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(yīng)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(zhǔn)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(dāng)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(yīng)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(jìn)行腐蝕試驗時,應(yīng)盡量模擬有關(guān)的現(xiàn)場條件,如果條件允許的話,應(yīng)采用現(xiàn)場腐蝕介質(zhì)做試驗,當(dāng)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(xué)試驗方法、電化學(xué)試驗方法及物理試驗方法三大類?;瘜W(xué)試驗方法很多(見表2-1),比較成熟,應(yīng)用廣泛,其中一部分已列入國標(biāo),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(xué)試驗方法是正在發(fā)展中的方法,尚未標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(yīng)用最廣,特別是金相檢驗方法應(yīng)用較為廣泛。利用金相或現(xiàn)代設(shè)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(jié)構(gòu)和化學(xué)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(xué)浸泡法,另一類是電化學(xué)測量法?;瘜W(xué)浸泡法見表2-2,這些方法一直為人們廣泛采用,技術(shù)上也較成熟,目前國內(nèi)及許多國家都有這方面的標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)也有這方面的標(biāo)準(zhǔn),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(rèn)可。化學(xué)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(jìn)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(jìn)行測量時不方便、費時間。
最常用的化學(xué)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(fù),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(dāng)溶液中破壞鈍化膜的浸蝕性陰離子濃度達(dá)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(xué)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(hù)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(xué)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(hù)電位Ep是指已發(fā)展的蝕孔重新鈍化的最高電位。當(dāng)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(dāng)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(kuò)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(yīng)力腐蝕破裂試驗
根據(jù)加載方法的不同,可以分為恒應(yīng)變法、恒載荷法和恒應(yīng)變速率法。恒應(yīng)變法是通過某些機(jī)械手段,如手工 撬杠尋壓機(jī)等把一定尺寸的試樣彎至預(yù)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(yīng)力;恒應(yīng)變速率法就是根據(jù)不同材料/介質(zhì)體系,在特定的應(yīng)變速率數(shù)值,在一種專門的設(shè)備-恒應(yīng)變速率試驗機(jī)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(yīng)力,焊接殘余應(yīng)力是最常見的一種,因此,焊接件也可用來作為應(yīng)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。