《仪表高温氧化腐蚀仿真方法》

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团体标准

T/XXXXXXX—XXXX

仪表高温氧化腐蚀仿真方法

Hightemperatureoxidationcorrosionsimulationmethodofinstrument

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

发布

T/XXXXXXX—XXXX

引言

在化工领域，高温气氛氧化是在环境恶劣环境中仪表使用的腐蚀失效机理之一。为了提高仪表在恶

劣环境下的可靠性，仪表制造商应分析仪表的失效机理与模型、运用可靠性设计技术和高温气氛氧化仿

真方法提高其的可靠性。

一般仪表由电路系统、传感器和外壳组成。传感器在化工领域的使用场合最为恶劣。直接与工质接

触的传感器的可靠性是非常重要的。本标准用高温氧化试验来分析仪表传感器外壳的材料腐蚀，通过仿

真的方法，帮助制造商仪表研发团队经济合理的选择传感器外壳材料。

II

T/XXXXXXX—XXXX

仪表高温氧化腐蚀仿真方法

1范围

本标准规定了仪表传感器材料高温氧化试验的仪器、设备、试验步骤和数据采集及其仿真。

本标准适用于化工、冶金领域使用的仪表高温氧化试验及仿真。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

氧化皮scale

试样表面因高温腐蚀产生的表面氧化膜和腐蚀产物。

【来源：GB/T38231-20193.1】

附着氧化皮adherentscale

冷却后附着在试样表面的氧化皮。

【来源：GB/T38231-20193.2】

剥落氧化皮spalledscale

从试样表面脱落的氧化皮

【来源：GB/T38231-20193.3】

质量总变化grossmasschange

冷却后试样和收集的剥落氧化皮质量之和与试验前试样初始质量的变化。

【来源：GB/T38430-20193.4】

质量净变化netmasschange

冷却后试样质量（不包括剥落氧化皮）与试验前试样初始质量的变化。

【来源：GB/T38430-20193.5】

高温腐蚀high-temperaturecorrosion

在高于环境中液态相露点温度（至少100℃）时的腐蚀。

【来源：GB/T38430-20193.6】

4试验原理和目的

试验原理

高温氧化试验（oxidationtestsathightemperature）是在气体成分、压力等固定的高温条件

下，测定金属材料抗氧化性能的金属腐蚀试验。

常见结构材料元素的氧化物形成自由能在使用温度下均为负值，说明它们与氧气发生反应形成氧

化物在热力学上是自发的。之所以这些材料并没有在空气中瞬时变成氧化物，是因为氧化物一旦在金属

表面形成完整覆盖后，就具有一定的隔绝氧气的功能，从而避免了金属被快速氧化。

3

T/XXXXXXX—XXXX

在高温空气中，金属的氧化过程可用图1示意表示。材料在高温氧化性环境下失去电子，形成腐蚀

产物的过程，称为高温氧化。首先发生的是氧化物形核长大，在室温下，这个过程也非常快。形成了完

整的氧化膜后，氧气得到电子的过程发生在气体/氧化膜界面，金属失去电子的过程发生在氧化膜/金属

界面。阴离子、阳离子和电子在氧化膜形成了浓度梯度，相向扩散通过氧化膜，完成整个氧化过程。大

量研究表明，常见结构材料元素的氧化物都是p-型半导体，以阳离子空位为主要载流子导电。因此，

这些材料的氧化速率一般受阳离子在氧化膜中的扩散速率控制。

图1金属表面氧化膜的形核和生长示意图

称重法是国际上最主要的高温氧化实验方法，即通过测量样品在实验环境中的质量，并通过计算样

品质量的变化速率来表示氧化速率。

设时刻t和t+ε的样品比质量（即单位表面积的质量）分别为w和w+Δw，则该时间区间内的

平均氧化速率为Δw/ε。应注意的是，这时测量到的Δw值是该时间区间内参与氧化过程的氧的质

量。如果需要掌握氧化过程消耗的金属质量，需要测量氧化产物中金属与氧的比例，然后换算得到金属

消耗量。

热力学理论分析和实验研究表明，在氧化产物结构因素和化学因素不变的情况下，金属表面的氧化

产物的生成速率与反应参与物（即氧和金属）受反应参与物在氧化产物中的扩散速率控制，即氧化动力

学符合抛物线规律，见式（1）。

2

(∆푤)=푘푝푡··········································································(1)

