金屬腐蝕可分為全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕主要包括晶間腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕、應力腐蝕開裂,選擇性腐蝕等。不銹鋼和耐蝕合金雖然是以耐蝕為目的,但對于各種形式的腐蝕,不一定都具有優(yōu)良的耐蝕性,不同材料對不同類型的腐蝕介質(zhì)具有不同的耐蝕性。判斷材料耐蝕性的試驗方法,也按腐蝕的種類而有所不同,試驗的目的是比較準確測試材料對某種介質(zhì)、某種腐蝕類型的耐蝕性。下面是常見幾種腐蝕試驗方法:
一、金屬的實驗室重量法腐蝕試驗
它是根據(jù)腐蝕前后試樣重量的變化來測定金屬的腐蝕速率,并以此判斷材料的耐蝕性能。試驗時,如果金屬溶解于介質(zhì)中,試樣的重量減小,可以用失量法測量;如果腐蝕產(chǎn)物的組分已知,并且牢固地附著在金屬的表面上,或者腐蝕產(chǎn)物完全能收集起來,可以用增重法測量;如果當金屬溶解時,一部分腐蝕產(chǎn)物脫落,一部分溶解的金屬又沉積在金屬試樣表面上,那末,試樣可能是增重,也可能是失重。然而試樣既有明顯腐蝕,而增重量與失重量相等,試樣重量完全不變的情況,在實際中卻是極罕見的。失重法是常見金屬腐蝕重量法中最常用的方法,但它只適應全面(均勻)腐蝕,對于有高度選擇性的局部腐蝕毫無意義。
在實驗室進行腐蝕試驗時,應盡量模擬有關的現(xiàn)場條件,如果條件允許的話,應采用現(xiàn)場腐蝕介質(zhì)做試驗,當然也可采用模擬生產(chǎn)的介質(zhì),加速腐蝕試驗介質(zhì)以及實驗室的介質(zhì)等。不銹鋼5%硫酸腐蝕試驗方法(GB4334.6--84),主要適用測定含鉬奧氏體不銹鋼在沸騰5%硫酸溶液中的腐蝕失重量,以試驗不銹鋼的耐均勻腐蝕性能。
二、晶間腐蝕試驗方法
晶間腐蝕試驗方法很多,這些試驗方法的原理和適用范圍各不相同,不同的試驗方法適用于不同的不銹鋼、合金及不同的環(huán)境介質(zhì),因此,正確地、合理地選擇晶間腐蝕試驗方法極為重要。
晶間腐蝕試驗方法大致可以分為化學試驗方法、電化學試驗方法及物理試驗方法三大類。化學試驗方法很多(見表2-1),比較成熟,應用廣泛,其中一部分已列入國標,常見的硫酸-硫酸銅試驗方法和沸騰硝酸試驗方法以后重點將介紹。電化學試驗方法是正在發(fā)展中的方法,尚未標準化,它的最大優(yōu)點是快速,不破壞試樣,世界上許多國家對這一方法進行了廣泛的研究,有希望發(fā)展成為一類快速、非破壞性的現(xiàn)場試驗方法。物理檢驗方法中是以金相法和彎曲法應用最廣,特別是金相檢驗方法應用較為廣泛。利用金相或現(xiàn)代設備如電子顯微鏡和電子顯微探針等獲得晶粒邊界附近的組織結構和化學成分的變化,判斷晶間腐蝕傾向。
三、孔蝕試驗方法
