金屬腐蝕(shi)可分為全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕主要包括晶間腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕(shi)、應力腐蝕開裂,選擇性腐蝕等。不銹鋼和耐蝕合金雖然是以耐蝕為目的,但對于各種形式的腐蝕,不一定都具有優良的耐蝕性,不同材料對不同類型的腐蝕介質具有不同的耐蝕性。判斷材料耐蝕性的試驗方法,也按腐蝕的種類而有所不同,試驗的目的是比較準確測試材料對某種介質、某種腐蝕類型的耐蝕性。下面是常見幾種腐蝕試驗方法:
一、金(jin)屬的實驗室重量法腐(fu)蝕(shi)試驗
它是(shi)(shi)根據腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)前后(hou)試(shi)(shi)樣重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)變化(hua)來測定金屬(shu)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率,并(bing)以此判斷(duan)材料的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性能(neng)。試(shi)(shi)驗時,如果金屬(shu)溶解于介質中,試(shi)(shi)樣的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)減小,可以用(yong)失(shi)量(liang)(liang)法(fa)測量(liang)(liang);如果腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物的(de)(de)(de)組(zu)分已知(zhi),并(bing)且(qie)牢固地(di)附(fu)著在金屬(shu)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上,或者腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物完(wan)全(quan)(quan)能(neng)收集起來,可以用(yong)增(zeng)重(zhong)(zhong)法(fa)測量(liang)(liang);如果當(dang)金屬(shu)溶解時,一(yi)部(bu)分腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物脫落,一(yi)部(bu)分溶解的(de)(de)(de)金屬(shu)又沉(chen)積在金屬(shu)試(shi)(shi)樣表(biao)面(mian)上,那末,試(shi)(shi)樣可能(neng)是(shi)(shi)增(zeng)重(zhong)(zhong),也可能(neng)是(shi)(shi)失(shi)重(zhong)(zhong)。然而試(shi)(shi)樣既有(you)明顯(xian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),而增(zeng)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)與失(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)相等,試(shi)(shi)樣重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)完(wan)全(quan)(quan)不變的(de)(de)(de)情況,在實際(ji)中卻是(shi)(shi)極罕見的(de)(de)(de)。失(shi)重(zhong)(zhong)法(fa)是(shi)(shi)常(chang)見金屬(shu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)法(fa)中最常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)方法(fa),但它只適應(ying)全(quan)(quan)面(mian)(均(jun)勻(yun))腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),對于有(you)高度選(xuan)擇性的(de)(de)(de)局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)毫無(wu)意義。
在實(shi)驗(yan)室進行腐(fu)蝕試驗(yan)時,應(ying)(ying)盡量(liang)模擬有關(guan)的(de)(de)現(xian)場(chang)條(tiao)(tiao)件,如果條(tiao)(tiao)件允許的(de)(de)話,應(ying)(ying)采(cai)用現(xian)場(chang)腐(fu)蝕介質(zhi)做試驗(yan),當然也可采(cai)用模擬生產的(de)(de)介質(zhi),加(jia)速腐(fu)蝕試驗(yan)介質(zhi)以及實(shi)驗(yan)室的(de)(de)介質(zhi)等。不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)5%硫酸腐(fu)蝕試驗(yan)方法(GB4334.6--84),主要(yao)適(shi)用測定含鉬(mu)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在沸騰5%硫酸溶液中的(de)(de)腐(fu)蝕失重量(liang),以試驗(yan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐均勻腐(fu)蝕性能。