式中：

Δw——样品比质量，单位表面积的氧化物质量（单位mg/cm2）；

kp——金属氧化的抛物线常数。

由于扩散属于热激活过程，金属氧化的抛物线常数服从阿伦尼乌斯公式（Arrheniusequation），

见式（2）。

푄

푘=푘exp(−)·····································································(2)

푝0푅푇

式中：

Q——激活能；

R——普适摩尔气体常数(8.314472J/mol.K)；

T——绝对温度。

金属材料的大量实验研究表明，由于金属表面氧化产物的结构因素和化学因素并非一成不变，在进

行金属长期氧化性能评估时，用指数规律来表述更为精确，见式（3）。当n小于2时，氧化产物的扩散

系数随时间增大，说明随氧化时间延长，抗氧化性能逐渐变差；当n大于2时，氧化产物的扩散系数随时

间减小，说明随氧化时间延长，抗氧化性能逐渐变好，导致这一现象的可能因素有：后期形成了抗氧化

性能更好的氧化物，后期氧化产物的缺陷减少（如晶界密度降低）。

(∆푤)n=푘푡···········································································(3)

式中：

Δw——单位面积上氧化产物的质量；

K——氧化产物的扩散系数。

4

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设数据统计分析结果中标准离差为σ，则模型仿真精度为1-σ。模型标准离差来源于数据的不确定性

和模型误差。数据的不确定性是指实验数据本身的离散性或试验系统离散性。例如，在合金氧化试验中，

样品的微观组织结构和化学成分在一定范围内都是合格的，但样品的氧化行为却对这些参数比较敏感，

因此表现在试验结果中就有一定范围的数据分布。模型误差是指模型不完备引起的误差。例如，采用抛

物线模型描述多元多相合金时没有考虑腐蚀产物扩散速率随时间变化而变化。

试验目的

评估现有仪器仪表材料和可待选材料的高温氧化性能，为在高温条件下工作的各款仪表选材和可

靠性设计及验证提供依据。

5试验样品、设备和参数选择

试验样品

5.1.1试样形状一般为条状、圆片或圆柱，表面积应不小于300mm2，厚度应不小于1.5mm。如有特殊

需求，试样的形状和尺寸应符合相关各方达成的协议要求。

5.1.2试样表面应机械抛光，抛光至Ra0.1~Ra0.4。试样边角应轻微倒圆。若相关方要求采用其他表

面抛光方法，应规定表面抛光的条件。

5.1.3试样表面不应有因标记、冲压、开槽引起的变形。试样的标识应完全基于试样在试验箱内相对

位置的记录。但允许有用于试样支架的孔洞和或基准标记。当为了支撑试样需要，在试样上打孔时，打

孔应在最后抛光或涂覆涂层前进行，并且计算试样表面积时应考虑孔洞。

试验设备和测试仪器

高温氧化炉：最高温度≥1000℃，温度控制精度±1℃。

坩埚：在试验周期内质量变化量不大于0.01mg。

游标卡尺：精度达到0.01mm。

电子天平：量程应在在试验周期内试样质量的1倍范围内，感量应不小于0.1mg，精度达到0.01mg。

温湿度计精度：温度：±1℃,湿度：±2%RH。

试验应力

氧化气氛可为空气或任意氧化性气氛。本试验为开放试验系统的大气环境试验，应注意试验室的湿

度会根据试验室所处的地理位置和天气条件有很大不同。这些变化可能在很大程度上影响试验结果。所

以，应记录试验时试验室的大气湿度。

试验温度按仪表实际使用的温度要求来确定，至少选择3个试验温度。一般可以在300℃、400℃、

500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃选择。

试验方式

试验采用恒温氧化，即在给定温度下氧化，测量试样氧化质量变化。测量氧化质量变化一般有两种

热重法和间断氧化法。

热重法就是在热天平中进行。热重法的优点是可实时测量样本的质量变化和氧化温度，可避免冷却

过程对样本数据的影响。

间断氧化法就是在清洁高温炉中进行，每隔一定保温时间将样本取出冷却至室温，然后进行质量测

量。间断氧化法的优点是可进行长时间氧化，可同时进行多个样本试验，可采用较大表面积的样本。

6试验步骤

试验前应在试验的暴露温度下检验加热炉，确定加热炉内均温区的尺寸。

应用异丙醇或乙醇超声波清洗试样，然后进行干燥。清洗后的试样在称重和暴露实验前储存在干

燥器中。

试验前应在至少3个位置测量试样的尺寸，计算表面积。

试验前应对试样称重。每个试样应称重不少于两次，连续两次测量测差别应不大于0.05mg。

5

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试验前应确定试验方案。包括确定至少3个试验温度；每个温度至少3个试样；每个试验温度的

