，對試樣尺寸，振動頻率和振幅，試驗液體及其上部氣相壓力，溫度等試驗條件做了規(guī)定。為什么表面軸向振動能產(chǎn)生空化作用?問題空化條件4 電火花放電裝置利用電火花放電形成空泡，產(chǎn)生空化條件。使用該裝置可以同時進行電化學(xué)測量，并用高速攝影技術(shù)觀察空泡作用于金屬表面的過程。723109R1R2CU+-154681. 放電間隙 2. 可控硅觸發(fā) 3. 閃光燈電源4. 閃光燈光 5. 放大鏡 6. 物鏡7. 電氣控制臺 8. 轉(zhuǎn)速計 9

7、. 高速攝影機10. 轉(zhuǎn)速控制312451.恒電位儀 2. 參比電極3. 電火花空化發(fā)生設(shè)備4. 放電電極 5. 金屬試樣電火花空泡發(fā)生裝置電化學(xué)測量裝置(腐蝕科學(xué)與防腐蝕工程技術(shù)新進展.p559)6. 磨損腐蝕試驗 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨損腐蝕和磨損腐蝕試驗6.2 產(chǎn)生沖刷條件的方法6.3 產(chǎn)生空化條件的裝置6.4 試驗結(jié)果的評定6.5 薄層活化技術(shù)試驗結(jié)果de評定試樣A直徑5試樣B直徑4試樣C直徑30 1 2 30 1 20 1 20.0100.005 0腐蝕深度(吋)離圓盤中心距離 (吋)鑄鐵旋轉(zhuǎn)圓盤在磨損腐蝕試驗后的腐蝕深度分布 海水平均溫度：15.4

8、C, 圓盤轉(zhuǎn)速：1140rpm，試驗周期：30天下圖是在固定旋轉(zhuǎn)角速度條件下得到的。從圖中可以看到，在臨界尺寸以內(nèi)圓盤試樣的腐蝕很輕微。然后隨著離中心距離增大，腐蝕深度先迅速增大；達到某一最大值后再減小，直到很小的數(shù)值。圓盤試樣直徑減小，這一最大值亦減小。1. 腐蝕深度下圖是旋轉(zhuǎn)圓盤試樣在海水中的磨損腐蝕試驗結(jié)果，腐蝕破壞程度用腐蝕深度表示。在使用圓盤試樣時，圓盤直徑和旋轉(zhuǎn)角速度對試樣的磨損腐蝕情況有很大的影響。試驗結(jié)果de評定 30 60 90 120 150 18060040020045#碳鋼灰鑄鐵銅鉻鑄鐵銅錫鑄鐵中硅銅鉻鑄鐵累計時間 (分)累積失重(毫克)五種金屬材料在93%硫酸中的累計

9、失重曲線(振動法試驗)2. 累計損失曲線在不同的時間取出試樣，測量重量損失或者體積損失，然后放回試驗溶液中繼續(xù)進行試驗，這樣可以得出累積的重量損失(或體積損失)與累計的試驗時間之間的關(guān)系曲線。這是磨損腐蝕試驗結(jié)果的主要表達方式。試驗時間間隔的選取應(yīng)當(dāng)隨腐蝕體系和試驗條件而定，以所作曲線比較精確為準。由左圖看出：試樣的失重量與時間之間并不是線性關(guān)系，各種材料失重量增加的快慢(失重率)也不同。試驗結(jié)果de評定 200 400 600 800 10000.600.500.400.300.200.10 0振動試驗頻率： 14kHz峰間位移全幅值：1.13mil未加陰極保護加陰極保護試驗時間 (分)失重

10、率 (毫克/分)試驗體系：1020鋼，3%NaCl溶液，25C3. 損失率 曲線累積損失曲線的斜率表示損失率(重量或體積)。用損失率對試驗時間作圖就得到損失率曲線。幾種情況： 損失率在某一時間達到最大值； 在一段時間內(nèi)保持最大值； 損失率從最大值降低后趨向一個“穩(wěn)定值”(或稱最終值)。為了比較各種金屬材料耐磨損腐蝕性能，可以使用最大損失率，也可以使用穩(wěn)定損失率。右圖說明通入陰極極化電流，可以減輕空化腐蝕造成的損壞。磨損腐蝕試驗延續(xù)的時間應(yīng)當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)損失率，至少要達到最大損失率出現(xiàn)以后，為什么？試驗結(jié)果de評定4. 標準抗磨損腐蝕能力用標準參考金屬材料制作試樣，與被試金屬材料制作的試樣在相同條件

