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                金属腐蚀试验类型及方法有哪些?
                时间:2021-09-07 15:01:47   阅读

                腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后,许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作,并发表了调查报告。结果显示,腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。要减少、防止腐蚀给◇我们带来的损失,就需要了解材料腐蚀的特点。


                金属腐蚀基本介绍

                1、定义

                金属腐蚀是指金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。


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                金属︼的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增Ψ 加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。

                如:铁制品生锈(Fe2O3·xH2O),铝制品表面出▅现白斑(Al2O3),铜制品表面产生铜绿[Cu2(OH)2CO3],银器表面变黑(Ag2S,Ag2O)等都属于金属腐蚀,其中用量最大的金属——铁制品的腐蚀最为常见。


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                金属腐蚀分类

                1、金属腐蚀分类

                按照腐蚀形∞态分类,金属的腐蚀可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类:

                (1)均匀腐蚀

                (2)局部腐蚀:点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀


                2、均匀腐蚀(uniform corrosion)

                均匀腐蚀(又称全面腐蚀)是指在整个合金材料表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现象。其形貌特→征是发生全面腐蚀时,材料的厚度逐渐变薄,甚至腐蚀穿透。

                全面腐蚀是机械设备在实际使用中发生失效的基本形式。全面腐蚀代表材料总的重量损失。这种腐蚀可以通过简单的浸泡试验,或查阅腐Ψ蚀方面的文献资料,或凭生产经验加以预测,便于估计设备的寿命。在选用耐蚀材料时,其全面腐蚀性能是耐蚀性的最基本要求。


                3、点腐蚀(pitting corrosion)

                钝化型金属之所以能抗腐蚀乃是由于其表面能形成一层具有保护︽性的钝化膜。然而,一旦这层钝化膜遭到破坏,而又缺乏自钝化的条件或能力,金属就会发生腐蚀,如果腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域,并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑,而金属的大部分表面仍保持钝性的腐蚀现象,称为点¤腐蚀。

                特点:

                • 腐蚀集中于金属表面的很小范围内,并深入到金属内部;

                • 一种高度局部的腐蚀形态,也叫孔蚀;

                • 通常其腐蚀深度大于其孔径,严重时可使金属穿孔。


                4、晶间腐蚀(intergranular corrosion)

                晶粒间界是结晶方◣向不同的晶粒间紊乱错合的界域,因而,它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利区域。在某↓些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀。这种沿着ω材料晶粒间界先行发生的腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象,称为晶间腐蚀。

                特点:

                • 晶间腐蚀沿晶粒边界向内发展,外表没有腐蚀迹象,但晶界沉积有腐蚀产物;

                • 由金相№显微镜可以看到晶界呈现网状腐蚀;

                • 晶间腐蚀是晶界在一定条件下(温度、成分、腐蚀溶液等)产生化学和组织的变化导致耐蚀性降低而引起的。


                5、缝隙腐蚀(crevice corrosion)

                缝隙腐蚀是在电介质卐溶液中(特别是含有卤素离子的介质),在金属与金属或非金属表面之※间狭窄的缝隙内,由于溶液的移动收到阻滞,在缝隙内溶液中氧耗竭后,氯离子即从缝隙外向缝隙内迁移,又由于金属氯化物↑的水解自催化酸化过程,导致钝化膜的破裂,因而产生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。

                特点:

                • 缝隙腐蚀是孔蚀的一种特殊形态;

                • 发生在缝隙内(如焊、铆缝、垫片或沉积物下面的缝隙);

                • 破坏形态⌒为沟缝状,严重的可穿透。


                6、应力腐蚀

                机械设备零」件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,导致设备和零件失效,这种现象称为应力腐蚀开裂。

                根据∑ 介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等,而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

                机械设备和部件发生应力腐蚀开裂(SCC)必需同时满足材料、环境、应力三者的特定⊙条件。可产生应力腐蚀破坏的金属材料-环境□的组合主要有以下几种:

                (1)奥氏体不锈钢——氯离子、氯化物+蒸气、硫化氢、碱液等;

                (2)碳钢及低合金钢——碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸;

                (3)含钼奥氏体不锈钢——碱液、氯化物水①溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等;

                (4)黄铜——氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等;

                (5)钛——含盐酸的甲酸或乙醇、熔融氯化钠;

                (6)铝——湿硫化氢、含氢♀硫化氢、海水。


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                金属腐蚀试验

                1、金属腐蚀试验

                腐蚀试验的目的在于:

                • 在给定环境中确定各种防蚀措施的适应性、最佳选择、质量控制途径和预计采取这些措施后构件的服役寿命;

                • 评价材料∴的耐蚀性能;

                • 确定环境的侵蚀性,研究环境中杂质、添加剂等对腐蚀速度、腐蚀形态的作用;

                • 研究腐蚀产物对环境的污染作用;

                • 在分析构件失效原因时作再现性〖试验;

                • 研究腐蚀机制。

                金属腐蚀总√的来说分为均匀腐蚀和局部腐蚀(点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀)。

                对于均匀腐蚀,用重量法可以表征其腐蚀速率;对于局部腐蚀,则需要具体问题具体分析。电化学测试方法是均匀腐蚀和局⌒ 部腐蚀的通用测试方法。


                2、重量法腐蚀试验

                重量法是根据腐蚀前后试样重量的变化来测定金属的腐蚀速率,并以此判断材料的耐蚀性能。

                试验时,如果金属溶解☆于介质中,试样的重量减小,可以用失量法测量;如果腐蚀产物的▼组分已知,并且牢固地附着在金属的表面上,或者腐蚀产物完全能收集起来,可以用增重法测量。

