腐蚀实验方法限选课第五章常规试验

1、4.氧化试验重量法容量法压力计法电阻法5.燃气腐蚀试验硫酸露点腐蚀试验碱性硫酸盐熔融腐蚀试验钒腐蚀试验思考题第五章 常规实验室腐蚀试验方法1.模拟浸泡试验全浸、半浸、间浸试验2.动态浸泡试验一般流动溶液循环流动溶液高速流动溶液转动金属试样3.控温试验等温试验传热面试验温差腐蚀试验高温高压釜试验2第五章 常规实验室腐蚀试验方法 这是一种广泛应用的水溶液挂片试验，方法简单。按照要求将金属材料制成试样，在实验室配制的溶液中或在取自现场的介质中浸泡一定时间，用选定的测定方法进行评定 (参见第3章，其中用得最多的是表观检查、重量法和点蚀测量方法)。根据试样与溶液相对关系的不同，可分为全浸、半浸和间浸三种

2、类型试验。它们的腐蚀机理、腐蚀形态和分布各不相同，因此所用的试验方法和装置也有所不同。 关于浸泡试验，美国材料试验协会和美国腐蚀工程师协会已经建立了相应的标准ASTM G31和NACE TM0169，我国也已建立了全浸试验的标准方法GB1012488。第一节 模拟浸泡试验3 试样完全浸入溶液的浸泡试验称为全浸试验，此方法操作简便，重现性好。在实验室试验中，比较容易控制某些重要的影响因素。 影响因素： 为了正确地规划试验和解释试验结果，必须考虑下列因素的特殊影响：溶液成分、温度、充气状态、溶液体积、流速、试样表面状况、试样的浸泡方法、试验周期以及暴露后试样的清洗方法等。 溶液体积： 全浸试验过程

3、中溶液的蒸发损失可以采用恒定水平面装置控制或定时地添加溶液，使溶液的原始体积的波动不超过1%。有时也采用回流冷凝器。为避免腐蚀产物积累影响腐蚀规律，一般将介质容量与试样表面积的比例控制在20-200mL/cm2。一般还要求在试验装置中只浸泡一种合金，以避免一种合金的腐蚀产物对另一种合金腐蚀规律的干扰。5.1.1 全浸试验第五章 常规实验室腐蚀试验方法4 试样： 为了便于制做试样和提高试验的重现性及称重的灵敏度，往往采用平板试样。点蚀发生几率与试样面积有关，应严格规定试样的尺寸。 充气状态： 试验容器可用敞口烧杯或密封烧瓶，应考虑配置充气或去气系统、温度测量与控制装置以及试样支架等。实验室中常利

4、用水浴或油浴控制试验溶液的温度。在进行腐蚀试验时，除非有特别规定，不应对溶液充气。 充气可以向试验溶液中鼓入空气，有时也可鼓入氧气或氧与惰性气休的混合气体。 去气则是将惰性气体(如氩气、氮气等)鼓入溶液，驱除溶液中的溶解氧。为防止空气进入试验容器，可采用液体气封装置。 流速： 在一般的实验室试验中，通常是不考虑流速的影响的。但为了提高重现性，对流速进行某些控制是必要的。在沸点温度下进行的试验，应注意缓慢加热并在容器底部铺一层玻璃(或陶瓷)碎片，以避免过度沸腾和气泡的冲击作用。对于在低于沸点温度下进行的试验，热对流是引起液体运动的唯一来源。对于高粘度的溶液，可外加搅拌。第五章 常规实验室腐蚀试验

5、方法5 试验所用的试样支架和容器在试验溶液中应呈惰性，保证自身不受腐蚀破坏也不污染试验溶液。试样支撑的方法随试样、装置不同而不同，图5-1给出了几种玻璃支架的示例。 试样在介质中有水平、倾斜和垂直三种放置方式(图5-2)。水平放置试样有时是有优点的，因为可以借助于水浸物镜用显微镜随时观察试样的表面状态，而无需取出试样。图5-2(b)、(c)是水平放置试样的两种方式，后者是将试样粘接在玻璃管或塑料管的底端，直接构成容器的底。 在大气压力的水溶液中的试验，务求使所有试样的供氧情况大体一样，因此需要注意试样的放置位置。 对于对比实验，各试样浸泡深度务求一致，且在液面以下的最小深度应不低于2cm。 图

