材料耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)辦法

千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦材料耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)辦法1.1材料耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)辦法

工程材料在使用時(shí)，一定要思考材料在相應(yīng)工況環(huán)境下的耐蝕能力。也算是講，材料在此環(huán)境下是否會(huì)發(fā)生嚴(yán)峻的腐蝕，從而導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)的失效。所以，怎么評(píng)價(jià)在工況環(huán)境下，材料表面腐蝕的形態(tài)、腐蝕的速度就顯得很具有現(xiàn)實(shí)的工程意義。

概括起來(lái)，工程材料的耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)辦法能夠分為三大類：分量法、表面觀看法和電化學(xué)測(cè)試法。

1.1.1分量法

分量法是材料耐蝕能力的研究中最為基本，并且也是最為有效可信的定量評(píng)價(jià)辦法。雖然分量法具有無(wú)法研究材料腐蝕機(jī)理的缺點(diǎn)，然而經(jīng)過(guò)測(cè)量材料在腐蝕前后分量的變化，能夠較為準(zhǔn)確、可信的表征材料的耐蝕性能。也正因?yàn)檫@樣，它向來(lái)在腐蝕研究中廣泛使用，是許多電化學(xué)的、物理的、化學(xué)的現(xiàn)代分析評(píng)價(jià)辦法鑒定比較的基礎(chǔ)。

分量法分為增重法和失重法兩種，他們基本上以試樣腐蝕前后的分量差來(lái)表征腐蝕速度的。前者是在腐蝕試驗(yàn)后連同全部腐蝕產(chǎn)物一起稱重試樣，后者則是清除全部腐蝕產(chǎn)物后稱重試樣。當(dāng)采納分量法評(píng)價(jià)工程材料的耐蝕能力時(shí)，應(yīng)當(dāng)思考腐蝕產(chǎn)物在腐蝕過(guò)程中是否容易脫降、腐蝕產(chǎn)物的厚度及致密性等因素后，在決定選取哪種辦法對(duì)材料的耐蝕性能舉行表征。關(guān)于材料的腐蝕產(chǎn)物疏松、容易脫降且易于清除的事情，通常能夠思考采納失重法。例如，經(jīng)過(guò)鹽霧試驗(yàn)評(píng)價(jià)別同鎂合金的耐蝕性能時(shí)，就通常采納失重法,圖1。

而關(guān)于材料的腐蝕產(chǎn)物致密、附著力好且難于清除的事情，例如材料的高溫腐蝕，通常能夠思考采納增重法圖2。

為了使各次別同實(shí)驗(yàn)及別同種類材料的數(shù)據(jù)可以互相比較，必須采納電位面積上的分量變化為表示單位，及平均腐蝕速度，如g.m-2

h-1

。依照金屬材料的密度又能夠把它換算成單位時(shí)刻內(nèi)的平均腐蝕深度，如m/a

。這兩類的速度之間的

圖1失重法測(cè)試鎂合金腐蝕速度

Ni–30Cr–8Al–0.5Y鑄態(tài)合金、濺射涂層、滲鋁涂層在（a）1000℃高溫氧化增重動(dòng)力學(xué)曲線(b)Na2SO4+25%wtNaCl熱腐蝕增重動(dòng)力學(xué)曲線

換算公式為：

ρ

A

B73

.8=

式中A-按分量計(jì)算的腐蝕速度，g.m-2

h-1

；

B-按深度計(jì)算的腐蝕速度，mm/a；ρ-金屬材料密度，g.cm-3。

從腐蝕實(shí)驗(yàn)前后的試樣分量變化計(jì)算腐蝕速度V（mm/a），公式為：t

AW

V????=

ρ87600

式中ΔW-試樣失重，g；

ρ-金屬材料密度，g.cm-3；A-試樣面積，cm2；t-試驗(yàn)周期，h。

失重法的關(guān)鍵操作之一算是徹底清除腐蝕產(chǎn)物，而又別損傷基體金屬。常用工程材料去處表面腐蝕產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)辦法如表所示。

