一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗方法

1、一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗方法背景技術(shù)：自然環(huán)境下的暴露實驗是研究大氣腐蝕最常用的試驗方法，它能真實反映所在地點的腐蝕狀況，以此計算出材料在該環(huán)境下的腐蝕速率，可為工程防腐設(shè)計提供合理可靠的設(shè)計依據(jù)。但是，由于大氣暴露試驗周期很長，試驗區(qū)域性強，促使人們開展模擬加速腐蝕試驗研究，以期由實驗室加速腐蝕試驗來推測戶外長期暴露試驗的結(jié)果，進(jìn)而預(yù)測材料、制品、防護(hù)層的大氣腐蝕壽命，以部分取代大氣腐蝕暴露試驗。室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個基本條件，它直接影響到人工加速試驗的結(jié)果和自然暴露試驗結(jié)果的相關(guān)性。影響大氣腐蝕的因素很多，主要有大氣成分、濕度、溫度等。其中大氣污染

2、物的作用最為突出，在氣象條件相近的情況下，污染物差別可導(dǎo)致材料腐蝕速率相差數(shù)十倍，如氯鹽和SO2的分布對材料腐蝕有很大的影響。為模擬各種不同的自然環(huán)境腐蝕，目前主要使用的室內(nèi)加速試驗有(1)濕熱試驗法濕熱試驗方法分為恒定濕熱試驗和交變濕熱試驗兩種。它是在高溫、高濕條件下使試樣表面凝集水分，以強化腐蝕環(huán)境，從而加速試樣的銹蝕。為了進(jìn)一步加速大氣腐蝕還采用凝露腐蝕試驗，它也是在高溫、高濕的試驗箱內(nèi)進(jìn)行，所不同的是在試片架內(nèi)通循環(huán)冷卻水，使其溫度低于周圍的氣氛，這樣水汽更容易在試片上凝結(jié)，而加快銹蝕，試驗周期比濕熱試驗短。上述兩種濕熱試驗?zāi)谠嚻砻娴某３Ｊ谴笮〔灰坏乃?，它們不能凝集和流淌，不?/p>

3、形成穩(wěn)定均勻的水膜，模擬性較差。(2)鹽霧試驗鹽霧試驗方法最早于1914年提出并用于腐蝕測試中，目的是為了模擬近海洋的大氣腐蝕條件。ASTM在1962年正式制定了三種鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗(AASS)和醋酸氯化銅鹽霧試驗(CASS)。由于鹽霧試驗與大氣暴露試驗無可比性，也就是說，其模擬性比較差，因此該方法的應(yīng)用具有一定的局限性，僅能作為一種人工加速腐蝕試驗方法，對金屬材料進(jìn)行性能試驗，不能對材料在某一實際使用環(huán)境下的壽命進(jìn)行預(yù)測，但作為一種經(jīng)典的加速試驗方法還是具有一定意義的。(3)周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗各種單一的鹽霧試驗對大氣暴露的模擬性不好，其主要原因是鹽霧試驗不具有“濕干”

4、循環(huán)過程。而在自然大氣條件下，試樣上由于雨、霧等形成的液膜有一個由厚變薄、由濕變干的周期性循環(huán)過程，這是大氣腐蝕的基本特點，因此，后來提出了帶有干燥過程并周期性地鹽水噴霧的鹽霧復(fù)合試驗方法，與單純鹽霧試驗相比，這種方法可更好地模擬和加速大氣腐蝕，較真實地再現(xiàn)自然環(huán)境，比較接近材料在自然大氣環(huán)境中的腐蝕情況。(4)干濕周浸循環(huán)試驗干濕周浸循環(huán)試驗是國內(nèi)外目前普遍使用的加速試驗方法。此試驗使用一個帶有轉(zhuǎn)輪的精巧系統(tǒng)或使用一個升降機構(gòu)，可將試樣周期性地浸入不同的浸漬液中以模擬不同的大氣環(huán)境，如分別用蒸餾水、NaHSO3或NaCl溶液來模擬鄉(xiāng)村氣氛、工業(yè)氣氛和海洋氣氛下的大氣腐蝕情況，浸漬一段時間后試

