材(cai)料的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)傾向(xiang)由(you)其熱力(li)學穩(wen)定(ding)(ding)性決(jue)定(ding)(ding),熱力(li)學上不穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)材(cai)料具(ju)有腐蝕(shi)(shi)自發性。然而,造(zao)成的(de)(de)(de)破(po)壞狀(zhuang)況和(he)程度(du)(du)大(da)小則取決(jue)于腐蝕(shi)(shi)動(dong)力(li)學。定(ding)(ding)量評(ping)定(ding)(ding)材(cai)料的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性和(he)腐蝕(shi)(shi)程度(du)(du)的(de)(de)(de)大(da)小需(xu)要科學的(de)(de)(de)方法(fa)。腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)類型不同,所(suo)采用(yong)的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)方法(fa)也不同。
一、均勻腐蝕程度的(de)評定方法
對于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕,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
質(zhi)量(liang)法(fa)(fa)具(ju)有靈敏、有效、用(yong)途(tu)廣泛的(de)(de)特點,是最基(ji)本的(de)(de)定量(liang)評定方法(fa)(fa)之一。通過腐(fu)(fu)蝕前后的(de)(de)質(zhi)量(liang)變化(增(zeng)(zeng)加或減少)來表示腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)平(ping)均(jun)速(su)率(lv)。若腐(fu)(fu)蝕產物全(quan)部牢固地(di)附著于(yu)(yu)試樣(yang),或雖(sui)然有脫落但易(yi)于(yu)(yu)全(quan)部收集,則常用(yong)增(zeng)(zeng)重法(fa)(fa)來表示。反之,如(ru)果腐(fu)(fu)蝕產物完全(quan)脫落或易(yi)于(yu)(yu)全(quan)部清除,則往往采用(yong)失重法(fa)(fa)。平(ping)均(jun)腐(fu)(fu)蝕速(su)率(lv)(單(dan)位時(shi)間單(dan)位面積的(de)(de)質(zhi)量(liang)變化)的(de)(de)計算公式(shi)為:
式(shi)中,為腐蝕速率(lv),g/(m2?h); Aw 為試(shi)樣(yang)腐蝕前后質量(liang)的變化(hua)量(liang), g;S 為試(shi)樣(yang)的表面積(ji),m2;t為試(shi)樣(yang)腐蝕的時間,h。
需要注意的是(shi),按(an)式(shi)(shi)(1-1)計算腐(fu)蝕速(su)(su)率是(shi)假(jia)定(ding)整個(ge)試(shi)驗周期(qi)內腐(fu)蝕始終以恒定(ding)的速(su)(su)度進(jin)行,而實際中(zhong)常(chang)常(chang)并非如此。當采用失重法時(shi),應按(an)有關(guan)標準規(gui)定(ding)的方法去除試(shi)樣(yang)表面的殘余腐(fu)蝕產物。公式(shi)(shi)中(zhong)的S通常(chang)是(shi)利(li)用試(shi)樣(yang)腐(fu)蝕前的表面積(ji)。當試(shi)驗周期(qi)內腐(fu)蝕導致試(shi)樣(yang)的表面積(ji)變化比較明顯時(shi),將會影響數據的真實性。
2. 深度法
從(cong)工(gong)程應用(yong)角度(du)(du)上(shang)看(kan),影響設備壽(shou)命和安全的(de)(de)重要指標(biao)是(shi)腐(fu)蝕(shi)后構件的(de)(de)有效截(jie)面尺寸。因此,用(yong)深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表示腐(fu)蝕(shi)程度(du)(du)更有實際意(yi)義,特別是(shi)衡量(liang)(liang)(liang)不同(tong)密度(du)(du)的(de)(de)材(cai)料(liao)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)程度(du)(du),目前該(gai)方(fang)法(fa)(fa)已被(bei)納入有關標(biao)準(如(ru)我國(guo)(guo)國(guo)(guo)標(biao)GB10124—1988《金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)實驗(yan)室均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)全浸(jin)試(shi)驗(yan)方(fang)法(fa)(fa)》,美國(guo)(guo)材(cai)料(liao)試(shi)驗(yan)協(xie)會(hui)標(biao)準 ASTM G1、ASTM G31等(deng))。通過直接測量(liang)(liang)(liang)腐(fu)蝕(shi)前后或(huo)(huo)腐(fu)蝕(shi)過程中某(mou)兩時(shi)刻的(de)(de)試(shi)樣厚(hou)(hou)度(du)(du),就可(ke)以得到深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表征(zheng)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率(失厚(hou)(hou)或(huo)(huo)增厚(hou)(hou))。可(ke)選擇具有足夠精度(du)(du)的(de)(de)工(gong)具和儀器直接測量(liang)(liang)(liang)厚(hou)(hou)度(du)(du)變(bian)化,也可(ke)以采用(yong)無(wu)損測厚(hou)(hou)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa),如(ru)渦流法(fa)(fa)、超(chao)聲法(fa)(fa)、射線照相法(fa)(fa)和電阻法(fa)(fa)等(deng),破(po)壞法(fa)(fa)中以金(jin)(jin)相剖面法(fa)(fa)最(zui)為(wei)實用(yong)。深(shen)度(du)(du)法(fa)(fa)表征(zheng)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率可(ke)以由質量(liang)(liang)(liang)法(fa)(fa)計算出的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率換(huan)算得到,換(huan)算公式為(wei):
式中,分(fen)別為深(shen)度(du)法和質量(liang)法表示的腐蝕速率,單位分(fen)別為mm/a和g/(m2·h)。
對于(yu)腐(fu)(fu)蝕減(jian)薄情(qing)(qing)況,p為腐(fu)(fu)蝕材料的密(mi)(mi)度(du);對于(yu)增厚情(qing)(qing)況,p為腐(fu)(fu)蝕產物的密(mi)(mi)度(du)。但實際中腐(fu)(fu)蝕產物密(mi)(mi)度(du)的準確值難以確定,因而式(1-2)一般(ban)僅適用于(yu)減(jian)薄情(qing)(qing)況,p的單位為g/cm2。深(shen)度(du)法(fa)和質量法(fa)表征(zheng)的腐(fu)(fu)蝕速率也可以用其他的量綱單位。
根據深度法表征的腐蝕(shi)(shi)速率大小不同,可(ke)以將材料的耐蝕(shi)(shi)性(xing)分為(wei)不同的等級(ji),表1-2給出了 10 級(ji)標(biao)準分類(lei)(lei)法。該分類(lei)(lei)方(fang)法對有些(xie)工程應(ying)用背景而(er)言(yan)顯得過細,因此(ci)還(huan)(huan)有低(di)于10 級(ji)的其他(ta)分類(lei)(lei)法。但不管按幾級(ji)分類(lei)(lei),其僅(jin)具有相(xiang)對性(xing)和參考(kao)性(xing),科學地評定腐蝕(shi)(shi)等級(ji)還(huan)(huan)必須考(kao)慮具體(ti)的應(ying)用背景。
