CSTM-金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法編制說明

《金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）《金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法》項(xiàng)目工作組2021年5月7日《金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）一、目的意義腐蝕、磨損及斷裂是工程材料失效的三大主要方式，它們往往交互存在。學(xué)者們把腐蝕環(huán)境中結(jié)構(gòu)件因摩擦而出現(xiàn)的表面材料流失現(xiàn)象稱為腐蝕磨損(corrosiveabrasion/erosioncorrosion)，簡稱磨蝕，其中磨料磨損尤為常見，其在礦山冶金、水利電力、石油化工、海洋工程、核電工業(yè)等關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)命脈的關(guān)鍵工業(yè)行業(yè)中普遍存在。區(qū)別于單一的腐蝕及磨料磨損行為，腐蝕磨料磨損作用由于存在腐蝕與磨料磨損的交互作用而對金屬材料的破壞性更強(qiáng)。以礦山濕磨工況為例，為了提高礦石球磨效率，多采用濕態(tài)磨損的方法。然而據(jù)比較，濕態(tài)條件下材料的磨蝕失重約為干態(tài)條件下的5-7倍，這使得濕式球磨機(jī)用襯板使用壽命大幅降低。在水利行業(yè)中，水輪機(jī)遭受明顯的沖刷腐蝕磨損作用，腐蝕磨料磨損交互作用最高可占到金屬材料總損傷的60%以上。作為目前腐蝕磨損領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，測量金屬材料腐蝕磨料磨損的交互作用是判定金屬材料在服役工況下?lián)p傷原因的主要依據(jù)，也是揭示金屬材料失效機(jī)理的重要基礎(chǔ)。對腐蝕磨料磨損工況下的服役金屬材料成分-性能設(shè)計有重要實(shí)際意義，同時也是促進(jìn)材料腐蝕/磨損學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵。目前，對于各種形式的腐蝕磨料磨損行為，已形成了不同種類的分析測試方法，如振動空蝕試驗(yàn)方法、鋼鐵材料沖擊腐蝕磨損試驗(yàn)方法等，極大推進(jìn)了材料腐蝕磨損測試的規(guī)范化。然而，國內(nèi)外尚缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范金屬材料腐蝕磨損交互作用試驗(yàn)。出現(xiàn)在各種金屬材料腐蝕磨損失效分析中的交互作用試驗(yàn)方法五花八門，缺乏橫向可比性，給閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的讀者可能產(chǎn)生一定的誤導(dǎo)。因此，有必要建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)方法，為行業(yè)提供更有參考意義的試驗(yàn)結(jié)果，助力耐腐蝕磨損金屬新材料的設(shè)計與開發(fā)，促進(jìn)國內(nèi)耐磨材料行業(yè)的健康快速發(fā)展。二、預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效益本團(tuán)體術(shù)語和定義標(biāo)準(zhǔn)從一般原則、材料、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)一般方法和試驗(yàn)報告等全方面明確規(guī)范金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法，力圖為相關(guān)領(lǐng)域的研究者、企業(yè)等群體提供一套具體可行的金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用測試、評價方法，以幫助從業(yè)人員更加清晰地獲得金屬材料磨蝕過程中的損傷行為及機(jī)制，進(jìn)而促進(jìn)磨料磨損工藝改進(jìn)及新材料、產(chǎn)品研發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)我國耐磨材料行業(yè)的健康快速發(fā)展。同時，本標(biāo)準(zhǔn)的制定為金屬材料磨料磨損性能評價標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善奠定基礎(chǔ)，有益于完善和健全我國磨損試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，促進(jìn)材料研究的發(fā)展，提高可靠性評價水平，具有重要的社會效益。三、工作簡況3.1任務(wù)來源本項(xiàng)目是依據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布的材試標(biāo)字[2020]072號CSTM標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法》立項(xiàng)計劃（項(xiàng)目編號CSTMLX990100648-2021）編制，項(xiàng)目名稱“金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法”。