时间，以及试验测试时间点，至少进行5次测量。

将试样分别放进事先作好标记的坩埚内，采用天平称重，作好记录。

根据试验方案，分别将装有试样的坩埚放入设定的高温氧化箱内加热到试验温度。

当采用间接氧化法时，应将试样在室温下放进加热炉的均温区中，将炉温升至试验温度时，开始

计时，并在试验方案规定的时间点（20h、40h、60h、80h、100h可选）取出样品，冷却到室温后称重试

样质量，记录数据。然后继续放入炉内，依该程序进行至少5次测量，总试验时间至少100h。

当采用热重法时，将装有试样的坩埚放在热天平上，放入高温氧化箱加热到试验温度。实时测量试

样的质量变化和氧化温度。

7数据采集

试验数据收集

数据应是采用恒温氧化试验方法测量得到的数据。可采用多批次或单批次，单一来源或多来源数据。

数据记录要求

应记录数据来源，尽可能详细记录试验情况。数据应包括如下数据：

a)试验材料应记录：

——样品原始状态的样品材料牌号和或化学成分；

——样品加工工艺，如冷热加工状态（微观组织结构）；

——制造厂家。

b)试样应记录：

——试样数量；

——试样尺寸、质量、表面积；

——试样的表面状态。

c)试验条件应记录：

——试验温度包括最高温度和最低温度；

——试验日期与时间；

——环境温度和湿度。

d)试验设备以及测试仪器信息及检定有效期；

e)试验结果应记录：

——未进行测试前的样品表面积(S)；

——腐蚀试验时间(t)及对应该时刻的样品质量(m(t))，包括未进行腐蚀试验前的样品质

量；

——试验方法（如间断氧化法或热重法）；

——氧化增重；

——试验前照片；

——试验后的照片。

试验数据要求

当采用间断氧化法进行恒温氧化试验时，每个试验温度至少应包括3个样本。每个试验温度，至少

应记录5对试验数据。每对试验数据应包括样本氧化时间和样本质量。应单独测量每个样本的数据。多

个样本表面形貌出现明显差异时，应记录在案，以备查阅和分析。

采用间断氧化法进行恒温氧化试验时，应将剥落的氧化产物计入样本的质量中。采用多个样本或较

大表面积样本进行试验时，应注意高温炉的热容量足够大，记录样本升温时间，以备查阅和分析。

当采用热重法进行恒温氧化试验时，应注意有些热天平是随炉升温。这时应取样品温度达到试验温

度的数据进行模型计算。

8参数估计

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模型参数计算

8.1.1样品比质量计算

对于每个样本，每对热氧化试验数据进行如下处理，根据式（4）计算该时刻的每个样品比质量：

∆w(t)=[m(t)−m(0)]/S·······························································(4)

式中：

m(0)——样本的初始质量；

m(t)——氧化时刻t的样本质量；

S——热氧化前测量的样本表面积。

8.1.2抛物线常数计算

对经预处理计算得到的比质量再进行计算，得到(Δw(t))2值，以(Δw(t))2为因变量，t为变量，进行

线性回归统计分析，得到回归方程，见式（5）：

(Δw(t))2=a+kpt····································································(5)

式中：

Kp——为该试验温度下该材料的氧化抛物线常数kp值。kp值的国际标准单位为g2m-4s-1，也常用

mg2cm-4h-1。

a值忽略。

8.1.3抛物线常数激活能计算

通过前两节所述方法，可以分别计算得到的各个实验温度T的氧化抛物线常数kp(T)值。以ln(kp)为

因变量，时刻x=104/T为变量，进行线性回归统计分析，得到回归方程，见式（6）：

ln(kp)=a+b104/T································································(6)

式中：

T——各试验的绝对温度。

利用式(7)和式(8)换算得到式（2）中kp0和Q值，其中kp0单位与kp单位相同，Q单位为kJ/mol。

kp0=exp(a)··········································································(7)

