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  • 金屬腐蝕試驗類型及方法有哪些?
    時間:2021-09-07 15:01:47   閱讀

    腐蝕給人類社會帶來的直接損失是巨大的。20世紀70年代前后,許多工業發達國家相繼進行了比較系統的腐蝕調查工作,并發表了調查報告。結果顯示,腐蝕的損蝕占全國GNP的1%到5%。要減少、防止腐蝕給我們帶來的損失,就需要了解材料腐蝕的特點。


    金屬腐蝕基本介紹

    1、定義

    金屬腐蝕是指金屬與周圍環境(介質)之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。


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    金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態。腐蝕時,在金屬的界面上發生了化學或電化學多相反應,使金屬轉入氧化(離子)狀態。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能,破壞金屬構件的幾何形狀,增加零件間的磨損,惡化電學和光學等物理性能,縮短設備的使用壽命,甚至造成火災、爆炸等災難性事故。

    如:鐵制品生銹(Fe2O3·xH2O),鋁制品表面出現白斑(Al2O3),銅制品表面產生銅綠[Cu2(OH)2CO3],銀器表面變黑(Ag2S,Ag2O)等都屬于金屬腐蝕,其中用量最大的金屬——鐵制品的腐蝕最為常見。


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    金屬腐蝕分類

    1、金屬腐蝕分類

    按照腐蝕形態分類,金屬的腐蝕可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類:

    (1)均勻腐蝕

    (2)局部腐蝕:點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕


    2、均勻腐蝕(uniform corrosion)

    均勻腐蝕(又稱全面腐蝕)是指在整個合金材料表面上以比較均勻的方式所發生的腐蝕現象。其形貌特征是發生全面腐蝕時,材料的厚度逐漸變薄,甚至腐蝕穿透。

    全面腐蝕是機械設備在實際使用中發生失效的基本形式。全面腐蝕代表材料總的重量損失。這種腐蝕可以通過簡單的浸泡試驗,或查閱腐蝕方面的文獻資料,或憑生產經驗加以預測,便于估計設備的壽命。在選用耐蝕材料時,其全面腐蝕性能是耐蝕性的最基本要求。


    3、點腐蝕(pitting corrosion)

    鈍化型金屬之所以能抗腐蝕乃是由于其表面能形成一層具有保護性的鈍化膜。然而,一旦這層鈍化膜遭到破壞,而又缺乏自鈍化的條件或能力,金屬就會發生腐蝕,如果腐蝕僅僅集中在設備的某些特定點域,并在這些點域形成向深處發展的腐蝕小坑,而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現象,稱為點腐蝕。

    特點:

    • 腐蝕集中于金屬表面的很小范圍內,并深入到金屬內部;

    • 一種高度局部的腐蝕形態,也叫孔蝕;

    • 通常其腐蝕深度大于其孔徑,嚴重時可使金屬穿孔。


    4、晶間腐蝕(intergranular corrosion)

    晶粒間界是結晶方向不同的晶粒間紊亂錯合的界域,因而,它們是金屬中各溶質元素偏析或金屬化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利區域。在某些腐蝕介質中,晶粒間界可能先行被腐蝕。這種沿著材料晶粒間界先行發生的腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的局部破壞現象,稱為晶間腐蝕。

    特點:

    • 晶間腐蝕沿晶粒邊界向內發展,外表沒有腐蝕跡象,但晶界沉積有腐蝕產物;

    • 由金相顯微鏡可以看到晶界呈現網狀腐蝕;

    • 晶間腐蝕是晶界在一定條件下(溫度、成分、腐蝕溶液等)產生化學和組織的變化導致耐蝕性降低而引起的。


    5、縫隙腐蝕(crevice corrosion)

    縫隙腐蝕是在電介質溶液中(特別是含有鹵素離子的介質),在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內,由于溶液的移動收到阻滯,在縫隙內溶液中氧耗竭后,氯離子即從縫隙外向縫隙內遷移,又由于金屬氯化物的水解自催化酸化過程,導致鈍化膜的破裂,因而產生與自催化點腐蝕相類似的局部腐蝕。

    特點:

    • 縫隙腐蝕是孔蝕的一種特殊形態;

    • 發生在縫隙內(如焊、鉚縫、墊片或沉積物下面的縫隙);

    • 破壞形態為溝縫狀,嚴重的可穿透。


    6、應力腐蝕

    機械設備零件在應力(拉應力)和腐蝕介質的聯合作用下,將出現低于材料強度極限的脆性開裂現象,導致設備和零件失效,這種現象稱為應力腐蝕開裂。

    根據介質的主要成分為氯化物、氫氧化物、硝酸鹽及含氧水等,而分別稱為氯裂(氯脆或氯化物開裂)、堿裂(堿脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

    機械設備和部件發生應力腐蝕開裂(SCC)必需同時滿足材料、環境、應力三者的特定條件??僧a生應力腐蝕破壞的金屬材料-環境的組合主要有以下幾種:

    (1)奧氏體不銹鋼——氯離子、氯化物+蒸氣、硫化氫、堿液等;

    (2)碳鋼及低合金鋼——堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸;

    (3)含鉬奧氏體不銹鋼——堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等;

    (4)黃銅——氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等;

    (5)鈦——含鹽酸的甲酸或乙醇、熔融氯化鈉;