3. 電流密度(du)表征法
金屬的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學腐(fu)蝕(shi)是由陽極(ji)(ji)溶解(jie)導致的,因而電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學腐(fu)蝕(shi)的速率可以用陽極(ji)(ji)反(fan)應(ying)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密度來表征。法拉第(di)定律指(zhi)出,當電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)通(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質溶液時(shi),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)上發生電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學變化的物質的量(liang)與通(tong)(tong)過(guo)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)成正比(bi),與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)反(fan)應(ying)中轉移的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)數成反(fan)比(bi)。設通(tong)(tong)過(guo)陽極(ji)(ji)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)為I,通(tong)(tong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)間(jian)為t,則(ze)時(shi)間(jian)內通(tong)(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)為 It,相應(ying)溶解(jie)掉的金屬的質量(liang) Am 為
前面所介(jie)紹(shao)的腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)表征方(fang)法(fa)均適用(yong)于(yu)均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)情況。而(er)對(dui)于(yu)非均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),即使(shi)是(shi)全(quan)面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),上述方(fang)法(fa)也不適用(yong),這時(shi)需要借助其他方(fang)法(fa)來評(ping)定腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)程度。
二(er)、局(ju)部腐蝕程度的(de)評定方法
包括(kuo)應(ying)(ying)力作用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)在(zai)內的(de)(de)(de)廣義局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)特點(dian)是材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)質(zhi)量損失很(hen)小,但是,材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)能會(hui)很(hen)嚴重。例如,點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)能造成(cheng)容器穿孔,應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)會(hui)導致構(gou)件斷裂,晶間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和選(xuan)擇性腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)雖然通(tong)常不(bu)(bu)會(hui)引(yin)起(qi)材(cai)料(liao)質(zhi)量和尺寸(cun)的(de)(de)(de)明(ming)顯變化(hua),但卻會(hui)使材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)強度顯著下(xia)降(jiang)。因此,評(ping)價(jia)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)程度不(bu)(bu)能簡單地采用(yong)(yong)前面介紹的(de)(de)(de)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)均(jun)(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa),這時需要根據具體腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)類(lei)型(xing)(xing),以及(ji)對(dui)材(cai)料(liao)或結構(gou)安全可(ke)(ke)靠性的(de)(de)(de)影(ying)響等(deng)來選(xuan)擇適(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)方(fang)(fang)法(fa)。例如,對(dui)于(yu)(yu)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding),可(ke)(ke)以采用(yong)(yong)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)密度、平均(jun)(jun)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度、最大點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度等(deng)指標進行綜合評(ping)價(jia)。斷裂壽命(ming)或斷裂時間法(fa)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)應(ying)(ying)力作用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),電阻率的(de)(de)(de)改變適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)多數局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。測定(ding)(ding)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前后試(shi)件力學強度或斷裂延(yan)伸率的(de)(de)(de)變化(hua),不(bu)(bu)僅適(shi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)評(ping)定(ding)(ding)全面腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)或不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)),更有利于(yu)(yu)評(ping)定(ding)(ding)各類(lei)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。針對(dui)不(bu)(bu)同類(lei)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)還有特定(ding)(ding)的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)方(fang)(fang)法(fa)。
