材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)傾向由(you)其熱力(li)學穩定性決定,熱力(li)學上(shang)不穩定的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)具有(you)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)自(zi)發性。然(ran)而,造成的(de)(de)(de)破壞狀況(kuang)和程度大小則取決于(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)動力(li)學。定量評(ping)定材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性和腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度的(de)(de)(de)大小需要科(ke)學的(de)(de)(de)方法。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)類型(xing)不同,所采用的(de)(de)(de)評(ping)定方法也不同。
一、均勻腐蝕程度(du)的評定方法
對于全面腐(fu)蝕情況下的均勻腐(fu)蝕,通常采用下面介紹的質量法、深度法和電流密度法來表征腐蝕的平均速率。
1. 質量法(fa)
質(zhi)量(liang)法(fa)具(ju)有(you)靈敏(min)、有(you)效(xiao)、用(yong)途廣泛的(de)特點(dian),是(shi)最(zui)基本的(de)定量(liang)評定方法(fa)之(zhi)一。通過腐蝕(shi)前(qian)后的(de)質(zhi)量(liang)變化(hua)(增加或減(jian)少)來表(biao)示腐蝕(shi)的(de)平均速率(lv)。若腐蝕(shi)產(chan)物全部(bu)牢(lao)固地附(fu)著于(yu)試樣,或雖然有(you)脫(tuo)落(luo)但易(yi)(yi)于(yu)全部(bu)收集,則常用(yong)增重法(fa)來表(biao)示。反(fan)之(zhi),如果腐蝕(shi)產(chan)物完全脫(tuo)落(luo)或易(yi)(yi)于(yu)全部(bu)清除,則往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)失重法(fa)。平均腐蝕(shi)速率(lv)(單位時間(jian)單位面(mian)積(ji)的(de)質(zhi)量(liang)變化(hua))的(de)計算公式為(wei):
式中,為腐(fu)蝕速率,g/(m2?h); Aw 為試樣腐(fu)蝕前后質量的變化量, g;S 為試樣的表面積,m2;t為試樣腐(fu)蝕的時間(jian),h。
需要注意(yi)的是(shi),按式(shi)(1-1)計算腐(fu)蝕速(su)率是(shi)假定(ding)整個試(shi)驗周期內(nei)(nei)腐(fu)蝕始終以恒定(ding)的速(su)度進行,而(er)實際中(zhong)常(chang)常(chang)并非如此。當采用(yong)失重法(fa)時,應按有(you)關標準規定(ding)的方法(fa)去(qu)除試(shi)樣表(biao)面(mian)的殘余腐(fu)蝕產物。公式(shi)中(zhong)的S通常(chang)是(shi)利用(yong)試(shi)樣腐(fu)蝕前的表(biao)面(mian)積。當試(shi)驗周期內(nei)(nei)腐(fu)蝕導(dao)致試(shi)樣的表(biao)面(mian)積變化比較明(ming)顯(xian)時,將會(hui)影響(xiang)數據(ju)的真實性。
2. 深度法
從(cong)工程(cheng)應用角(jiao)度(du)上看,影(ying)響設備(bei)壽命和(he)安全的(de)(de)(de)重要指標(biao)是腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)后(hou)構件的(de)(de)(de)有(you)效截面尺寸。因此,用深(shen)度(du)法(fa)表(biao)示腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程(cheng)度(du)更有(you)實際意義,特別是衡(heng)量不(bu)同密度(du)的(de)(de)(de)材(cai)料的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程(cheng)度(du),目前(qian)該方法(fa)已被納(na)入有(you)關標(biao)準(zhun)(如我國國標(biao)GB10124—1988《金屬(shu)材(cai)料實驗(yan)室(shi)均(jun)勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)全浸(jin)試驗(yan)方法(fa)》,美國材(cai)料試驗(yan)協會標(biao)準(zhun) ASTM G1、ASTM G31等)。通過(guo)(guo)直接(jie)測(ce)量腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前(qian)后(hou)或腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)(guo)程(cheng)中某(mou)兩時刻的(de)(de)(de)試樣厚度(du),就可(ke)以(yi)得(de)到深(shen)度(du)法(fa)表(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)(失厚或增厚)。可(ke)選擇具有(you)足夠精度(du)的(de)(de)(de)工具和(he)儀器直接(jie)測(ce)量厚度(du)變化,也可(ke)以(yi)采用無(wu)損測(ce)厚的(de)(de)(de)方法(fa),如渦流法(fa)、超聲法(fa)、射線照相法(fa)和(he)電阻法(fa)等,破(po)壞法(fa)中以(yi)金相剖面法(fa)最(zui)為實用。深(shen)度(du)法(fa)表(biao)征的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)可(ke)以(yi)由質量法(fa)計算出的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)換算得(de)到,換算公式為:
式中,分別為(wei)深度法和(he)質量法表示(shi)的腐蝕速率,單位分別為(wei)mm/a和(he)g/(m2·h)。
對(dui)于腐(fu)(fu)蝕(shi)減薄情況(kuang)(kuang),p為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)材料的(de)(de)密度(du);對(dui)于增厚情況(kuang)(kuang),p為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)產物的(de)(de)密度(du)。但實(shi)際中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)產物密度(du)的(de)(de)準確值難以(yi)確定,因而式(1-2)一(yi)般僅適(shi)用于減薄情況(kuang)(kuang),p的(de)(de)單位為(wei)g/cm2。深度(du)法和質量法表征的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率也(ye)可以(yi)用其他的(de)(de)量綱單位。