5、樣離開溶液，用熱風(fēng)或燈烘烤干燥試樣。研究表明，幾個星期的實驗可與一年或更長時間的自然暴露實驗相匹配。此方法同周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗一樣抓住了大氣腐蝕的特征“濕干”循環(huán)交替，重現(xiàn)了金屬表面經(jīng)歷的三種大氣腐蝕狀態(tài)浸漬濕潤干燥。(5)多因子循環(huán)復(fù)合腐蝕試驗由于材料在自然環(huán)境中受到的是多種復(fù)雜因素的綜合作用，因而要真實的再現(xiàn)材料在自然大氣中的腐蝕，必須盡可能的將大氣中的環(huán)境因素綜合起來考慮，近幾年，模擬大氣腐蝕的加速試驗方法向多因子復(fù)合加速腐蝕試驗方向發(fā)展。如日本利用CASS試驗機改裝成復(fù)合試驗機，可進(jìn)行潮濕、噴霧、通SO2、干燥的循環(huán)試驗；美國的Q-RANEL制造的Q-FOG循環(huán)腐蝕試驗機可進(jìn)行鹽露、

6、干燥、有規(guī)則的停頓等循環(huán)試驗，該方法的不足之處是需要控制的因子多、操作難度較大。上述這些試驗方法都有各自的優(yōu)點和不足，屬于大方向的指導(dǎo)性方法。由于大氣環(huán)境的復(fù)雜多樣，各種材料對環(huán)境因子腐蝕的敏感性存在差異，因此，任何一種模擬加速試驗方法的建立，都要針對具體的環(huán)境和材料，依據(jù)環(huán)境特征來設(shè)定多組試驗參數(shù)，通過一系列試驗篩選出模擬性、加速性和重現(xiàn)性都好的試驗條件來實現(xiàn)。目前許多研究者都在研究、設(shè)計、探索各自需求的試驗方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有模擬性、加速性和重現(xiàn)性的模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗方法，以0.010.05mol/

7、L的NaHSO3+0.0010.005mol/L的NaCl為浸漬溶液，按“浸漬干燥濕潤”順序每1030分鐘循環(huán)一次，其中浸漬4050，14分鐘；干燥5060，822分鐘；濕潤4050，14分鐘，循環(huán)次數(shù)可根據(jù)需要確定。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是(1)采用本發(fā)明的試驗方法可以模擬鋼在大氣環(huán)境中的腐蝕過程，研究試驗材料的大氣腐蝕規(guī)律或者快速評價材料的耐大氣腐蝕性，從實驗室模擬加速腐蝕試驗結(jié)果近似推測戶外長期暴露試驗的結(jié)果。具有顯著的加速腐蝕性幾十倍至幾百倍，加速倍率隨時間而變化。(2)采用本發(fā)明主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致都是-羥基氧化鐵和/或-羥基氧化鐵(-FeOOH和/或-FeO

8、OH)。(3)采用本發(fā)明室內(nèi)外的試驗結(jié)果均較好地符合冪指數(shù)規(guī)律WKtn，而且鋼的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致。(4)重復(fù)試驗證明具有很好的再現(xiàn)性。(5)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以適用于各種鋼材料的大氣腐蝕研究及其耐蝕性的快速評價。具體實施例方式本發(fā)明建立了一種模擬加速腐蝕試驗方法，模擬鋼在大氣環(huán)境中的腐蝕過程。所要解決的技術(shù)問題是室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個基本條件，其中最關(guān)鍵的問題是在滿足后兩個條件基礎(chǔ)上滿足模擬性條件。試樣的尺寸為100mm50mm(35)mm，經(jīng)銑床、磨床，加工至光潔度7或以上，丙酮除油，乙醇脫水，放置干燥器內(nèi)24h后，用感量為0.1mg分析天平稱重