Q=−104Rb··········································································(8)

8.1.4模型仿真精度验证

设任意时刻t的样品增重为Δw(t)。对氧化时间和样品增重取对数，以ln(Δw(t))为因变量，x=ln(t)

为变量，进行线性回归统计分析，得到回归方程，见式（9）：

ln(Δw(t))=a+bln(t)·································································(9)

设统计分析结果中标准离差为σ，则模型仿真精度为1-σ。利用式（10）和式（11）换算得到式

（3）中k和n值。

k=exp(a)··········································································(10)

n=b···············································································(11)

按上述方法得到的模型参数和式（3）进行计算仿真值，与试验值比较，进行线性回归统计分析。

高温氧化定量模型参数验证

应对计算软件的可靠性和数据是否服从模型规律进行验证。

可用构造数据进行模型参数估计计算，验证计算软件的可靠性。

可在高温氧化定量腐蚀模型参数估计计算线性回归拟合优度和置信区间，确定数据是否服从模型

规律。

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附录A

（资料性）

示例

A.1高温氧化腐蚀性能试验

根据高温氧化性能测试试验大纲，GH4169样品数量为5个，试验温度800℃、850℃、900℃、950℃、

1000℃；试验时间50h。

A.1.1增重曲线

根据试验数据，经处理后，得到该时刻的比质量。画出增重曲线如图A.1。

图A.1GH4169合金高温氧化动力学数据散点图

A.1.2数据处理

五个实验温度下，GH4169合金高温氧化稳态抛物线常数kp计算值如表1所示，进一步计算得到

kp与绝对温度T的关系为：

kp=2.01×107exp(-221.96/RT)

式中：

R——普适气体常数，8.31451×10-3kJ/mol.K。

表A.1GH4169合金高温氧化稳态抛物线常数

T(°C)kp(mg2/cm4h)

8000.0003803

8500.0008542

9000.002112

9500.006235

10000.01910

A.2高温氧化仿真精度试验

根据高温氧化性能测试试验大纲，GH4169样品数量为6个，试验温度850℃、900℃；试验时间1000h。

A.2.1试验结果

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图A.2

A.2.2模型参数及仿真结果

按表A.2所示参数的幂指数规律，见式（3），对850℃，900℃温度下GH4169合金高温氧化增重进行

计算，得到的仿真曲线分别如图A.3，图A.4所示。

表A.2GH4169高温氧化幂指数模型参数

T(°C)nk

8502.3580.0004979

9003.5180.002976

图A.3GH4169合金850℃高温氧化仿真曲线

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图A.4GH4169合金900℃高温氧化仿真曲线

A.2.3数据处理

仿真结果与试验数据对比，得到的残差值如图A.5和A.6所示，可见均在±10%以内。

图A.5GH4169合金850℃高温氧化仿真残差

图A.6GH4169合金900℃高温氧化仿真残差

采用数理统计分析得到仿真的标准离差如表A.3所示。

表A.3GH4169合金幂指数模型参数和标准离差

T(°C)nk标准离差

8502.3580.00049790.02600

9003.5180.0029760.03368

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因此，850℃和900℃温度下GH4169合金高温氧化仿真准确率为97%。

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参考文献

[1]DL/T1162-2012火电厂金属材料高温蒸汽氧化试验方法

[2]GB/T38231-2019金属和合金的腐蚀金属材料在高温腐蚀条件下的热循环暴露氧化试验方法

[3]GB/T38430-2019金属和合金的腐蚀金属材料在高温腐蚀条件下的等温暴露氧化试验方法

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前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国机械工业标准化技术协会提出。

本文件由中国机械工业标准化技术协会仪器仪表及自动化专业委员会归口。

本文件起草单位：上海工业自动化仪表研究院有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、中国科

学院金属研究所、西仪股份有限公司。

本文件主要起草人：

本标准为首次发布。

I

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仪表高温氧化腐蚀仿真方法

1范围

本标准规定了仪表传感器材料高温氧化试验的仪器、设备、试验步骤和数据采集及其仿真。

本标准适用于化工、冶金领域使用的仪表高温氧化试验及仿真。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