根據深度法(fa)(fa)表征的(de)(de)腐蝕速率(lv)大小不(bu)(bu)同,可以將材料的(de)(de)耐蝕性分(fen)(fen)為不(bu)(bu)同的(de)(de)等級(ji)(ji)(ji),表1-2給(gei)出(chu)了 10 級(ji)(ji)(ji)標準分(fen)(fen)類法(fa)(fa)。該分(fen)(fen)類方(fang)法(fa)(fa)對有(you)(you)些工程應(ying)用(yong)(yong)背(bei)景而言(yan)顯得過細(xi),因此還有(you)(you)低于10 級(ji)(ji)(ji)的(de)(de)其他分(fen)(fen)類法(fa)(fa)。但(dan)不(bu)(bu)管按幾級(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)類,其僅具有(you)(you)相對性和參(can)考性,科學地評定腐蝕等級(ji)(ji)(ji)還必須(xu)考慮具體的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)背(bei)景。
3. 電流密(mi)度表征法
金屬的(de)(de)(de)(de)電(dian)化(hua)學(xue)腐蝕(shi)是(shi)由陽極(ji)(ji)溶(rong)解導(dao)致的(de)(de)(de)(de),因而電(dian)化(hua)學(xue)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)速率可以用陽極(ji)(ji)反(fan)應的(de)(de)(de)(de)電(dian)流(liu)密度來表征。法拉第定(ding)律指出,當電(dian)流(liu)通(tong)(tong)過電(dian)解質(zhi)溶(rong)液時,電(dian)極(ji)(ji)上發生電(dian)化(hua)學(xue)變化(hua)的(de)(de)(de)(de)物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)量與(yu)通(tong)(tong)過的(de)(de)(de)(de)電(dian)量成(cheng)正(zheng)比,與(yu)電(dian)極(ji)(ji)反(fan)應中轉(zhuan)移的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷數(shu)成(cheng)反(fan)比。設通(tong)(tong)過陽極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)電(dian)流(liu)為(wei)I,通(tong)(tong)電(dian)時間(jian)為(wei)t,則時間(jian)內通(tong)(tong)過電(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)電(dian)量為(wei) It,相(xiang)應溶(rong)解掉的(de)(de)(de)(de)金屬的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量 Am 為(wei)
前面所介紹(shao)的腐(fu)蝕速率表征方法均(jun)適用(yong)于(yu)均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕情況。而對于(yu)非均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕,即使是全面腐(fu)蝕,上述方法也不適用(yong),這時(shi)需要借(jie)助其他方法來評定腐(fu)蝕程度。
二、局部腐(fu)蝕程度的(de)評定方(fang)法
包括應(ying)力作用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)在內的(de)(de)(de)(de)廣義局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)特點(dian)是材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量損失很小(xiao),但是,材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)可能(neng)會(hui)很嚴重。例如,點(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)可能(neng)造成容(rong)器穿孔,應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)會(hui)導致構件(jian)斷(duan)裂,晶間腐蝕(shi)(shi)(shi)和選擇性腐蝕(shi)(shi)(shi)雖然通(tong)常不會(hui)引起(qi)材(cai)料(liao)質(zhi)(zhi)量和尺寸的(de)(de)(de)(de)明顯變(bian)化,但卻會(hui)使材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)顯著下降。因此,評價局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)程度(du)(du)不能(neng)簡(jian)單地(di)采用(yong)(yong)(yong)前(qian)面介紹的(de)(de)(de)(de)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)均勻(yun)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法,這時需(xu)要(yao)根據(ju)具體腐蝕(shi)(shi)(shi)類型,以及(ji)對(dui)材(cai)料(liao)或(huo)結構安全(quan)可靠(kao)性的(de)(de)(de)(de)影響等來選擇適用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)評定(ding)方(fang)法。例如,對(dui)于(yu)(yu)(yu)點(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)評定(ding),可以采用(yong)(yong)(yong)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)密(mi)度(du)(du)、平(ping)均點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)、最(zui)大點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)等指標進行綜合(he)評價。斷(duan)裂壽命或(huo)斷(duan)裂時間法適用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)應(ying)力作用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi),電阻率的(de)(de)(de)(de)改變(bian)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)多數(shu)局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)。測定(ding)腐蝕(shi)(shi)(shi)前(qian)后試(shi)件(jian)力學強(qiang)度(du)(du)或(huo)斷(duan)裂延(yan)伸率的(de)(de)(de)(de)變(bian)化,不僅適用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)評定(ding)全(quan)面腐蝕(shi)(shi)(shi)(均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)或(huo)不均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)),更有利于(yu)(yu)(yu)評定(ding)各類局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)。針對(dui)不同類型的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)還(huan)有特定(ding)的(de)(de)(de)(de)評定(ding)方(fang)法。
