1、4.氧化試驗重量法容量法壓力計法電阻法5.燃氣腐蝕試驗硫酸露點腐蝕試驗堿性硫酸鹽熔融腐蝕試驗釩腐蝕試驗思考題第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法1.模擬浸泡試驗全浸、半浸、間浸試驗2.動態浸泡試驗一般流動溶液循環流動溶液高速流動溶液轉動金屬試樣3.控溫試驗等溫試驗傳熱面試驗溫差腐蝕試驗高溫高壓釜試驗2第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法 這是一種廣泛應用的水溶液掛片試驗，方法簡單。按照要求將金屬材料制成試樣，在實驗室配制的溶液中或在取自現場的介質中浸泡一定時間，用選定的測定方法進行評定 (參見第3章，其中用得最多的是表觀檢查、重量法和點蝕測量方法)。根據試樣與溶液相對關系的不同，可分為全浸、半浸和間浸三種

2、類型試驗。它們的腐蝕機理、腐蝕形態和分布各不相同，因此所用的試驗方法和裝置也有所不同。 關于浸泡試驗，美國材料試驗協會和美國腐蝕工程師協會已經建立了相應的標準ASTM G31和NACE TM0169，我國也已建立了全浸試驗的標準方法GB1012488。第一節 模擬浸泡試驗3 試樣完全浸入溶液的浸泡試驗稱為全浸試驗，此方法操作簡便，重現性好。在實驗室試驗中，比較容易控制某些重要的影響因素。 影響因素： 為了正確地規劃試驗和解釋試驗結果，必須考慮下列因素的特殊影響：溶液成分、溫度、充氣狀態、溶液體積、流速、試樣表面狀況、試樣的浸泡方法、試驗周期以及暴露后試樣的清洗方法等。 溶液體積： 全浸試驗過程

3、中溶液的蒸發損失可以采用恒定水平面裝置控制或定時地添加溶液，使溶液的原始體積的波動不超過1%。有時也采用回流冷凝器。為避免腐蝕產物積累影響腐蝕規律，一般將介質容量與試樣表面積的比例控制在20-200mL/cm2。一般還要求在試驗裝置中只浸泡一種合金，以避免一種合金的腐蝕產物對另一種合金腐蝕規律的干擾。5.1.1 全浸試驗第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法4 試樣： 為了便于制做試樣和提高試驗的重現性及稱重的靈敏度，往往采用平板試樣。點蝕發生幾率與試樣面積有關，應嚴格規定試樣的尺寸。 充氣狀態： 試驗容器可用敞口燒杯或密封燒瓶，應考慮配置充氣或去氣系統、溫度測量與控制裝置以及試樣支架等。實驗室中常利

4、用水浴或油浴控制試驗溶液的溫度。在進行腐蝕試驗時，除非有特別規定，不應對溶液充氣。 充氣可以向試驗溶液中鼓入空氣，有時也可鼓入氧氣或氧與惰性氣休的混合氣體。 去氣則是將惰性氣體(如氬氣、氮氣等)鼓入溶液，驅除溶液中的溶解氧。為防止空氣進入試驗容器，可采用液體氣封裝置。 流速： 在一般的實驗室試驗中，通常是不考慮流速的影響的。但為了提高重現性，對流速進行某些控制是必要的。在沸點溫度下進行的試驗，應注意緩慢加熱并在容器底部鋪一層玻璃(或陶瓷)碎片，以避免過度沸騰和氣泡的沖擊作用。對于在低于沸點溫度下進行的試驗，熱對流是引起液體運動的唯一來源。對于高粘度的溶液，可外加攪拌。第五章 常規實驗室腐蝕試驗

5、方法5 試驗所用的試樣支架和容器在試驗溶液中應呈惰性，保證自身不受腐蝕破壞也不污染試驗溶液。試樣支撐的方法隨試樣、裝置不同而不同，圖5-1給出了幾種玻璃支架的示例。 試樣在介質中有水平、傾斜和垂直三種放置方式(圖5-2)。水平放置試樣有時是有優點的，因為可以借助于水浸物鏡用顯微鏡隨時觀察試樣的表面狀態，而無需取出試樣。圖5-2(b)、(c)是水平放置試樣的兩種方式，后者是將試樣粘接在玻璃管或塑料管的底端，直接構成容器的底。 在大氣壓力的水溶液中的試驗，務求使所有試樣的供氧情況大體一樣，因此需要注意試樣的放置位置。 對于對比實驗，各試樣浸泡深度務求一致，且在液面以下的最小深度應不低于2cm。 圖