11、下進行試驗。在損失率-時間曲線上相應(yīng)部分得到的被試金屬材料的損失率和標準材料的損失率的比值作為評定材料抗磨損腐蝕性能的指標。6. 磨損腐蝕試驗 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨損腐蝕和磨損腐蝕試驗6.2 產(chǎn)生沖刷條件的方法6.3 產(chǎn)生空化條件的裝置6.4 試驗結(jié)果的評定6.5 薄層活化技術(shù)薄層活化技術(shù)1. 表層活化：用高能帶電粒子照射試樣，可以在試樣表面薄層內(nèi)產(chǎn)生痕量的放射性原子核，例如用高能質(zhì)子照射鐵試樣，由于反應(yīng) Fe56 + p Co56 + n而產(chǎn)生具有放射性的Co56，其半衰期為78天。 Co56衰變時放出能量為847keV的射線。 Co56 Ni57 + +

12、 如果用氘核照射鐵式樣，可以生成放射性同位素Co57，其半衰期為272天。一、薄層活化技術(shù)檢測金屬腐蝕的原理通過照射形成的放射性原子核便成為試樣表面層的“標記”。產(chǎn)生的活化層的深度取決于用來照射的帶電粒子種類及其能量，以及照射的入射角。試樣的比放射性隨深度的變化可以準確確定。3. 局部腐蝕：在試樣表面產(chǎn)生兩層活化薄層，比如下面一層是深度較大的Co57，表層是深度較小的Co56。由于兩層活化層具有顯著不同的 射線特征，就可能分別檢測出試樣的體積減損量和表層減損量。表層減損量與體積減損量的比值隨腐蝕局部性增大而減小。薄層活化技術(shù) 將處理過的試樣暴露在腐蝕環(huán)境中，用 射線監(jiān)測儀測量從試樣表面放出的

13、射線的強度。當(dāng)試樣表面部分金屬原子(包括放射性原子)因腐蝕而離開試樣表面進入溶液，從試樣表面釋放的 射線的強度就會降低。由于 射線強度很小的變化就可以檢測出來，這就提供了一種很靈敏的測量金屬材料腐蝕損壞的方法。比如鈍態(tài)金屬的腐蝕速度極低，用常規(guī)測量方法(如失重法、電阻法)需要很長的暴露時間，而使用薄層活化技術(shù)可以在較短時間內(nèi)得到結(jié)果。 除了測量試樣放射性的變化，也可以用取樣測量或者直接測量的方法監(jiān)測試驗溶液由于放射性原子進入而得到的放射性。 2. 腐蝕測量：薄層活化技術(shù)的另一個優(yōu)點是可以用于腐蝕監(jiān)測。薄層活化技術(shù)二、薄層活化技術(shù)用于磨損腐蝕測量 的實例使用薄層活化技術(shù)研究軟鋼在鍋爐供水條件下的磨損腐蝕。所用試樣為管狀(下圖)，水流通過孔板進入試樣管，產(chǎn)生高速噴射(速度達40米/秒)。在緊接孔板下游的管內(nèi)造成極強的湍流條件，使管壁受到磨損腐蝕破壞。孔板 軟鋼管孔徑8.33mm 孔徑9.53mm45管狀試樣試樣經(jīng)表面活化處理后安裝在循環(huán)回路的高壓釜內(nèi)，緊貼高壓釜壁放置射線記數(shù)器，監(jiān)測試樣的放射性。為了校正外部放射源的影響，使用另一臺監(jiān)測器記錄背景輻射(用屏蔽使之不受到試樣放射性的作用)。薄層活化技術(shù)二、薄層活化技術(shù)用于磨損腐蝕測量 的實例使用薄層活化技術(shù)研究軟鋼在鍋爐供水條件下的磨損腐蝕。 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22282420161