9、。除銹液采用500ml鹽酸+500ml蒸餾水+20g六次甲基四胺，室溫下將銹除凈為止，同時用未腐蝕的鋼樣校正除銹液對鋼基體的腐蝕。參照ISO-4542標(biāo)準(zhǔn)在沈陽地區(qū)進(jìn)行大氣暴露試驗，試驗時間為1994.10-2002.10，其中0.5、1、2、4、8年為定期取樣周期，對試樣進(jìn)行處理，計算出腐蝕失重和腐蝕深度，同時進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析。對4種鋼平均腐蝕深度與時間關(guān)系采用線性雙對數(shù)規(guī)律進(jìn)行回歸分析，即logWA+Blogt或Wktn，其中W為腐蝕深度(m)，t為暴露時間(年)，Alogk，Bn，A、B為與環(huán)境和材料有關(guān)的常數(shù)。腐蝕失重與試驗時間的關(guān)系曲線見圖1，腐蝕深度與暴露時間的回歸分析見表2，結(jié)果

10、表明，4種鋼的腐蝕規(guī)律均較好地符合Wktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物均為-羥基氧化鐵和/或-羥基氧化鐵(-FeOOH和/或-FeOOH)，部分Fe2O3和/或-Fe3O4。參考試驗期間沈陽地區(qū)的環(huán)境參數(shù)，并考慮影響鋼腐蝕的主要環(huán)境因子，采用DW-UD-3型浸漬干濕復(fù)合循環(huán)實驗裝置，按正交實驗法設(shè)計出一系列試驗條件，對A3鋼進(jìn)行一系列試驗，對試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析，按目標(biāo)篩選出合適的試驗條件，獲得本發(fā)明的試驗方法。實施例1試驗材料為上述的A3、09CuPTiRe、10CrNiCuP。以0.01mol/L NaHSO3+0.005mol/L NaCl為浸漬溶液，按“浸漬干燥濕潤”順序每30分鐘循環(huán)一次，其中

11、浸漬40，4分鐘；干燥50，22分鐘；濕潤40，4分鐘。以此來模擬沈陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗時間的關(guān)系曲線見圖2，腐蝕失重與加速試驗時間的回歸分析見表3。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合Wktn規(guī)律，其中W為腐蝕失重(g/m2)，t為試驗時間(小時)，k、n為與試驗條件和材料有關(guān)的常數(shù)；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。實施例2試驗材料為A3、20、06CuP，后兩種材料的化學(xué)成分見表4。以0.01mol/LNaHSO3+0.001mol/L NaCl為浸漬溶液，按“浸漬干燥濕潤”順序每20分鐘循環(huán)一次，其中浸漬40，4分鐘；干燥50，12分鐘；濕潤40，4分鐘。以此來模擬沈

12、陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗時間的關(guān)系曲線見圖3，腐蝕失重與加速試驗時間的回歸分析見表5。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合Wktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。實施例3試驗材料為上述的A3和10CrNiCuP。以0.05mol/L NaHSO3+0.005mol/LNaCl為浸漬溶液，按“浸漬干燥濕潤”順序每10分鐘循環(huán)一次，其中浸漬50，1分鐘；干燥60，8分鐘；濕潤50，1分鐘。以此來模擬沈陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗時間的關(guān)系曲線見圖4，腐蝕失重與加速試驗時間的回歸分析見表6。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合Wktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。對實施例進(jìn)行重復(fù)試驗，并進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析，將試驗結(jié)果與上述大氣暴露試驗結(jié)果對比，分析模擬性、加速性和重現(xiàn)性，結(jié)果表明模擬加速大氣腐蝕試驗的結(jié)果相對于沈陽地區(qū)的大氣暴露試驗結(jié)果滿足(1)具有顯著的加速腐蝕性幾十倍至幾百倍，加速倍率隨時間而變化；(2)主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致都是-FeOOH和-FeOOH；(3)室內(nèi)外的試驗結(jié)果均較好地符合冪指數(shù)規(guī)律WKtn，而且鋼的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致；(4)重復(fù)試驗證明具有很好的再現(xiàn)性。因此，采用該試驗方法