氧化皮scale

试样表面因高温腐蚀产生的表面氧化膜和腐蚀产物。

【来源：GB/T38231-20193.1】

附着氧化皮adherentscale

冷却后附着在试样表面的氧化皮。

【来源：GB/T38231-20193.2】

剥落氧化皮spalledscale

从试样表面脱落的氧化皮

【来源：GB/T38231-20193.3】

质量总变化grossmasschange

冷却后试样和收集的剥落氧化皮质量之和与试验前试样初始质量的变化。

【来源：GB/T38430-20193.4】

质量净变化netmasschange

冷却后试样质量（不包括剥落氧化皮）与试验前试样初始质量的变化。

【来源：GB/T38430-20193.5】

高温腐蚀high-temperaturecorrosion

在高于环境中液态相露点温度（至少100℃）时的腐蚀。

【来源：GB/T38430-20193.6】

4试验原理和目的

试验原理

高温氧化试验（oxidationtestsathightemperature）是在气体成分、压力等固定的高温条件

下，测定金属材料抗氧化性能的金属腐蚀试验。

常见结构材料元素的氧化物形成自由能在使用温度下均为负值，说明它们与氧气发生反应形成氧

化物在热力学上是自发的。之所以这些材料并没有在空气中瞬时变成氧化物，是因为氧化物一旦在金属

表面形成完整覆盖后，就具有一定的隔绝氧气的功能，从而避免了金属被快速氧化。

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在高温空气中，金属的氧化过程可用图1示意表示。材料在高温氧化性环境下失去电子，形成腐蚀

产物的过程，称为高温氧化。首先发生的是氧化物形核长大，在室温下，这个过程也非常快。形成了完

整的氧化膜后，氧气得到电子的过程发生在气体/氧化膜界面，金属失去电子的过程发生在氧化膜/金属

界面。阴离子、阳离子和电子在氧化膜形成了浓度梯度，相向扩散通过氧化膜，完成整个氧化过程。大

量研究表明，常见结构材料元素的氧化物都是p-型半导体，以阳离子空位为主要载流子导电。因此，

这些材料的氧化速率一般受阳离子在氧化膜中的扩散速率控制。

图1金属表面氧化膜的形核和生长示意图

称重法是国际上最主要的高温氧化实验方法，即通过测量样品在实验环境中的质量，并通过计算样

品质量的变化速率来表示氧化速率。

设时刻t和t+ε的样品比质量（即单位表面积的质量）分别为w和w+Δw，则该时间区间内的

平均氧化速率为Δw/ε。应注意的是，这时测量到的Δw值是该时间区间内参与氧化过程的氧的质

量。如果需要掌握氧化过程消耗的金属质量，需要测量氧化产物中金属与氧的比例，然后换算得到金属

消耗量。

热力学理论分析和实验研究表明，在氧化产物结构因素和化学因素不变的情况下，金属表面的氧化

产物的生成速率与反应参与物（即氧和金属）受反应参与物在氧化产物中的扩散速率控制，即氧化动力

学符合抛物线规律，见式（1）。

2

(∆푤)=푘푝푡··········································································(1)

式中：

Δw——样品比质量，单位表面积的氧化物质量（单位mg/cm2）；

kp——金属氧化的抛物线常数。

由于扩散属于热激活过程，金属氧化的抛物线常数服从阿伦尼乌斯公式（Arrheniusequation），

见式（2）。

푄

푘=푘exp(−)·····································································(2)

푝0푅푇

式中：

Q——激活能；

R——普适摩尔气体常数(8.314472J/mol.K)；

T——绝对温度。

金属材料的大量实验研究表明，由于金属表面氧化产物的结构因素和化学因素并非一成不变，在进

行金属长期氧化性能评估时，用指数规律来表述更为精确，见式（3）。当n小于2时，氧化产物的扩散

系数随时间增大，说明随氧化时间延长，抗氧化性能逐渐变差；当n大于2时，氧化产物的扩散系数随时

间减小，说明随氧化时间延长，抗氧化性能逐渐变好，导致这一现象的可能因素有：后期形成了抗氧化

性能更好的氧化物，后期氧化产物的缺陷减少（如晶界密度降低）。

(∆푤)n=푘푡···········································································(3)

式中：

Δw——单位面积上氧化产物的质量；

K——氧化产物的扩散系数。

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设数据统计分析结果中标准离差为σ，则模型仿真精度为1-σ。模型标准离差来源于数据的不确定性