3.2主要工作過程（1）立項(xiàng)階段立項(xiàng)之前，標(biāo)準(zhǔn)起草單位對國內(nèi)的大專院校、科研院所、復(fù)合材料企業(yè)等單位進(jìn)行了大量調(diào)研，對標(biāo)準(zhǔn)的檢測理論、方法及設(shè)備進(jìn)行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會的通知，針對《金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法》的標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所成立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制計劃，標(biāo)準(zhǔn)制定正式開始。（2）起草階段2020年5月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制起草小組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研和任務(wù)落實(shí)，完成標(biāo)準(zhǔn)草案的初步修改，并且對外征集參加標(biāo)準(zhǔn)制定意向的單位。2020年7月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制小組討論了標(biāo)準(zhǔn)文本內(nèi)容，討論了術(shù)語及定義、評價測試的一般原則、試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)的一般方法等技術(shù)問題，并做了修改。2020年9月，編制起草小組經(jīng)過前期技術(shù)驗(yàn)證與理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)，同時，積極與行業(yè)協(xié)會，與團(tuán)體成員單位進(jìn)行研討，明確了各家單位的任務(wù)分工，由廣東省科學(xué)院材料與加工研究所負(fù)責(zé)整個標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的統(tǒng)籌策劃，標(biāo)準(zhǔn)草案撰寫等，其他幾家單位提供測試樣品，提出修改意見，共同修改完善標(biāo)準(zhǔn)。2021年1月，編制起草小組重點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)名稱、范圍、術(shù)語和定義、一般原則、材料、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)一般方法和試驗(yàn)報告等部分進(jìn)行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細(xì)研討本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，最終確定標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。四、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則本標(biāo)準(zhǔn)本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行制定，按照GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》給出的規(guī)則起草，參照用戶的需求，規(guī)定了金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)一般方法關(guān)于術(shù)語和定義、一般原則、材料、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)一般方法和試驗(yàn)報告的技術(shù)要求，適用于金屬材料在電化學(xué)腐蝕磨料磨損服役工況下的腐蝕與磨料磨損交互作用的測定。此外，積極采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，本著促進(jìn)耐磨材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量；合理利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益；滿足用戶要求，促進(jìn)對外貿(mào)易的原則編寫。五、標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容說明（1）關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“范圍”。結(jié)合材料損傷理論及其實(shí)際服役情況，經(jīng)過討論，本標(biāo)準(zhǔn)主要用于測試分析礦山、水利、石油、化工、海工等行業(yè)中遭受腐蝕磨損損傷的金屬材料的主導(dǎo)損傷因素。規(guī)定了術(shù)語和定義、一般原則、材料、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)一般方法和試驗(yàn)報告等。（2）“規(guī)范性引用文件”。經(jīng)過討論，引用現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了該部分的描述，與最新的標(biāo)準(zhǔn)制定要求一致。（3）關(guān)于“術(shù)語和定義”?