金属和合金的腐蚀 增材制造钛合金电化学临界局部腐蚀温度（E-CLCT）的测量 征求意见稿

1GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020金属和合金的腐蚀增材制造钛合金电化学临界局部腐蚀温度(E-CLCT)的测量本文件规定了测试增材制造(AM)方法制备的Ti合金的局部腐蚀抗力的步骤。本文件规定了将电化学临界局部腐蚀温度(E-CLCT)，用以相对地评估增材制造Ti材料的局部腐蚀抗2规范性引用文件本文件无规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1电化学临界局部腐蚀温度E-CLCT在规定的测试条件下，增材制造Ti合金试样表面发生稳定的局部腐蚀(包括点蚀和缝隙腐蚀)的最低温度。3.2升温速率试验过程中试样表面温度升高的速率。4现有标准的主要内容及局限性4.1ISO17864的应用范围ISO17864测试方法是通过恒电位技术下进行温度扫描来确定临界点蚀温度(CPT)。在温度扫描过程中监测电流，CPT被定义为电流迅速增加时的温度。考虑到实际操作因素，CPT被进一步定义为电流密度连续60s超过100µA/cm2时对应的温度。试验后，可肉眼确认试样上的点蚀。4.2ISO17864的局限性ISO17864用于测量不锈钢和相关合金的点蚀抗力。这种方法适用于锻造或铸造产品。然而这种方法不能用于经增材和减材制造制备的Ti合金，因为其在点蚀抗力方面优于不锈钢。因此，需要更高的电位和更强的腐蚀环境进行测量。2GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020(E)4.3ISO18089的适用范围ISO18089测试方法是通过恒电位技术下进行温度扫描来确定临界缝隙温度(CCT)。在温度扫描过程中监测电流。CCT定义为当电流迅速增加时，在缝隙形成器下试样的温度。试样上的缝隙腐蚀在试验后可肉眼确认。4.4ISO18089的局限性ISO18089适用于测量不锈钢和相关合金的缝隙腐蚀抗力，该方法适用于锻造或铸造产品。然而这种方法不能用于增材制造制备的钛合金，因为缝隙形成器下的试样表面不会发生缝隙腐蚀。5原则本方法总体描述了测量增材制造Ti合金E-CLCT的实验室试验，它基于ISO17864和ISO18089。因此除了更浓的腐蚀性水质试验溶液、高出很多的外加电位和增材制造制备的钛合金试样以外，试验升温速率、基本仪器和测试程序与上述标准相似。增材制造Ti合金的局部腐蚀抗力应根据点蚀或缝隙腐蚀的萌生或两者同时进行评估，因为与常规锻造合金相比，增材制造Ti合金具有更高的孔隙密度和多变的取向。在ISO18089中，CCT是通过使用缝隙形成器来测定的，该形成器是缝隙腐蚀测试工具组合体的一部分，它通过施加一定的扭矩在所接触的试样中诱发缝隙腐蚀。然而对于增材制造Ti合金，蚀坑或缝隙是由气孔或试样的边缘引起的，而非缝隙形成器下面的位置。因此E-CLCT的测量不需要缝隙形成器，即无需缝隙腐蚀测试工具组合体。用于CPT测试的冲洗端口容器是不够的，该装置中的试样与容器端口分离，被安装在电解池外部。整个试样应浸没在试验容器内的溶液中，以确保试样暴露在溶液中。试样暴露在浓氯化钠溶液中(质量分数为25%)，在恒电位技术下通过温度扫描进行测试。在整个温度扫描过程中，保持阳极外加电位恒定，监控电流。E-CLCT应被测量为如图1所示电流迅速增加时的温度。图2为通过减材和增材两种制造方法制备的Ti-6Al-4V合金的两种不同形状的缝隙腐蚀。在减材和增材制造的Ti-6Al-4V合金中，可观察到不同的局部腐蚀萌生部位。注1:部分CPT值可在参考文献[4]中找到。注2:部分E-CLCT值可在参考文献[5]中找到。3GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020说明：X——温度(℃)Y——电流密度（A/cm2）——增材制造Cp-Ti——增材制造Ti-6AI-4V——增材制造Ni718图1在浓氯化钠溶液(质量分数为25%)中施加2.8V的电位（饱和甘汞电极）条件下，增材制造的Ti-6Al-4V、CP-Ti和Ni718平行于增材制造方向的侧边缘E-CLCT值的测定a)减材制造的Ti-6Al-4V合金4GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020(E)b）增材制造的Ti-6Al-4V合金图2Ti-6Al-4V合金上两种不同形状的缝隙腐蚀6装置6.1恒电位仪恒电位仪器应能将电极电位控制在预设值的±1mV以内。该恒电位仪宜具备1011Ω到1014Ω的高阻抗电极电位测量仪和能测量电流在实际值2%以内的电流测量仪。6.2带温度控制器的循环加热浴槽该循环加热浴槽是一种能够产生温度在0℃至100°C±1℃范围的容器。温度控制器宜便于将试样表面温度从0℃升高到100℃,升温速率为1℃/min。6.3试样支架和连接图3为试样支架和连接的设计示意图。试样支架或电极连接的任何部分应设计成用树脂密封或类似涂层保护，以避免连接处腐蚀。GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020a)b)说明：不得放置缝隙成形器图3-试样示意图6.4试验容器试验容器应当包括试样、一个连接到外部参比电极以测量电极电位的鲁金毛细管探头、一个辅助电极、一个插入测温仪器的端口和一个通过向溶液泵入气体以搅拌溶液的设备，如123参比电极双重壁4辅助电极5试样图4-CLCT容器示意图s6GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020(E)6.5辅助电极和参比电极用高纯度铂制备辅助电极。参比电极应保持在试验容器外部的环境温度下，通过鲁金毛细管探头连接到试验容器里。常用的参比电极是饱和甘汞电极。7试验溶液本试验用250g试剂级氯化钠(NaCl)溶解于750ml试剂水中，得到质量分数为25%NaCl的水溶液。试验容器中溶液的体积与试样面积的比例应至少为100ml/cm2。8试样试样可以是与试样支架相匹配的任何形状。试样的两个不同的测试表面是由垂直于或平行于叠加方向的层组成的，这取决于增材制造的叠加方向。测试体积应为最小10mm×10mm×1mm或以上。边缘面积与总面积之比宜小于20%。9步骤9.1参比电极的准备应测量参比电极与另外两个校准电极之间的电位差。如果电位差大于3mV，不应使用该参比电极测试。9.2钛合金试样的制备试样的制备应确保具有可重复的表面处理。试样浸入溶液前应立即进行清洗，包括脱脂，高纯水冲洗，乙醇或类似溶剂冲洗和风干。脱脂后，应注意试样的试验表面不受污染。9.3溶液的准备溶液配制应使用试剂级的化学品、通过蒸馏等方法提纯至电导率低于20µS/cm的试剂级的水，相当于I级水(见ISO3696)。9.4开始E-CLCT测试应测量试样的暴露表面积。根据增材制造的叠加方向，在试样上制备两个不同的测试表面，包括垂直于或平行于叠加方向的层。试样、辅助电极和盐桥应置于充满溶液的试验容器内。重要的是要确保试样浸没即暴露在溶液中。盐桥填满测试溶液，不含气泡。在整个测试过程中，应以可控的速度将惰性气体泵入溶液，以持续搅拌溶液。电极应连接到恒电位仪和数据记录装置上。应做好温度测量和控制的连接。7GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020应记录试样的开路电位，并对试样施加所需的阳极电位。在浓氯化钠(25%)溶液中，相对于于饱和甘汞电极(SCE)(25°C)，Ti合金(例如Ti-6Al-4V)的外加电位推荐为2.8V。如果不确定2.8VSCE是否足够高到能测得E-CLCT，则可以进行2.9VSCE(25°C)的测试。若在2.8VSCE和2.9VSCE下获得的E-CLCT之间有显著偏差，则需要重新评估并选择新的电位(有关信息请参阅附录A)。在电位施加60秒或更长时间后，应以可控的速率升高试样温度。在整个测试过程中，应监测电流和溶液温度。