和模型误差。数据的不确定性是指实验数据本身的离散性或试验系统离散性。例如，在合金氧化试验中，

样品的微观组织结构和化学成分在一定范围内都是合格的，但样品的氧化行为却对这些参数比较敏感，

因此表现在试验结果中就有一定范围的数据分布。模型误差是指模型不完备引起的误差。例如，采用抛

物线模型描述多元多相合金时没有考虑腐蚀产物扩散速率随时间变化而变化。

试验目的

评估现有仪器仪表材料和可待选材料的高温氧化性能，为在高温条件下工作的各款仪表选材和可

靠性设计及验证提供依据。

5试验样品、设备和参数选择

试验样品

5.1.1试样形状一般为条状、圆片或圆柱，表面积应不小于300mm2，厚度应不小于1.5mm。如有特殊

需求，试样的形状和尺寸应符合相关各方达成的协议要求。

5.1.2试样表面应机械抛光，抛光至Ra0.1~Ra0.4。试样边角应轻微倒圆。若相关方要求采用其他表

面抛光方法，应规定表面抛光的条件。

5.1.3试样表面不应有因标记、冲压、开槽引起的变形。试样的标识应完全基于试样在试验箱内相对

位置的记录。但允许有用于试样支架的孔洞和或基准标记。当为了支撑试样需要，在试样上打孔时，打

孔应在最后抛光或涂覆涂层前进行，并且计算试样表面积时应考虑孔洞。

试验设备和测试仪器

高温氧化炉：最高温度≥1000℃，温度控制精度±1℃。

坩埚：在试验周期内质量变化量不大于0.01mg。

游标卡尺：精度达到0.01mm。

电子天平：量程应在在试验周期内试样质量的1倍范围内，感量应不小于0.1mg，精度达到0.01mg。

温湿度计精度：温度：±1℃,湿度：±2%RH。

试验应力

氧化气氛可为空气或任意氧化性气氛。本试验为开放试验系统的大气环境试验，应注意试验室的湿

度会根据试验室所处的地理位置和天气条件有很大不同。这些变化可能在很大程度上影响试验结果。所

以，应记录试验时试验室的大气湿度。

试验温度按仪表实际使用的温度要求来确定，至少选择3个试验温度。一般可以在300℃、400℃、

500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃选择。

试验方式

试验采用恒温氧化，即在给定温度下氧化，测量试样氧化质量变化。测量氧化质量变化一般有两种

热重法和间断氧化法。

热重法就是在热天平中进行。热重法的优点是可实时测量样本的质量变化和氧化温度，可避免冷却

过程对样本数据的影响。

间断氧化法就是在清洁高温炉中进行，每隔一定保温时间将样本取出冷却至室温，然后进行质量测

量。间断氧化法的优点是可进行长时间氧化，可同时进行多个样本试验，可采用较大表面积的样本。

6试验步骤

试验前应在试验的暴露温度下检验加热炉，确定加热炉内均温区的尺寸。

应用异丙醇或乙醇超声波清洗试样，然后进行干燥。清洗后的试样在称重和暴露实验前储存在干

燥器中。

试验前应在至少3个位置测量试样的尺寸，计算表面积。

试验前应对试样称重。每个试样应称重不少于两次，连续两次测量测差别应不大于0.05mg。

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试验前应确定试验方案。包括确定至少3个试验温度；每个温度至少3个试样；每个试验温度的