二、晶間(jian)腐蝕試驗(yan)方法
晶間(jian)腐蝕試(shi)驗方法很多,這些試(shi)驗方法的(de)原理和適(shi)用范圍各不相同(tong),不同(tong)的(de)試(shi)驗方法適(shi)用于不同(tong)的(de)不銹鋼、合(he)金及(ji)不同(tong)的(de)環(huan)境介質,因此(ci),正確地、合(he)理地選擇晶間(jian)腐蝕試(shi)驗方法極為重要。
晶間腐蝕試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)大致可以(yi)(yi)分(fen)為(wei)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)、電化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)及物理試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)三大類(lei)。化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)很多(見表2-1),比(bi)較(jiao)成(cheng)熟,應用廣泛(fan),其中一(yi)部分(fen)已列入(ru)國標(biao),常(chang)見的(de)(de)硫(liu)酸-硫(liu)酸銅試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)和沸騰硝酸試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)以(yi)(yi)后重點將介紹(shao)。電化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)是正(zheng)在發展(zhan)中的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa),尚未標(biao)準化(hua)(hua)(hua)(hua),它的(de)(de)最(zui)大優點是快(kuai)速(su),不破壞(huai)試(shi)樣,世界(jie)上(shang)許多國家(jia)對這一(yi)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)進(jin)行了廣泛(fan)的(de)(de)研(yan)究(jiu),有希望發展(zhan)成(cheng)為(wei)一(yi)類(lei)快(kuai)速(su)、非破壞(huai)性(xing)的(de)(de)現(xian)場試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)。物理檢驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)中是以(yi)(yi)金相法(fa)(fa)和彎曲法(fa)(fa)應用最(zui)廣,特別是金相檢驗(yan)方(fang)(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)應用較(jiao)為(wei)廣泛(fan)。利(li)用金相或現(xian)代設備如電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)和電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)探針等獲(huo)得(de)晶粒邊界(jie)附近(jin)的(de)(de)組織結構和化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua),判(pan)斷晶間腐蝕傾向。
三、孔蝕試(shi)驗方法
孔(kong)蝕(shi)試(shi)驗方(fang)(fang)法(fa),概括(kuo)起來可以(yi)分(fen)為兩(liang)大類(lei):一(yi)類(lei)是(shi)(shi)(shi)(shi)化(hua)學(xue)(xue)浸泡(pao)法(fa),另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)(shi)(shi)(shi)電化(hua)學(xue)(xue)測(ce)(ce)量法(fa)。化(hua)學(xue)(xue)浸泡(pao)法(fa)見表(biao)2-2,這(zhe)些(xie)(xie)方(fang)(fang)法(fa)一(yi)直為人們(men)廣泛采用,技術上(shang)(shang)也較(jiao)成熟,目(mu)前國內(nei)(nei)(nei)及許(xu)多(duo)國家都有(you)這(zhe)方(fang)(fang)面的(de)(de)標準,國內(nei)(nei)(nei)也有(you)這(zhe)方(fang)(fang)面的(de)(de)標準,另(ling)外還有(you)一(yi)些(xie)(xie)試(shi)驗方(fang)(fang)法(fa)已經(jing)開展了(le)(le)許(xu)多(duo)工(gong)作,并得到了(le)(le)認可。化(hua)學(xue)(xue)浸泡(pao)方(fang)(fang)法(fa)是(shi)(shi)(shi)(shi)將試(shi)樣浸泡(pao)在(zai)某些(xie)(xie)加速的(de)(de)或天然(ran)的(de)(de)腐蝕(shi)環境(jing)里(li),通過(guo)測(ce)(ce)量蝕(shi)孔(kong)的(de)(de)重量損失(shi)、數目(mu)、深度(du)和(he)大小,測(ce)(ce)定金屬或合(he)金的(de)(de)耐孔(kong)蝕(shi)性(xing)能(neng),或者通過(guo)測(ce)(ce)量臨界孔(kong)蝕(shi)溫度(du),蝕(shi)孔(kong)成核所需的(de)(de)最低離子濃度(du),確(que)定金屬和(he)合(he)金的(de)(de)孔(kong)蝕(shi)敏感性(xing)。