孔蝕試驗方法,概括起來可以分為兩大類:一類是化學浸泡法,另一類是電化學測量法?;瘜W浸泡法見表2-2,這些方法一直為人們廣泛采用,技術上也較成熟,目前國內(nèi)及許多國家都有這方面的標準,國內(nèi)也有這方面的標準,另外還有一些試驗方法已經(jīng)開展了許多工作,并得到了認可。化學浸泡方法是將試樣浸泡在某些加速的或天然的腐蝕環(huán)境里,通過測量蝕孔的重量損失、數(shù)目、深度和大小,測定金屬或合金的耐孔蝕性能,或者通過測量臨界孔蝕溫度,蝕孔成核所需的最低離子濃度,確定金屬和合金的孔蝕敏感性。采用這類方法測量的最大優(yōu)點是陰陽極過程均在發(fā)生孔蝕的試樣上進行,具有較大的陰極面積,蝕孔不在表面上發(fā)展,而是向試樣內(nèi)部發(fā)展,這與生產(chǎn)實際情況相符。但是,在天然條件下進行測量時不方便、費時間。
最常用的化學浸泡法有:三氯化鐵試驗(GB4334.7-84),它是將按要求加工成的試樣放在6% FeCl3溶液中,在一定的溫度下(35℃或50℃)和一定的試驗時間(72h)內(nèi),測得試樣的失重、蝕孔數(shù)目及尺寸大小來評價材料的耐孔蝕性能;臨界孔蝕溫度試驗,它是利用材料在一定溫度范圍內(nèi),溫度升高,孔蝕電位變負,孔蝕也就容易產(chǎn)生這一原理,通過試驗,在一定的試驗溶液中,如10% FeCl3,找出試樣出現(xiàn)孔蝕現(xiàn)象的最低溫度,一般說來,臨界孔蝕溫度越低,耐孔蝕性越差;最低氯離子濃度試驗,它是利用陰離子濃度越高越易產(chǎn)生孔蝕,對具體的某種材料,只有當溶液中破壞鈍化膜的浸蝕性陰離子濃度達到某一臨界濃度時,孔蝕才會產(chǎn)生,因此產(chǎn)生孔蝕的最低氯離子濃度越小,材料對孔蝕越敏感。
電化學測量法是通過測量金屬和合金的孔蝕特征電位(臨界孔蝕電位和孔蝕保護電位)來確定它們的孔蝕傾向性的,這一方法雖然具有電化學測量所特有的快速的優(yōu)點,但與實際生產(chǎn)情況有所不同。臨界孔蝕電位Eb是指材料產(chǎn)生孔蝕,且蝕孔能持續(xù)發(fā)展的最低電位。保護電位Ep是指已發(fā)展的蝕孔重新鈍化的最高電位。當材料在給定的介質(zhì)中自然腐蝕電位Eo的數(shù)值大于Eb時,材料就產(chǎn)生孔蝕,材料Eb越正,耐孔蝕性能越好。當Eo>Ep時,鈍化膜開始發(fā)生破裂,開始溶解,但只要Eo<Eb,(也就是Ep<Eo<Eb)時由于鈍化膜破壞和金屬溶解所生成的微小凹陷,不可能擴展成蝕孔,材料的Ep越正,鈍化膜越難破裂,耐孔蝕性越好。
四、應力腐蝕破裂試驗
根據(jù)加載方法的不同,可以分為恒應變法、恒載荷法和恒應變速率法。恒應變法是通過某些機械手段,如手工 撬杠尋壓機等把一定尺寸的試樣彎至預定形態(tài)如U型、C型、彎梁型等,然后固定;恒載荷法是將試樣一端固定,另一端加上某一恒定的靜載荷,使試樣產(chǎn)生恒定應力;恒應變速率法就是根據(jù)不同材料/介質(zhì)體系,在特定的應變速率數(shù)值,在一種專門的設備-恒應變速率試驗機上,緩慢而勻速地拉伸試樣。在實際生產(chǎn)中,由于冷熱加工常常會產(chǎn)生殘余應力,焊接殘余應力是最常見的一種,因此,焊接件也可用來作為應力腐蝕破裂試驗用試樣。
根據(jù)試驗介質(zhì)的不同,可以分為3.5% NaCl溶液交替沉浸法,沸騰MgCl2溶液法,連多硫酸法,高溫高壓試驗法等,見表2-3。