采納失重法對(duì)材料舉行腐蝕性能評(píng)價(jià)時(shí)，由于別同的研究者會(huì)采納別同的試樣尺寸、腐蝕介質(zhì)以及試驗(yàn)溫度，導(dǎo)致所獲得的數(shù)據(jù)非常難具有可比性。所以，為了解決那個(gè)咨詢題，人們規(guī)范了一種標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕試驗(yàn)辦法—鹽霧腐蝕試驗(yàn)。目前，工業(yè)界普遍經(jīng)過(guò)鹽霧試驗(yàn)并結(jié)合失重測(cè)試來(lái)表征材料的耐腐蝕性能。依照ASTMB117的要求，試樣以15-30度的傾角放置，采納5%的NaCl溶液舉行霧化噴霧，試驗(yàn)溫度35℃。鹽霧實(shí)驗(yàn)要求鹽霧箱內(nèi)的容積要腳夠大，別得將鹽霧直截了當(dāng)噴射到實(shí)驗(yàn)的表面。1.1.2表面觀看法1.1.2.1宏觀觀看

算是對(duì)材料在腐蝕前后及去除腐蝕產(chǎn)物前后的形態(tài)做肉眼分析，還應(yīng)該注意腐蝕產(chǎn)物的形態(tài)和分布，以及他們的厚度、顏群、致密度和附著性；并且還應(yīng)該注意腐蝕介質(zhì)中的變化，包括溶液的顏XXX，腐蝕產(chǎn)物在溶液中的形態(tài)、顏XXX、類型和數(shù)量等。盡管這種觀看是非常粗糙的，但任何精細(xì)的服飾研究都輔以這種辦法。1.1.2.2顯微觀測(cè)

算是對(duì)受腐蝕的試樣舉行金相檢查或斷口分析，或者用掃描電鏡、透射電鏡、電子探針等做微觀組織結(jié)構(gòu)和相成分的分析，據(jù)此可研究微細(xì)的腐蝕特征和腐蝕動(dòng)力學(xué)。

一些工程材料中，常見(jiàn)腐蝕形態(tài)的顯微形貌如圖所示。對(duì)受腐蝕的試樣舉行顯微觀看時(shí)，需要注意的幾點(diǎn)是：

第一，在觀看表面形貌時(shí)，特殊是一些局部腐蝕的形貌時(shí)，一定要注意腐蝕截面形貌的觀看。這是因?yàn)榫植扛g也許在材料表面所造成的腐蝕并別非常顯著，而在材料的內(nèi)部進(jìn)展。別銹鋼等材料的點(diǎn)蝕算是一例，圖3。

第二，在觀看材料的氧化膜截面形貌時(shí)，要注意采納掃描電子顯微鏡的背散射模式舉行觀看。掃描電鏡在腐蝕形貌觀看時(shí)，通常有兩種工作模式，一種是二次電子相模式，一種是背散射模式。二次電子相經(jīng)過(guò)測(cè)試二次電子，來(lái)獲得試樣表面的形貌，而背散射模式則能夠經(jīng)過(guò)測(cè)試背散射電子，獲得試樣表面元素分布的事情。經(jīng)過(guò)背散射模式觀看腐蝕試樣氧化膜界面的形貌，能夠非常容易地分辨出氧化膜內(nèi)元素的分布，從而推斷出氧化膜是單層結(jié)構(gòu)依然多層結(jié)構(gòu)，圖4。

圖3別銹鋼絲上的點(diǎn)蝕，能夠看到典型的花邊

第三，當(dāng)材料表面覆蓋著較厚的腐蝕產(chǎn)物時(shí)，舉行觀看腐蝕形貌時(shí)一定要注意將取出腐蝕產(chǎn)物前后的形貌舉行綜合對(duì)照，才干獲得準(zhǔn)確的結(jié)論。兩種材料在未去除腐蝕產(chǎn)物之前形貌相同，去除腐蝕產(chǎn)物后腐蝕形態(tài)也許會(huì)大相徑庭。例如，316L別銹鋼在80℃Na2SO4和NaCl混合溶液中腐蝕4小時(shí)后的腐蝕形貌同ZE41鎂合金在NaCl溶液中腐蝕12小時(shí)的形貌基本相同，腐蝕產(chǎn)物都呈現(xiàn)龜裂狀。然而，去除腐蝕產(chǎn)物后發(fā)覺(jué)，二者的腐蝕形態(tài)截然別同：316L別銹鋼80℃Na2SO4和NaCl混合溶液中發(fā)生的是均勻腐蝕圖5，而ZE41發(fā)生的則是點(diǎn)蝕，圖6。