采用這(zhe)類(lei)方(fang)(fang)法(fa)測(ce)(ce)量的(de)(de)最大優點(dian)是(shi)(shi)(shi)(shi)陰陽(yang)極過(guo)程均在(zai)發(fa)生(sheng)(sheng)孔(kong)蝕(shi)的(de)(de)試(shi)樣上(shang)(shang)進(jin)(jin)行(xing)(xing),具(ju)有(you)較(jiao)大的(de)(de)陰極面積,蝕(shi)孔(kong)不在(zai)表(biao)面上(shang)(shang)發(fa)展,而是(shi)(shi)(shi)(shi)向試(shi)樣內(nei)(nei)(nei)部發(fa)展,這(zhe)與生(sheng)(sheng)產實(shi)際情(qing)況(kuang)相(xiang)符(fu)。但是(shi)(shi)(shi)(shi),在(zai)天然(ran)條件(jian)下(xia)進(jin)(jin)行(xing)(xing)測(ce)(ce)量時(shi)不方(fang)(fang)便、費(fei)時(shi)間。
最常用的化學浸泡法有:三氯化鐵試驗(GB4334.7-84),它是將按要求加工成的試樣放在6% FeCl3溶液中,在一定的溫度下(35℃或50℃)和一定的試驗時間(72h)內,測得試樣的失重、蝕孔數目及尺寸大小來評價材料的耐孔蝕性能;臨界孔蝕溫度試驗,它是利用材料在一定溫度范圍內,溫度升高,孔蝕電位變負,孔蝕也就容易產生這一原理,通過試驗,在一定的試驗溶液中,如10% FeCl3,找出試樣出現孔蝕現象的最低溫度,一般說來,臨界孔蝕溫度越低,耐孔蝕性越差;最低氯離子濃度試驗,它是利用陰離子濃度越高越易產生孔蝕,對具體的某種材料,只有當溶液中破壞鈍化膜的浸蝕性陰離子濃度達到某一臨界濃度時,孔蝕才會產生,因此產生孔蝕的最低氯離子濃度越小,材料對孔蝕越敏感。
電化學測量法是通過測量金屬和合金的孔蝕特征電位(臨界孔蝕電位和孔蝕保護電位)來確定它們的孔蝕傾向性的,這一方法雖然具有電化學測量所特有的快速的優點,但與實際生產情況有所不同。臨界孔蝕電位Eb是指材料產生孔蝕,且蝕孔能持續發展的最低電位。保護電位Ep是指已發展的蝕孔重新鈍化的最高電位。當材料在給定的介質中自然腐蝕電位Eo的數值大于Eb時,材料就產生孔蝕,材料Eb越正,耐孔蝕性能越好。當Eo>Ep時,鈍化膜開始發生破裂,開始溶解,但只要Eo<Eb,(也就是Ep<Eo<Eb)時由于鈍化膜破壞和金屬溶解所生成的微小凹陷,不可能擴展成蝕孔,材料的Ep越正,鈍化膜越難破裂,耐孔蝕性越好。
四、應力腐蝕破裂(lie)試驗
根據(ju)加載方法(fa)(fa)(fa)的(de)不同,可(ke)以分(fen)為恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變(bian)(bian)法(fa)(fa)(fa)、恒(heng)(heng)(heng)載荷(he)法(fa)(fa)(fa)和恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)(fa)(fa)。恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變(bian)(bian)法(fa)(fa)(fa)是通過某(mou)些機(ji)械手(shou)段,如手(shou)工 撬杠尋壓機(ji)等把(ba)一(yi)(yi)定(ding)尺寸的(de)試(shi)樣(yang)彎(wan)至預定(ding)形態如U型、C型、彎(wan)梁型等,然后(hou)固(gu)(gu)定(ding);恒(heng)(heng)(heng)載荷(he)法(fa)(fa)(fa)是將試(shi)樣(yang)一(yi)(yi)端固(gu)(gu)定(ding),另一(yi)(yi)端加上(shang)某(mou)一(yi)(yi)恒(heng)(heng)(heng)定(ding)的(de)靜載荷(he),使(shi)試(shi)樣(yang)產生恒(heng)(heng)(heng)定(ding)應(ying)(ying)力;恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)法(fa)(fa)(fa)就是根據(ju)不同材料/介質體(ti)系,在(zai)(zai)特(te)定(ding)的(de)應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)數值(zhi),在(zai)(zai)一(yi)(yi)種專門的(de)設備-恒(heng)(heng)(heng)應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)試(shi)驗(yan)機(ji)上(shang),緩慢(man)而勻速地拉(la)伸試(shi)樣(yang)。在(zai)(zai)實(shi)際生產中,由于冷熱加工常常會產生殘余應(ying)(ying)力,焊接殘余應(ying)(ying)力是最常見的(de)一(yi)(yi)種,因此,焊接件也可(ke)用(yong)來作(zuo)為應(ying)(ying)力腐(fu)蝕破(po)裂(lie)試(shi)驗(yan)用(yong)試(shi)樣(yang)。
根據試驗介質的不同,可以分為3.5% NaCl溶液交替沉浸法,沸騰MgCl2溶液法,連多硫酸法,高溫高壓試驗法等,見表2-3。