    (6)鋁——濕硫化氫、含氫硫化氫、海水。


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    金屬腐蝕試驗

    1、金屬腐蝕試驗

    腐蝕試驗的目的在于:

    • 在給定環境中確定各種防蝕措施的適應性、最佳選擇、質量控制途徑和預計采取這些措施后構件的服役壽命;

    • 評價材料的耐蝕性能;

    • 確定環境的侵蝕性,研究環境中雜質、添加劑等對腐蝕速度、腐蝕形態的作用;

    • 研究腐蝕產物對環境的污染作用;

    • 在分析構件失效原因時作再現性試驗;

    • 研究腐蝕機制。

    金屬腐蝕總的來說分為均勻腐蝕和局部腐蝕(點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕)。

    對于均勻腐蝕,用重量法可以表征其腐蝕速率;對于局部腐蝕,則需要具體問題具體分析。電化學測試方法是均勻腐蝕和局部腐蝕的通用測試方法。


    2、重量法腐蝕試驗

    重量法是根據腐蝕前后試樣重量的變化來測定金屬的腐蝕速率,并以此判斷材料的耐蝕性能。

    試驗時,如果金屬溶解于介質中,試樣的重量減小,可以用失量法測量;如果腐蝕產物的組分已知,并且牢固地附著在金屬的表面上,或者腐蝕產物完全能收集起來,可以用增重法測量。

    優缺點:

    重量法腐蝕試驗具有簡易、方便、直觀等許多優點,目前仍是測量腐蝕速率的最基本方法。但是也有一定的局限性:只適用于全面腐蝕;試驗結果受試樣的制備、環境介質的特點、試驗的操作及腐蝕產物的清除方法等許多因素的影響,重現性不太好;試驗時間較長。


    3、晶間腐蝕試驗方法

    在特定介質條件下檢驗金屬材料晶間腐蝕敏感性的加速金屬腐蝕試驗方法,目的是了解材料的化學成分、熱處理和加工工藝是否合理。其原理是采用可使金屬的腐蝕電位處在恒電位陽極極化曲線特定區間的各種試驗溶液,利用金屬的晶粒和晶界在該電位區間腐蝕電流的顯著差異加速顯示晶間腐蝕。不銹鋼、鋁合金等的晶間腐蝕試驗方法在許多國家均已標準化。

    晶間腐蝕試驗方法大致可以分為化學試驗方法、電化學試驗方法及物理試驗方法三大類?;瘜W試驗方法很多,比較成熟,應用廣泛,其中一部分已列入國標;電化學試驗方法是一個尚未標準化的方法,最大的優點快速、不破壞試樣;物理試驗以金相法和彎曲法應用最廣。


    4、孔蝕試驗方法

    孔蝕試驗方法,概括起來可以分為兩大類,一類是化學浸泡法,另一類是電化學測量法。

    化學浸泡方法是將試樣浸泡在某些加速的或天然的腐蝕環境里,通過測量蝕孔的重量損失、數目、深度和大小,測定金屬或合金的耐孔蝕必有,或者通過測量臨界孔蝕溫度,蝕孔成核所需的最低氯離子濃度,確定金屬和合金的孔蝕敏感性,采用這類方法測量的最大優點是陰陽極過程這與生產實際情況相符。

    最常用的化學浸泡法有:三氯化鐵試驗,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(7.2h)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;

    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。


    5、應力腐蝕試驗

    根據加載方法的不同,可以分為恒應變法,恒載荷法和恒應變速率法。

    試驗方法內容
    恒應變法通過某些機械手段,如手工、撬杠、壓機等把一定尺寸的試樣彎至預定形態如U型、C型、彎梁型等,然后固定。
    恒載荷法將試樣一端固定,另一端加上某一恒定的靜載荷,使試樣產生恒定應力。
    恒應變速率法根據不同材料/介質體系,在特定的應變速率數值,在一種專門的齊備-恒應變速率試驗機上,緩慢而勻速地拉伸試樣。

    在實際生中,由于冷熱加工常常會產生殘余應力主。焊接殘余應力是最常見的一種,因此,焊接件也可用來作為應力腐蝕破裂試驗髟試樣。

    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。


    金屬腐蝕試驗標準

    1、氫致開裂

    GB/T 8650-2015,管線鋼和壓力容器鋼抗氫致開裂評定方法

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

    2、硫化物應力腐蝕

    GB/T 4157-2017,金屬在硫化氫環境中抗硫化物應力開裂和應力腐蝕開裂的實驗室試驗方法

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

    3、應力導向氫致開裂

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

    4、晶間腐蝕

    GB/T 4334-2008,金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法

    GB/T 15260-2016,金屬和合金的腐蝕 鎳合金晶間腐蝕試驗方法

    GB/T 32571-2016,金屬和合金的腐蝕 高鉻鐵素體不銹鋼晶間腐蝕試驗方法

    GB/T 21433-2008,不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗

    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、氯化物應力腐蝕

    GB/T 17898-1999,不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法

    YB/T 5362-2006,不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法

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

    Magnesium Chloride Solution

    6、電化學腐蝕

    GB/T 17899-1999,不銹鋼點蝕電位測量方法

    7、鹽霧試驗

    GB/T 10125-2012,人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗

    GB/T 24195-2009,金屬和合金的腐蝕 酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環加速腐蝕試驗

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



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