6、5-3是带有加热装置和回流冷凝器的全浸试验装置。图5-4是日本JASO7014全浸腐蚀试验装置，该装置配有充气装置和回流冷凝器。其他因素的影响：第五章 常规实验室腐蚀试验方法6第五章 常规实验室腐蚀试验方法7第五章 常规实验室腐蚀试验方法8第五章 常规实验室腐蚀试验方法9第五章 常规实验室腐蚀试验方法105.1.2 半浸试验 半浸腐蚀试验也称为水线腐蚀试验。由于金属材料部分浸入溶液，气液相交界的水线长期保持在金属表面的同一固定位置而造成严重的局部腐蚀破坏。在贮存液体的容器内壁及部分浸入海水的金属构件上，都会发生这种水线破坏。铝合金和某些其他金属往往在水线处发生浓差腐蚀，半浸试验条件为其提供了非

7、常适宜的加速试验方法。第五章 常规实验室腐蚀试验方法11 半浸试验方法的要求、条件的控制及试验装置与全浸试验基本相同。关键是如何提供合适的试样支撑方法，使水线部位保持在固定的位置上，保证液面上下的试样面积比恒定不变。采用自动恒定液面装置，可以显著提高试验结果的重现性，图55是恒定液面装置的示意图。活塞(8)如果处于关闭状态，空气就通过管(9)进入瓶内，借玻璃管(9)端部把瓶中的蒸馏水以恒定的压力供给一系列试验容器。补充是自动进行的，并且腐蚀试验容器的液面始终控制在管(9)端头的水平面上，液面波动的范围在 0.1mm。图56是美国腐蚀工程师协会(NACE)标准TM0l一69推荐的多用途浸泡试验装

8、置，其中试样支架可同时或分别进行全浸、半浸及气相腐蚀试验。该装置留有备用接口，可根据特殊要求装配其他附件。为避免在试样与支架的接触位置产生局部腐蚀，可将其接触位置置于溶液之外。当用力学性能变化来评定试验结果时，应把水线位置调整在拉伸试样的标距之内。第五章 常规实验室腐蚀试验方法125.1.3 间浸试验 间浸试验(间断浸泡试验)又称交替浸泡试验，即金属试样交替地浸入液态腐蚀介质和暴露在空气中。这是一种模拟试验，也是一种加速试验。它可以模拟潮水涨落引起的潮差带腐蚀及波浪冲击；大气中经常遇到间断降雨、结露和干湿交替出现的状态以及化工设备中液面升降引起的腐蚀。这种间浸状态还为水溶液作用提供了加速腐蚀的

9、条件，因为在大多数暴露时间中试样表面可以保持频繁更新的、几乎为氧所饱和的溶液薄膜；而且在干湿交替过程中，由于水分蒸发使得溶液中的腐蚀性组分浓缩； 另外，试样表面完全干燥常常使腐蚀速度下降，可是腐蚀产物膜破裂则起相反的作用。第五章 常规实验室腐蚀试验方法13 间浸试验结果与干湿变化的频率、环境的温度和湿度密切相关，所以须合理设计干湿变化周期并在连续试验中保持不变。同样应合理控制环境温度和湿度，以保证试样在大气暴露期间有恒定的干燥速度。根据不同的试验要求，有时在湿度相当高的密闭装置中进行间浸试验，使试样离开溶液后始终保持湿润状态；有时在空气中暴露时用干燥热风吹拂(或辐照加热)，以加速干燥。 间浸试

10、验条件的选择与所用试验装置的原理有关。为了实现干湿交替，可以交替地将试样浸入和提出溶液；也可使试样固定不动，而让溶液相对试样升降。通常移动试样比移动腐蚀介质更容易实现。浸入溶液与暴露在空气中的时间比例随具体试验的要求而定，一般为1：11：10，一次循环的总时间常为160min不等，有时可达24h。第五章 常规实验室腐蚀试验方法14 图57为德国DVL升降试样的间浸试验装置。图58是转鼓型间浸试验装置，窄条试样挂在连续转动的转鼓的周缘，可使其周期性地浸没在溶液中或暴露在空气中。通过调节腐蚀槽中介质的水平面，可以改变浸没时间。图59是移动腐蚀剂的间浸试验装置。空气泵启动时，空气压力将腐蚀剂由贮存器

