人类的文明进步与材料发展密不可分,历史学家甚至用材料名称来标志不同的文明时代,如石器时代、青铜时代和铁器时代等。腐蚀是材料领域的共性挑战,遏制材料腐蚀、延长各类材料制品的服役寿命,已成为现代科技工作者肩负的一项重大且艰巨的课题。
一、均匀腐蚀的概念
均匀腐蚀,又称全面腐蚀,是指在特定的腐蚀环境中,金属的整个表面或大部分表面以几乎相同的速率发生腐蚀的现象。从宏观上看,金属的厚度会均匀地减少。典型的例子包括钢铁在大气中的生锈、金属在酸性溶液中的溶解等。
与点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀形式相比,均匀腐蚀的腐蚀速率通常是可预测的,因此危害性相对较小。通过定期的厚度检测,可以对设备的剩余寿命进行估算,从而避免突发性的灾难事故。但如果不加控制,均匀腐蚀造成的材料损失仍然非常巨大。
二、均匀腐蚀的测试目的
进行均匀腐蚀测试的主要目的在于:
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材料筛选与评估:在多种候选材料中,通过模拟实际工况环境进行腐蚀测试,筛选出耐腐蚀性能最优的材料,或对不同材料的耐腐蚀性能进行排序。
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腐蚀速率测定:精确测量材料在特定介质中的腐蚀速率,通常以每年减薄的厚度(如mm/a)或每年损失的质量(如g/(m²·a))来表示。这是进行设备寿命预测和设计腐蚀裕量的关键数据。
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环境腐蚀性评价:评估特定工作环境(如化学介质、大气、土壤、海水等)对已知材料的腐蚀性强弱。
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质量控制:对于生产的金属材料或部件,进行腐蚀测试可以作为一种质量控制手段,确保其耐腐蚀性能符合相关标准和设计要求。
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建立腐蚀数据库:通过系统性的腐蚀试验,积累不同材料在各种环境下的腐蚀数据,为工程设计和材料失效分析提供参考。
三、常用标准及测试要求
均匀腐蚀的测试方法多种多样,从简单的实验室浸泡测试到复杂的现场挂片监测,都需要遵循一定的标准以确保结果的准确性和可比性。
3.1试验装置
试验容器可采用釜或烧瓶(容积通常为500mL至5000 mL)。材质应选择既不被腐蚀介质腐蚀也不改变腐蚀介质的惰性材料制成的容器,常用的有玻璃、树脂聚合物、陶瓷等。
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沸腾和高温条件下试验时,应使用带锥形磨口并配有足够冷却效果的玻璃立式回流冷凝器的烧瓶。试验装置示意图见图 1。
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室温下试验时可使用适当密闭的容器。
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如需搅拌,可配备合适的搅拌装置,如磁力搅拌器等。
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在长时间或复杂试验中,腐蚀溶液应持续流动或补给,并同时维持可控气氛。
3.2试验标准
国际上广泛应用的组织包括ASTM(美国材料与试验协会)、ISO(国际标准化组织)以及中国的GB(国家标准),均匀腐蚀测试常用标准对比表如下。
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测试标准 |
标准名称 |
样品要求 |
测试内容 |
适用范围 |
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JB/T 7901-2023 |
金属材料实验室 均匀腐蚀全浸试验方法 |
板状(mm):50×25×(2~5); 圆形(mm):30×(2~5); 试样上钻孔的孔径不应大于4mm,每组试验至少取3个平行试样。 |
试样的质量损失和表面形貌 |
金属材料 |
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GB/T 19291-2003 |
金属和合金的腐蚀腐蚀试验一般原则 |
通用准则 |
试样的质量损失、表面形貌 |
通用准则 |
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GB/T 25147-2010 |
工业设备化学清洗中金属腐蚀率及腐蚀总量的测试方法重量法 |
I型试片(mm):50×25×2,挂孔直径4; Ⅱ型试片(mm):72.4×11.5×2,挂孔直径4 |
试片的质量损失 |
工业设备化学清洗过程前实验室和清洗现场的金属材料 |
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JB/T 6073-1992 |
金属覆盖层 实验室全浸腐蚀试验 |
板状(mm):50×25×(2~3)或30×15×(1.5~3); 圆形(mm):38×(2~3)或30×(2~3) 每次试验至少取3片平行试样 |
试样的质量损失、表面形貌、腐蚀率 |
金属覆盖层和化学转化膜 |
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GB/T 39534-2020(等同ISO18069 : 2015) |
金属和合金的腐蚀 液体中不锈钢和 镍基合金均匀腐蚀速率测定方法 |
试样的表面积应不少于20cm² ,溶液体积与试样面积比应不少于5mL/cm² |
质量损失,腐蚀速率 |
不锈钢和镍基合金,不适用于超过1 mm/a的过高腐蚀速率,不适用于含卤化物溶液 |
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ASTM G31-12a |
金属的实验室浸没腐蚀试验的标准指南 |
试样尺寸(mm):50×20×(1.6~4.8) |
试样的质量损失、腐蚀速率 |
金属材料 |
四、均匀腐蚀的计算及等级评价
4.1均匀腐蚀速率计算公式(参考GB/T 7901-2023)
4.2腐蚀速率单位的换算
由于国内外及行业计量单位的不同,腐蚀速率单位各有不同,可按以下公式进行转换理解(来源:G. Wranglén, An Introduction to Corrosion and Protection of Metals, Chapman and Hall)
4.3腐蚀速率的评价
金属的腐蚀速率等级按可按以下四级进行划分:(来源:腐蚀速率与选材手册)
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耐蚀情况 |
腐蚀率 |
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优良 |
<0.05mm/a |
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良好 |
<0.05-0.5mm/a |
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可用,但腐蚀较严重 |
0.5-1.5mm/a |
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不适用,腐蚀严重 |
>1.5mm/a |
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