316L別銹鋼80℃Na2SO4和NaCl混合溶液浸泡，去除腐蝕產(chǎn)物前后的腐蝕形貌

ZE41鎂合金在NaCl溶液浸泡，去除腐蝕產(chǎn)物前后的腐蝕形貌

1.1.3電化學(xué)測(cè)試法

電化學(xué)測(cè)試辦法是一種可以快速、準(zhǔn)確地用于研究材料腐蝕的現(xiàn)代研究辦法。由于材料的腐蝕大多數(shù)屬于電化學(xué)腐蝕，所以電化學(xué)測(cè)試辦法在腐蝕中應(yīng)用的很廣泛。與分量法和表面觀看法相比，電化學(xué)測(cè)試辦法別但可以研究材料的

腐蝕速度，還可以深入地研究材料的腐蝕機(jī)理。

電化學(xué)測(cè)試辦法通過(guò)近50年的進(jìn)展，按外加信號(hào)分類大致能夠分為直流測(cè)試和交流測(cè)試；按體系狀態(tài)分類能夠分為穩(wěn)態(tài)測(cè)試和暫態(tài)測(cè)試。直流測(cè)試包括動(dòng)電位極化曲線、線性極化法、循環(huán)極化法、循環(huán)伏安法、恒電流/恒電位法、等等；而交流測(cè)試則包括阻抗測(cè)試和電容測(cè)試。關(guān)于穩(wěn)態(tài)測(cè)試辦法，通常包括動(dòng)電位極化曲線、線性極化法、循環(huán)極化法、循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗譜；而暫態(tài)測(cè)試包括恒電流/恒電位法、電流階躍/電位階躍法和電化學(xué)噪聲法。在諸多的電化學(xué)測(cè)試辦法中，動(dòng)電位極化曲線法和循環(huán)極化法是最基本，也是最常用的辦法。

從上一節(jié)的內(nèi)容能夠得知，依照材料的腐蝕電化學(xué)行為，能夠?qū)⒉牧戏譃閮纱箢悾夯钚匀芙獠牧虾外g性材料。關(guān)于別同種類的材料，在評(píng)價(jià)其耐蝕性能時(shí)要采納別同的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于活性溶解行為的材料（鎂合金、碳鋼、低合金鋼等）來(lái)講，僅僅采納腐蝕電位（Ecorr）的高低來(lái)評(píng)價(jià)材料的腐蝕性能是別對(duì)的。這種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)來(lái)源于僅僅關(guān)注了材料腐蝕的熱力學(xué)趨勢(shì)，而忽略了材料的腐蝕動(dòng)力學(xué)特征。在評(píng)價(jià)活性溶解材料的耐蝕能力時(shí)，首要的參數(shù)是腐蝕電流（icorr），腐蝕電流越小，材料的耐蝕性能越好，這是因?yàn)楦g電流是由材料的溶解所造成的。AZ91E和MEZ兩種鎂合金的極化曲線如圖7所示，從圖中能夠看出：雖然MEZ合金的腐蝕電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于AZ91E合金，然而思考到MEZ合金的腐蝕電流要明顯小于AZ91E合金，因此MEZ合金的耐蝕性能應(yīng)當(dāng)高于AZ91E合金，這一點(diǎn)從鹽霧腐蝕失重和金相觀看結(jié)果中都得到了證實(shí)。

圖7

只要當(dāng)兩種材料的腐蝕電流大體相并且，腐蝕電位才是一具需要思考的參數(shù)，腐蝕電位越高，材料的耐蝕性能越好。舉一具例子能夠有助于更好的明白這句話，圖8：當(dāng)電位為a時(shí)，純鎂處在腐蝕電位，純鎂發(fā)生腐蝕；而AZ91D鎂合金則處在陰極狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生腐蝕。當(dāng)電位為b時(shí)，純鎂處在陽(yáng)極電位而發(fā)生嚴(yán)峻的腐蝕；與之對(duì)照，AZ91D鎂合金則還處在陰極狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生腐蝕。當(dāng)電位為c時(shí)，純鎂和AZ91D鎂合金都處在陽(yáng)極電位下，然而AZ91D鎂合金的陽(yáng)極電流則明顯小于純鎂，此刻AZ91D的腐蝕速度低于純鎂。從上述的三種典型的事情來(lái)看，AZ91D合金在各個(gè)電位下其溶解電流都小于純鎂，因此能夠推斷AZ91D合金的耐蝕能力優(yōu)于純鎂。