11、压入腐蚀容器；而当定时电钟切断泵的马达时，腐蚀剂又会在重力作地下回到贮存器中。毛细管分压器粗细适度，泵工作时足以防止过分耗费空气，泵停止工作后又足以使压力很快地降下来。每个歧管可连接一套试验容器。第五章 常规实验室腐蚀试验方法15第五章 常规实验室腐蚀试验方法16 美国材料试验协会标准G44所规定的在3.5%NaCl溶液中的间浸试验条件已得到了广泛的承认。标准规定一小时为一个循环周期，其中包括在3.5%NaCl 溶液中浸泡10min和在空气中暴露50min，持续24h/d。对于铝合金和钢铁合金，典型的试验时间为10一90天或更长的时间，这取决于材料耐海水腐蚀的性能。试验时空气温度保持在27 1

12、，相对湿度控制在45 6%。试验溶液的体积和试样表面积的比的批荐值为320l/m2。这种间浸试验被认为是代表了某些自然条件(特别是海洋环境)的加速试验方法。 有关浸泡试验的试样制备和试验周期等内容可参见第2章的有关部分。第五章 常规实验室腐蚀试验方法17第二节 动态浸泡试验 在强腐蚀体系中，由于腐蚀剂消耗过快或腐蚀产物积累过多；或者在缓慢腐蚀的体系中，由于一些重要的微量组分浓度发生变化；或者为了模拟实际情况，考察腐蚀介质和金属材料间相对运动及充气、去气等对腐蚀的影响，往往要求试验过程中不断更新溶液或使试样/溶液界面产生相对运动。为此发展了多种动态浸泡试验。 图510为最简单的连续更新溶液的装置

13、，它是利用水位差的原理使高位槽中的溶液连续而缓慢地流过试验容器，从而使试验溶液不断得到更新。由此还可以发展出各种改型装置，从而控制流速快慢、计量流速等。图511所示装置通过泵和管道将一个大容量贮液槽和试验容器连接起来，调整阀的排液流量可使试样处于不断更新的新鲜溶液环境中。5.2.1 一般流动溶液试验第五章 常规实验室腐蚀试验方法18第五章 常规实验室腐蚀试验方法19 使试样和介质间产生相对运动的最简单的方法，是固定试样而搅动溶液。搅动溶液可采用各种类型的搅拌器，如叶轮式搅拌器、管式搅拌器、偏心轮搅拌器和电磁搅拌器。对溶液充气也是一种不用搅拌器或机械泵而使溶液运动的方法，这种充气搅拌措施还可达到

14、对溶液充氧或除氧的目的。为了达到均匀搅拌和均匀充气(去气)的目的，可使用带有小孔的螺旋形玻璃导管或由烧结玻璃、烧结陶瓷制成的多孔过滤器，使气体成弥散状态通入溶液。第五章 常规实验室腐蚀试验方法205.2.2 循环流动溶液试验 为了计量试样表面的溶液流速，往往把试样固定在管道中，或者直接用试验材料制成管路系统中的一段管子，利用泵使溶液在其中循环流过。当只能用有限量溶液进行较长时间试验时，也经常采用循环溶液的试验。 最简单的方法是用注流泵使溶液循环流动。注流泵在运行时，空气泡随同试验溶液一起被吸入低压容器中，从而使溶液不断充气。这种情况适用于中性或弱酸性敞开溶液体系，它可以不改变腐蚀过程的机理而加

15、速腐蚀。 循环溶液试验需注意，如果溶液流速太大，可能会由于流体吸收了泵的搅动能而使液温显著升高；而且在泵的转子、流量阀及法兰处也容易产生空泡腐蚀。当用待试验材料管子构成循环回路时。不同材料的管段之间需绝缘隔开，这种管路系统也便于进行电化学测量.第五章 常规实验室腐蚀试验方法215.2.3 高速流动溶液试验 有时，由于海水的高速冲刷，或金属结构件(如舰艇)在海水中高速运动，经常会遇到高速流动溶液造成的腐蚀破坏，其他腐蚀介质也有这种情况。高速转动金属试样的试验只能实现试样与溶液之间的高速相对运动，但其表面腐蚀形态甚至腐蚀机理都可能与纵向液流引起的结果不同。为直接研究高速流动溶液的腐蚀作用，可用图5