E-CLCT定义为速率为1°C/min的升温过程中电流密度出现急剧升高时的温度。9.5试验结束确定E-CLCT后，应终止测试。试样应从溶液中取出，依次用水冲洗，用乙醇清洗，用高纯水冲洗，再用乙醇或类似溶剂清洗，并在空气中干燥。应使用光学显微镜观察试样，以确定点蚀和缝隙腐蚀。如果是测试后对表面进行评估，结束时的电流密度可以高于1mA/cm2(例如5mA/cm2)。10试验结果的评价使用不同测试过程获得的E-CLCT值不应相比较。增材制造Ti合金的E-CLCT与所使用的测试方法相关，宜仅作为性能的一种比较性测试来使用。局部腐蚀通常具有随机性，因此考虑到数据离散性和分析，相同实验条件下所需的试样数量最好大于3个。11试验报告试验报告应包括以下信息：a)对所使用文件的引用(包括其出版年份)；b)试验溶液及其体积；c)试样来自的试验材料的完整描述，包括成分和结构状况、产品类型和截面厚度；d)试样的方向和尺寸；e)试样的表面处理，包括从最终表面处理到测试之间的停留时间；f)试验区域及最小厚度；g)电极电位；h)升温速率；i)测试后试样表面的描述；j)电化学临界局部腐蚀温度(E-CLCT)；k)结束时电流密度；l)与过程相关的检测结果偏差；m)观察到的异常特征；n)解释计算结果的参考资料；o)试验数据。8GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020(E)附录A（资料性）增材制造钛合金的外加电位与局部腐蚀随温度的变化关系由于局部腐蚀诱发的随机性，给定温度下的局部腐蚀电位有变化。因此局部腐蚀电位的特征最好用如图A.1中阴影区域所示的范围来描述。局部腐蚀电位一般随温度的升高而降低。图A.1显示了增材制造Ti合金上局部腐蚀的发生随温度和电位的变化情况。说明：图A.1-电位和温度对增材制造Ti合金局部腐蚀的影响原理如图A.1所示，与电位无关的E-CLCT代表了低于一定温度钛合金只发生钝化或过钝化腐蚀的温度极限。而与电位相关的E-CLCT定义为温度高于上述电位无关E-CLCT之后，局部腐蚀与电位相关的那些温度。因此如果温度足够高，局部腐蚀可以发生在局部电位范围内的任何电位。在这种情况下，E-CLCT取决于特定电位和局部腐蚀电位的变化。因此，最佳局部腐蚀电位宜选择与电位无关的E-CLCT。图A.1还显示了特定低电位下的与电位关联的E-CLCT范围。原理上，与电位关联的E-CLCT的低温极限是该与电位无关的E-CLCT。在局部腐蚀电位范围内，如果温度足够高，就会发生局部腐蚀。在这种情况下，E-CLCT取决于特定的电位。当电位高于局部腐蚀电位范围而低于过钝化电位时，局部腐蚀几乎是瞬间发生的。9GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020然而，当电位低于局部腐蚀电位范围时，则不会发生局部腐蚀。GB/TXXXXX-XXXX/ISO22910：2020(E)参考文献[1]ISO3696,Waterforanalyticallaboratoryuse—Specificationandtestmethods[2]ISO17864,Corrosionofmetalsandalloys—Determinationofthecriticalpittingtemperatureunderpotientiostaticcontrol[3]ISO18089,Corrosionofmetalsandalloys—Determinationofthecriticalcrevicetemperature(CCT)forstainlesssteelsunderpotentiostaticcontrol[4]Dong-ILSeoandJae-BongLee.Corrosioncharacteristicsofadditive-manufacturedTi-6Al-4Vusingmicrodropletcellandcriticalpittingtemperaturetechniques.Jou