工程材料的腐蚀评价解析.doc

工程材料的腐蚀评价 材料由于环境的作用而引起的破坏和变质被称为腐蚀。从腐蚀的定义可以看出，腐蚀由材料和环境量的因素决定。随着科学的发展，新材料不断的出现；随着人类活动范围的增大，材料会不断遇到新的工作环境。新材料和新环境的相互作用决定着材料永远会出现新的腐蚀问题，腐蚀学科将会不断地发展。 材料的腐蚀给国民经济带来巨大的损失。据统计，中国每年由于腐蚀所造成的损失大约占国民生产总值的5%，超过了所有自然灾害所造成损失的总和 [1]。世界各国对腐蚀问题都给予了高度的重视，开展了大量地腐蚀与防护研究工作，在过去的20多年中，腐蚀与防护研究迅猛的发展。这从每年出版的与腐蚀防护相关的学术论文数量上就可见一斑，这说明当前国内外的腐蚀与防护研究是日趋活跃的，腐蚀学科也是充满活力的。 材料耐腐蚀性能的评价方法 工程材料在使用时，一定要考虑材料在相应工况环境下的耐蚀能力。也就是说，材料在此环境下是否会发生严重的腐蚀，从而导致工程结构的失效。因此，如何评价在工况环境下，材料表面腐蚀的形态、腐蚀的速度就显得非常具有现实的工程意义。 概括起来，工程材料的耐腐蚀性能的评价方法可以分为三大类：重量法、表面观察法和电化学测试法。 重量法 重量法是材料耐蚀能力的研究中最为基本，同时也是最为有效可信的定量评价方法。尽管重量法具有无法研究材料腐蚀机理的缺点，但是通过测量材料在腐蚀前后重量的变化，可以较为准确、可信的表征材料的耐蚀性能。也正因为如此，它一直在腐蚀研究中广泛使用，是许多电化学的、物理的、化学的现代分析评价方法鉴定比较的基础。 重量法分为增重法和失重法两种，他们都是以试样腐蚀前后的重量差来表征腐蚀速度的。前者是在腐蚀试验后连同全部腐蚀产物一起称重试样，后者则是清除全部腐蚀产物后称重试样。当采用重量法评价工程材料的耐蚀能力时，应当考虑腐蚀产物在腐蚀过程中是否容易脱落、腐蚀产物的厚度及致密性等因素后，在决定选取哪种方法对材料的耐蚀性能进行表征。对于材料的腐蚀产物疏松、容易脱落且易于清除的情况，通常可以考虑采用失重法。例如，通过盐雾试验评价不同镁合金的耐蚀性能时，就通常采用失重法，图4 [2]。 而对于材料的腐蚀产物致密、附着力好且难于清除的情况，例如材料的高温腐蚀，通常可以考虑采用增重法图5[3]。而评价镍基690合金表面粗糙度对其腐蚀性能的影响时，也可以采用增重法进行评价 [4]，图6。 为了使各次不同实验及不同种类材料的数据能够互相比较，必须采用电位面积上的重量变化为表示单位，及平均腐蚀速度，如g.m-2h-1。根据金属材料的密度又可以把它换算成单位时间内的平均腐蚀深度，如m/a。这两类的速度之间的换算公式为： 式中 A-按重量计算的腐蚀速度，g.m-2h-1； B-按深度计算的腐蚀速度，mm/a； ρ-金属材料密度， g.cm-3。 从腐蚀实验前后的试样重量变化计算腐蚀速度V（mm/a），公式为： 式中 ΔW-试样失重，g； ρ-金属材料密度， g.cm-3； A-试样面积， cm2； t-试验周期， h。 失重法的关键操作之一就是完全清除腐蚀产物，而又不损伤基体金属。 采用失重法对材料进行腐蚀性能评价时，由于不同的研究者会采用不同的试样尺寸、腐蚀介质以及试验温度，导致所获得的数据很难具有可比性。因此，为了解决这个问题，人们规范了一种标准的腐蚀试验方法—盐雾腐蚀试验。目前，工业界普遍通过盐雾试验并结合失重测试来表征材料的耐腐蚀性能。根据ASTM B117的要求，试样以15-30度的倾角放置，采用5%的NaCl溶液进行雾化喷雾，试验温度35℃。盐雾实验要求盐雾箱内的容积要足够大，不得将盐雾直接喷射到实验的表面。例如，可以通过对比发生腐蚀的盐雾试验时间，来评价材料的耐腐蚀性能。工业上把发生可用肉眼察觉到的腐蚀的时间定义为材料的盐雾腐蚀寿命。几种镀锌镀铝涂层在不到72小时的时间内就发生了可用肉眼察觉到的腐蚀，盐雾腐蚀寿命很低，而纳米复合涂层的盐雾试验腐蚀寿命则达到了480小时，这个结果说明纳米复合涂层显著地提高了材料的耐腐蚀能力 （图7）。 表面观察法 宏观观察 就是对材料在腐蚀前后及去除腐蚀产物前后的形态做肉眼分析，还应该注意腐蚀产物的形态和分布，以及他们的厚度、颜色、致密度和附着性；同时还应该注意腐蚀介质中的变化，包括溶液的颜色，腐蚀产物在溶液中的形态、颜色、类型和数量等。虽然这种观察是很粗糙的，但任何精细的腐蚀研究都辅以这种方法 [5,6]。 显微观测 就是对受腐蚀的试样进行金相检查或断口分析，或者用扫描电镜、透射电镜、电子探针等做微观组织结构和相成分的分析，据此可研究微细的腐蚀特征和腐蚀动力学。 一些工程材料中，常见腐蚀形态的显微形貌如图所示。 对受腐蚀的试样进行显微观察时，需要注意的几点是： 第一，在观察表