綜合上面的論述，能夠?qū)钚匀芙獠牧夏臀g性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做一下總結(jié)：●首先要看腐蝕電流的大小，腐蝕電流越小，材料的耐蝕性能越好；●當(dāng)材料的腐蝕電流相差別大時(shí)，腐蝕電位越高，材料的耐蝕性能越好。

關(guān)于鈍性材料（鋁合金、鈦合金、別銹鋼、鎳合金、鋯合金）來(lái)講，在評(píng)價(jià)此類材料的耐蝕性能時(shí)，應(yīng)當(dāng)評(píng)價(jià)材料鈍化區(qū)的性能，而別是去比較材料的腐蝕電流和腐蝕電位。這是因?yàn)橛捎诓牧峡梢遭g化，因此在工程應(yīng)用過(guò)程中，人們都

E(VSCE)

i(A/cm2

)

會(huì)將這些材料做鈍化處理后才使用。

經(jīng)過(guò)動(dòng)電位極化曲線能夠獲得兩個(gè)表征材料腐蝕性能的參數(shù)：擊破電位Eb和維鈍電流ipass。擊破電位越高材料的耐蝕性能越好；維鈍電流越低材料的耐蝕性能越好。例如，在0.1MH3BO3+0.025MNa2B4O7溶液中（圖9），納米孿晶鎳與鑄態(tài)純鎳相比，擊破電位升高，維鈍電流減小，通過(guò)納米孿晶后，鎳的耐蝕能力得到了明顯的提高。

圖9

再比如，通過(guò)載波鈍化處理之后，A890雙相別銹鋼的擊破電位變化別大，然而維鈍電流卻顯著下落，這講明載波后的雙相別銹鋼耐蝕能力明顯增強(qiáng)。圖10

圖10

在評(píng)價(jià)工程材料的耐蝕能力時(shí)，有如此一種很困擾的現(xiàn)象是經(jīng)常遇到的，如圖11所示。1Cr17Ni2別銹鋼的擊破電位低于1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼，然而1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼的維鈍電流卻高于1Cr17Ni2別銹鋼。依照上面介紹的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，非常難推斷那種材料的耐蝕性能更好。

圖11

所以，需要引入評(píng)價(jià)鈍性材料耐蝕性能的第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，愛(ài)護(hù)電位Ep。愛(ài)護(hù)電位經(jīng)過(guò)測(cè)試循環(huán)極化曲線獲得，用于表征材料在發(fā)生點(diǎn)蝕之后的自鈍化、自修補(bǔ)能力。按照ASTM循環(huán)極化曲線的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，掃描電位從相對(duì)開(kāi)路電位（OCP）-300mV開(kāi)始，至電流密度達(dá)到1mA.cm-2時(shí)，開(kāi)始負(fù)方向電位掃描，直至電位達(dá)到相對(duì)開(kāi)路電位（OCP）-300mV時(shí)結(jié)束，掃描速度1mV/s。負(fù)方向掃描曲線與陽(yáng)極極化曲線的交點(diǎn)即為愛(ài)護(hù)電位。1Cr17Ni2別銹鋼和1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼的循環(huán)極化曲線如圖12所示，能夠發(fā)覺(jué)1Cr17Ni2別銹鋼的負(fù)方向掃描曲線與陽(yáng)極極化曲線相交，而1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼的負(fù)方向掃描曲線則與陰極極化曲線相交，這講明1Cr17Ni2別銹鋼具有愛(ài)護(hù)電位，而1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼則沒(méi)有。也算是講，1Cr17Ni2別銹鋼在點(diǎn)蝕發(fā)生后，當(dāng)電位下落時(shí)可以修復(fù)點(diǎn)蝕蝕孔，使之發(fā)生再鈍化；而1Cr12Ni2WMoVNb別銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕往后，點(diǎn)蝕會(huì)別斷地進(jìn)展，別能修復(fù)。結(jié)合循環(huán)極化的結(jié)果，能夠推斷：雖然1Cr17Ni2別銹鋼的擊破電位低于

E(VAg/AgCl)

i(A.