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T17754中界定的術(shù)語適用于本標(biāo)準(zhǔn)，另外給出了3.1“電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用”、3.2“純電化學(xué)腐蝕作用”、3.3“純磨料磨損作用”的定義。（4）關(guān)于“一般原則”。概述了電化學(xué)腐蝕磨料磨損試驗(yàn)的特點(diǎn)與過程，以及試驗(yàn)過程中可能存在的情況。（5）關(guān)于“材料”。5.1、5.2、5.3、5.4和5.5分別描述了試驗(yàn)試樣的詳情、加工情況、清晰、打磨以及標(biāo)記情況。（6）關(guān)于“試驗(yàn)介質(zhì)”。6.1、6.2、6.3、6.4、6.5分別明確了試驗(yàn)介質(zhì)的組成、介質(zhì)特性、實(shí)驗(yàn)室配置、固液含量配比以及試驗(yàn)過程中對試驗(yàn)介質(zhì)的控制。（7）關(guān)于“試驗(yàn)設(shè)備”。7.1明確了試驗(yàn)測量儀器的一般要求。7.2明確了試驗(yàn)設(shè)備選擇與使用。7.3明確了腐蝕磨損試驗(yàn)設(shè)備的加裝與改進(jìn)情況。（8）關(guān)于“試驗(yàn)一般方法”。8.1明確了試驗(yàn)的一般要求，包括對主要試驗(yàn)組成、試驗(yàn)控制、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)方法、磨料磨損試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕磨料磨損試驗(yàn)過程及操作、磨料磨損試驗(yàn)、試驗(yàn)時間、溫度等進(jìn)行了規(guī)范。8.2明確了試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理，包括對試驗(yàn)結(jié)果的表示及單位、電化學(xué)腐蝕失重速率計算、磨料磨損試驗(yàn)失重測量、電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用分析計算、交互作用結(jié)果分析及后續(xù)表面損傷表征。（9）關(guān)于“試驗(yàn)報告”。規(guī)定了試驗(yàn)報告中應(yīng)該明確給出的信息。六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果說明本標(biāo)準(zhǔn)為新標(biāo)準(zhǔn)制定，統(tǒng)計分析了相關(guān)科技學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，并對標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的性能指標(biāo)都進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，在試驗(yàn)樣品的選擇上，盡量做到數(shù)量充分，具有代表性。以下是采用本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的低碳中鉻合金鋼及高錳鋼材料在PH為4.2的銅礦漿溶液中的電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用試驗(yàn)測試結(jié)果。表交互作用測試結(jié)果鋼種總失重速率(gm-2h-1)純電化學(xué)腐蝕失重速率(gm-2h-1)純磨料磨損失重速率(gm-2h-1)交互作用損傷速率(gm-2h-1)合金鋼12.990.012.300.68合金鋼21.540.101.350.09高錳鋼3.310.232.810.27由此可知，這些鋼種在銅礦漿介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕磨料磨損作用下，純磨料磨損作用是造成其損傷最主導(dǎo)的因素，因此建議在選擇或設(shè)計新材料時采用耐磨性能更好的鋼種。上述試驗(yàn)結(jié)果表明本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的內(nèi)容切實(shí)可行。七、與國際、國外標(biāo)準(zhǔn)對比情況早在19世紀(jì)中期，腐蝕磨損現(xiàn)象就引起了學(xué)者的注意。到20世紀(jì)60年代，逐漸有系統(tǒng)的學(xué)術(shù)論文公開發(fā)表。早期，研究者們多通過宏觀方法，如失重及表面損傷表征等對磨蝕過程進(jìn)行分析，并重點(diǎn)解釋損傷現(xiàn)象，而在磨蝕機(jī)理研究方面較為欠缺。直到80年代中后期，研究者們才開始真正系統(tǒng)地研究腐蝕磨損的內(nèi)在機(jī)制，并形成了腐蝕磨損交互作用的研究方法。這一研究方法是將腐蝕磨損損傷分解為純腐蝕、純磨損及交互作用損傷，由此可分析腐蝕磨損作用關(guān)系，國外學(xué)者在運(yùn)用該方法研究腐蝕-磨損交互作用方面經(jīng)驗(yàn)豐富。有學(xué)者長期致力于腐蝕磨損交互作用機(jī)制圖的構(gòu)建，建立了多種材料在不同環(huán)境中的腐蝕磨損交互作用機(jī)制圖，并與環(huán)境參數(shù)相關(guān)聯(lián)，將磨蝕機(jī)理歸納為腐蝕主導(dǎo)型、磨損主導(dǎo)型及交互作用主導(dǎo)型。當(dāng)前腐蝕磨損交互作用分析方法逐漸開始被廣泛應(yīng)用，但腐蝕與磨損種類較多，不同形式腐蝕磨損之間存在明顯差異，且尚未形成針對金屬材料電化學(xué)腐蝕磨料磨損交互作用分析的專有標(biāo)準(zhǔn)。因此也導(dǎo)致試驗(yàn)方法多種多樣，且部分試驗(yàn)方法存