                优缺点:

                重量法腐蚀试验具有简易、方便、直观等许〗多优点,目前仍是测量腐蚀速率的最基本方法。但是也有一定的局限性:只适用于全面腐蚀;试验结果受试样的制备、环境ω 介质的特点、试验的操作及腐蚀产物的清除方法等许多因素的影响,重现】性不太好;试验时间较长。


                3、晶间腐蚀试验方法

                在特定介质条件下检验金属材料晶间腐蚀敏感性的加速金属腐蚀试╱验方法,目的是了解材料的化学成分、热处理ぷ和加工工艺是否合理。其原理是采用可使金属的腐蚀电位处在恒电位阳极极化曲线特定区间的各种试验溶液,利用金属的晶粒和晶界在该电位区间腐蚀电流的显著差异加速】显示晶间腐蚀。不锈钢、铝合金等的晶间腐蚀试验方法在许多国家均已标准化。

                晶间腐蚀试验方法大致可以分∩为化学试验方法、电化学试验方法及物理试验方法三大类。化学试验方法很多,比较成熟,应用广泛,其中一部分已列入国标;电化学试验方法是◤一个尚未标准化的方法,最大的优点快速、不破坏试样;物理试验以金相法和弯曲法应用最广。


                4、孔蚀试█验方法

                孔蚀试验方法,概括起来可以分为两大类,一类是化学浸泡法,另一类是电◣化学测量法。

                化学浸泡方法是将试样浸泡在某些加速的或天然的腐蚀环境里,通过测量蚀孔的重量损失、数目、深度和大小,测定金ㄨ属或合金的耐孔蚀必有,或者通过测量临界孔蚀温度,蚀孔成核所需的最低氯离子浓度,确定金属和合金的孔蚀敏感性,采用这类方法测量的最大优点是阴阳□ 极过程这与生产实际情况相符。

                最常用的化学浸泡法有:三氯化铁试验,它是△将按要求加工成的试样放在6%FeCl3溶液中,在一定的温度下(35℃或50℃)和一定的试验时间(7.2h)内,测得试样的失重、蚀孔数目及尺寸大小来评价材料的耐孔蚀性●能;

                电化学测量法是通过测量金属和合金的孔蚀特征电位(临界孔蚀电位和孔蚀保护电位)来确定它们的孔蚀倾向性的,这一方法虽然¤具有电化学测量所特有的快速的优点,但与实际生产情况有所不同。


                5、应力腐蚀试验

                根据加载方法的@不同,可以分为恒应变法,恒载荷法和恒应变速率法。

                试验方法内容
                恒应变法通过某些机械手段,如手工、撬杠、压机等把一定尺寸的试样弯至预定形态如U型、C型、弯梁型等,然后固定。
                恒载荷法将试样♀一端固定,另一端加上某一恒定的静载荷,使试样产生恒定应力。
                恒应变速率法根据不同材料/介质体系,在特定的应变速率数值▓,在一种专门的齐备-恒应变速率试验机上,缓慢而匀『速地拉伸试样。

                在实际生中,由于冷热加工常常会产生残余应力主。焊接残余应力是最常见的一种,因此,焊接件也可用来作为应力腐蚀破裂试验髟试样≡。

                根据试验介质的不同,可以分为3.5%NaCl溶液交替沉浸法,沸腾MgCl2溶液法,连多硫酸法,高温高压试验法等。


                金属腐蚀试验标准

                1、氢致开裂

                GB/T 8650-2015,管线钢和压力容器钢抗㊣氢致开裂评定方法

                NACE TM0284-2016,Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking

                2、硫化物应力腐蚀

                GB/T 4157-2017,金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实》验室试验方法

                NACE TM0177-2016,Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking in  H2S Environments

                3、应力导向氢致开裂

                NACE TM0103-2003,Laboratory Test Procedures for Evaluation of SOHIC Resistance of Plate Steels Used in Wet H2S Service

                4、晶间腐蚀

                GB/T 4334-2008,金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法

                GB/T 15260-2016,金属和合金的腐蚀 镍合金晶间腐蚀№试验方法

                GB/T 32571-2016,金属和合金的腐蚀 高铬铁素体不锈钢晶间腐蚀试验方法

                GB/T 21433-2008,不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验

                ASTM A262-2015,Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels

                ASTM G28-02(Reapproved 2015),Detecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought, Nickel-Rich, Chromium-Bearing Alloys

                5、氯化物应力腐蚀

                GB/T 17898-1999,不锈钢在⊙沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法

                YB/T 5362-2006,不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法

                ASTM G36-94 (Reapproved 2018),Evaluating Stress-Corrosion-Cracking Resistance of Metals and Alloys in a Boiling

                Magnesium Chloride Solution

                6、电化学腐蚀

                GB/T 17899-1999,不锈钢点蚀电位测量方法

                7、盐雾试验

                GB/T 10125-2012,人造气氛腐蚀试验 盐雾试验

                GB/T 24195-2009,金属和合金的腐蚀 酸性盐雾、“干燥”和“湿润”条件下♂的循环加速腐蚀试验

                ASTM G85-11,Modified Salt Spray(Fog) Testing