16、12中的试样支架，把试样放在个固定尺寸的水道中并与喷嘴相连接。支架可用尼龙制造。用泵提供高压海水，试样表面的溶液流速最高可达145km/h。试验之后可通过表观检查和失重法评定结果，并可在同一流速下相对比较不同材料的耐蚀性。若在试样上钻一小孔，就能在孔的下游处产生空泡作用，从而使比较软的金属产生空泡破坏。因此这种方法可以用于定性比较材料的抗空泡腐蚀性能。另外，也可把若干个这样的装置平行地连接在同一歧管上进行对比试验。 如图512(b)所示，在一个歧管上组合安装一系列具有不同尺寸小孔的试验小室，歧管为各个试验小室提供相同的恒定压力，改变小孔直径可在试样表面获得各种不同的流速。这种高流速在整个试样表

17、面基本上是均匀分布的，速度差异效应很小。第五章 常规实验室腐蚀试验方法22第五章 常规实验室腐蚀试验方法23 由于不同试验方法产生的流速作用不同，不可能在腐蚀速度与溶液流速之间找到一种绝对的相互关系。为了评定具有一定流速的流体对材料的作用，试验应能再现或模拟实际的流动状态。因此，最可靠的还是实物试验，可将试验材料直接制成泵、管子或阀在实际生产系统中试验。但为了缩短试验周期、节约费用，往往首先进行模拟试验，为此发展了各种用途的模拟装置。第五章 常规实验室腐蚀试验方法245.2.4 转动金属试样的试验 转动金属试样的试验使用紧凑而容易操作的装置，可以获得很高的相对速度，在有限的试验溶液中就可实现高

18、流速试验。这种试验有两类装置试样的结构，其一是把试样安装在可以高速转动的圆盘周沿，图58为这种结构的一个例子；其二是旋转圆盘装置。所谓的旋转圆盘装置是指试样与驱动轴垂直配置，并与心轴作同心圆周运动的装置；根据转动铀和溶液液面的相对位置，两类装置试样的结构都可分为水平轴和垂直轴两种情况。 对于把试样安装在圆盘周沿的情况，水平轴转轮往往用于间浸试验，通过改变轴线与液面的距离调整大气暴露与浸入时间的比例；垂直轴转轮可用于间浸和全浸试验，由蜗轮蜗杆来调整干湿比。两者都通过改变转速来控制各个循环周期的总暴露时间。第五章 常规实验室腐蚀试验方法25 对于旋转圆盘试样，借高速转动的心轴，可在圆盘端面距中心不

19、同距离处得到不同的相对运动速度。改变旋转速度和圆盘直径可在圆盘试样上建立一系列不同的圆周速度。因此圆盘的旋转角速度及圆盘直径对试验结果有显著影响角速度可影响溶液在周向和径向的流动，而离心力则影响到腐蚀产物的状态。但是，腐蚀破坏与旋转半径和角速度所决定的运动速度之间并无简单的定量关系。使用相同尺寸的圆盘试样和同样的旋转速度可以相对比较金属材料的耐蚀性能，但要求试样足够大，以便能观察到临界速度范围。图513为一种实际使用的旋转圆盘试验装置。把经过仔细加工的腐蚀试片(63x12mm)安装在可高速运动的搅拌轴上，浸入试验溶液中。如果金属材料对速度是敏感的，则沿着试片长度方向可以清楚地看到分布不均匀的腐

20、蚀破坏。 旋转圆盘法在研究电极过程动力学和腐蚀机理方面得到了广泛的应用。第五章 常规实验室腐蚀试验方法26第五章 常规实验室腐蚀试验方法27第三节 控制温度的腐蚀试验5.3.1 等温试验 试验原理： 温度是腐蚀试验中的一个重要影响因素，往往还是一个加速腐蚀的因素。随着实际要求不同，需采用完全不同的研究方法和试验装置。为了操作简便，往往以溶液温度为控制对象，在这种情况下进行的即所谓等温试验。 试验方法： 由于在敞口烧杯中的试验是不容易控制温度的，因此往往采用把密闭的腐蚀试验容器置于恒温器中来实现温度控制。为了使恒温器中各处温度均匀，常在其中设有搅拌器或风扇。恒温器的加热介质有电加热的水浴、砂浴、