时间，以及试验测试时间点，至少进行5次测量。

将试样分别放进事先作好标记的坩埚内，采用天平称重，作好记录。

根据试验方案，分别将装有试样的坩埚放入设定的高温氧化箱内加热到试验温度。

当采用间接氧化法时，应将试样在室温下放进加热炉的均温区中，将炉温升至试验温度时，开始

计时，并在试验方案规定的时间点（20h、40h、60h、80h、100h可选）取出样品，冷却到室温后称重试

样质量，记录数据。然后继续放入炉内，依该程序进行至少5次测量，总试验时间至少100h。

当采用热重法时，将装有试样的坩埚放在热天平上，放入高温氧化箱加热到试验温度。实时测量试

样的质量变化和氧化温度。

7数据采集

试验数据收集

数据应是采用恒温氧化试验方法测量得到的数据。可采用多批次或单批次，单一来源或多来源数据。

数据记录要求

应记录数据来源，尽可能详细记录试验情况。数据应包括如下数据：

a)试验材料应记录：

——样品原始状态的样品材料牌号和或化学成分；

——样品加工工艺，如冷热加工状态（微观组织结构）；

——制造厂家。

b)试样应记录：

——试样数量；

——试样尺寸、质量、表面积；

——试样的表面状态。

c)试验条件应记录：

——试验温度包括最高温度和最低温度；

——试验日期与时间；

——环境温度和湿度。

d)试验设备以及测试仪器信息及检定有效期；

e)试验结果应记录：

——未进行测试前的样品表面积(S)；

——腐蚀试验时间(t)及对应该时刻的样品质量(m(t))，包括未进行腐蚀试验前的样品质

量；

——试验方法（如间断氧化法或热重法）；

——氧化增重；

——试验前照片；

——试验后的照片。

试验数据要求

当采用间断氧化法进行恒温氧化试验时，每个试验温度至少应包括3个样本。每个试验温度，至少

应记录5对试验数据。每对试验数据应包括样本氧化时间和样本质量。应单独测量每个样本的数据。多

个样本表面形貌出现明显差异时，应记录在案，以备查阅和分析。

采用间断氧化法进行恒温氧化试验时，应将剥落的氧化产物计入样本的质量中。采用多个样本或较

大表面积样本进行试验时，应注意高温炉的热容量足够大，记录样本升温时间，以备查阅和分析。

当采用热重法进行恒温氧化试验时，应注意有些热天平是随炉升温。这时应取样品温度达到试验温

度的数据进行模型计算。

8参数估计

6

T/XXXXXXX—XXXX

模型参数计算

8.1.1样品比质量计算

对于每个样本，每对热氧化试验数据进行如下处理，根据式（4）计算该时刻的每个样品比质量：

∆w(t)=[m(t)−m(0)]/S·······························································(4)

式中：

m(0)——样本的初始质量；

m(t)——氧化时刻t的样本质量；

S——热氧化前测量的样本表面积。

8.1.2抛物线常数计算

对经预处理计算得到的比质量再进行计算，得到(Δw(t))2值，以(Δw(t))2为因变量，t为变量，进行

线性回归统计分析，得到回归方程，见式（5）：

(Δw(t))2=a+kpt····································································(5)

式中：

Kp——为该试验温度下该材料的氧化抛物线常数kp值。kp值的国际标准单位为g2m-4s-1，也常用

mg2cm-4h-1。

a值忽略。

8.1.3抛物线常数激活能计算

通过前两节所述方法，可以分别计算得到的各个实验温度T的氧化抛物线常数kp(T)值。以ln(kp)为

因变量，时刻x=104/T为变量，进行线性回归统计分析，得到回归方程，见式（6）：

ln(kp)=a+b104/T································································(6)

式中：

T——各试验的绝对温度。

利用式(7)和式(8)换算得到式（2）中kp0和Q值，其中kp0单位与kp单位相同，Q单位为kJ/mol。

kp0=exp(a)··········································································(7)

Q=−104Rb··········································································(8)

8.1.4模型仿真精度验证

设任意时刻t的样品增重为Δw(t)。对氧化时间和样品增重取对数，以ln(Δw(t))为因变量，x=ln(t)

为变量，进行线性回归统计分析，得到回归方程，见式（9）：

ln(Δw(t))=a+bln(t)·································································(9)

设统计分析结果中标准离差为σ，则模型仿真精度为1-σ。利用式（10）和式（11）换算得到式

（3）中k和n值。

k=exp(a)··········································································(10)

n=b···············································································(11)

按上述方法得到的模型参数和式（3）进行计算仿真值，与试验值比较，进行线性回归统计分析。

高温氧化定量模型参数验证

应对计算软件的可靠性和数据是否服从模型规律进行验证。

可用构造数据进行模型参数估计计算，验证计算软件的可靠性。

可在高温氧化定量腐蚀模型参数估计计算线性回归拟合优度和置信区间，确定数据是否服从模型

规律。

7

T/XXXXXXX—XXXX

附录A

（资料性）

示例

A.1高温氧化腐蚀性能试验

根据高温氧化性能测试试验大纲，GH4169样品数量为5个，试验温度800℃、850℃、900℃、950℃、

1000℃；试验时间50h。

A.1.1增重曲线

根据试验数据