21、蒸汽及空气，也可采用外套玻璃管的电阻丝直接加热腐蚀介质。 有时直接在沸腾溶液中进行腐蚀试验，这必须采用带有回流冷凝器的密闭容器，以保持溶液浓度不变。有人把沸腾溶液试验作为一种加速试验方法，但是因为腐蚀破坏的类型和规律以及各种金属/介质的腐蚀温度系数都是随温度而变化的，所以它只能用作初级分类试验。第五章 常规实验室腐蚀试验方法285.3.2 传热面试验 试验原理： 在锅炉与热交换器等装置的金属结构件中以及与其相邻的溶液之间总是存在着温度梯度的。在金属/溶液界面与本体溶液之间的温度梯度会产生溶液密度的差别，而在高温的金属侧所产生的气泡会引起溶液对流。因此，在这种情况下金属的腐蚀与等温试验时的不同，

22、具有一些新的特点。 当有气泡在金属壁上析出时，气泡和金属表面的溶液薄膜会使金属表面与冷的溶液本体隔开，致使金属表面温度显著升高，产生所谓的热壁腐蚀。由气泡引起的热壁腐蚀常常是严重的点腐蚀。即使没有气泡形成，只要有热流束从金属表面流向溶液就会产生热壁腐蚀。气泡的机械作用还会使金属表面或钝化膜遭到冲击破坏。对流作用会强化氧去极化腐蚀。此外，温度梯度也可能使钝化膜或腐蚀产物膜中产生局部应变，从而影响到金属材料的腐蚀状况。第五章 常规实验室腐蚀试验方法29 针对不同的用途，已成功地发展出一些传热面试验装置。图514是一种比较复杂的传热面试验装置。此装置可在全浸或半浸条件下，从金属表面向介质中传递热量，

23、也可在半浸条件下从溶液介质传热到金属表面。此装置中还可设置不传热的气相和液相的控制试样。加热源为电烙铁。在试样上钻有小孔，可插入热电偶测量试样温度(假定金属内无温度梯度)。由插入溶液中的温度计测量溶液温度。第五章 常规实验室腐蚀试验方法实验装置：305.3.3 温差腐蚀试验 无论是邻近金属的各处溶液中存在的温度差异，还是金属沿表面方向存在的温度梯度，都可能导致温差电池腐蚀。通常，高温区是阳极，低温区是阴极，但也有时极性相反。当金属表面发生局部高速传热时，传热腐蚀将与温差腐蚀同时起作用。图515为一种模拟温差电池的试验装置，此装置可用于电化学测量。为减少腐蚀产物积累，可采用流动溶液；为防止形成氧

24、化膜，可将溶液完全去气。为了保证试验过程中没有从试样向溶液的传热过程，试验装置由两个独立的回路组成。不同温度的两个电极室，溶液通过烧结玻璃膜实现电解接触，但溶液之间并不互混。第五章 常规实验室腐蚀试验方法31第五章 常规实验室腐蚀试验方法325.3.4 高温高压釜试验 在锅炉和反应堆等工作设备中，经常遇到高温高压水或水蒸汽的工作环境。在实验室中为了模拟这种高温高压条件而设计了多种类型的高压釜，对高压釜的基本要求是：密闭性好，不能渗漏液体和气体；高压釜内壁因与试样处于同样的腐蚀环境中，因此必须耐腐蚀；应当有足够的强度，承受长期的高压作用；为试验安全和满足多种实验要求，应附设一些必要的装置，如温度和压力的控制装置、安全装置和电化学测量接口等。 高压釜试验一般有静态试验和循环回路试验两种。 静态试验以其装置简单、操作方便而披广泛应用。 循环回路的高压釜试验装置虽较复杂操作也比较困难，但是可以模拟循环流动的状态，通过净化系统可以控制溶液中的腐蚀产物污染，然后再用高压泵把洁净溶液送回高压釜。通过循环系统及插入pH值监视仪和氧分析仪，可以监控高压釜中的氢和氧。第五章 常规实验室腐蚀试验方法33第四节 氧化试验 金属材料的高温抗氧化性能是材料的一项重要性能指标。对于某些在高温