6、5-3是帶有加熱裝置和回流冷凝器的全浸試驗裝置。圖5-4是日本JASO7014全浸腐蝕試驗裝置，該裝置配有充氣裝置和回流冷凝器。其他因素的影響：第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法6第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法7第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法8第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法9第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法105.1.2 半浸試驗 半浸腐蝕試驗也稱為水線腐蝕試驗。由于金屬材料部分浸入溶液，氣液相交界的水線長期保持在金屬表面的同一固定位置而造成嚴重的局部腐蝕破壞。在貯存液體的容器內壁及部分浸入海水的金屬構件上，都會發生這種水線破壞。鋁合金和某些其他金屬往往在水線處發生濃差腐蝕，半浸試驗條件為其提供了非

7、常適宜的加速試驗方法。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法11 半浸試驗方法的要求、條件的控制及試驗裝置與全浸試驗基本相同。關鍵是如何提供合適的試樣支撐方法，使水線部位保持在固定的位置上，保證液面上下的試樣面積比恒定不變。采用自動恒定液面裝置，可以顯著提高試驗結果的重現性，圖55是恒定液面裝置的示意圖?；钊?8)如果處于關閉狀態，空氣就通過管(9)進入瓶內，借玻璃管(9)端部把瓶中的蒸餾水以恒定的壓力供給一系列試驗容器。補充是自動進行的，并且腐蝕試驗容器的液面始終控制在管(9)端頭的水平面上，液面波動的范圍在 0.1mm。圖56是美國腐蝕工程師協會(NACE)標準TM0l一69推薦的多用途浸泡試驗裝

8、置，其中試樣支架可同時或分別進行全浸、半浸及氣相腐蝕試驗。該裝置留有備用接口，可根據特殊要求裝配其他附件。為避免在試樣與支架的接觸位置產生局部腐蝕，可將其接觸位置置于溶液之外。當用力學性能變化來評定試驗結果時，應把水線位置調整在拉伸試樣的標距之內。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法125.1.3 間浸試驗 間浸試驗(間斷浸泡試驗)又稱交替浸泡試驗，即金屬試樣交替地浸入液態腐蝕介質和暴露在空氣中。這是一種模擬試驗，也是一種加速試驗。它可以模擬潮水漲落引起的潮差帶腐蝕及波浪沖擊；大氣中經常遇到間斷降雨、結露和干濕交替出現的狀態以及化工設備中液面升降引起的腐蝕。這種間浸狀態還為水溶液作用提供了加速腐蝕的

9、條件，因為在大多數暴露時間中試樣表面可以保持頻繁更新的、幾乎為氧所飽和的溶液薄膜；而且在干濕交替過程中，由于水分蒸發使得溶液中的腐蝕性組分濃縮； 另外，試樣表面完全干燥常常使腐蝕速度下降，可是腐蝕產物膜破裂則起相反的作用。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法13 間浸試驗結果與干濕變化的頻率、環境的溫度和濕度密切相關，所以須合理設計干濕變化周期并在連續試驗中保持不變。同樣應合理控制環境溫度和濕度，以保證試樣在大氣暴露期間有恒定的干燥速度。根據不同的試驗要求，有時在濕度相當高的密閉裝置中進行間浸試驗，使試樣離開溶液后始終保持濕潤狀態；有時在空氣中暴露時用干燥熱風吹拂(或輻照加熱)，以加速干燥。 間浸試

10、驗條件的選擇與所用試驗裝置的原理有關。為了實現干濕交替，可以交替地將試樣浸入和提出溶液；也可使試樣固定不動，而讓溶液相對試樣升降。通常移動試樣比移動腐蝕介質更容易實現。浸入溶液與暴露在空氣中的時間比例隨具體試驗的要求而定，一般為1：11：10，一次循環的總時間常為160min不等，有時可達24h。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法14 圖57為德國DVL升降試樣的間浸試驗裝置。圖58是轉鼓型間浸試驗裝置，窄條試樣掛在連續轉動的轉鼓的周緣，可使其周期性地浸沒在溶液中或暴露在空氣中。通過調節腐蝕槽中介質的水平面，可以改變浸沒時間。圖59是移動腐蝕劑的間浸試驗裝置?？諝獗脝訒r，空氣壓力將腐蝕劑由貯存器

11、壓入腐蝕容器；而當定時電鐘切斷泵的馬達時，腐蝕劑又會在重力作地下回到貯存器中。毛細管分壓器粗細適度，泵工作時足以防止過分耗費空氣，泵停止工作后又足以使壓力很快地降下來。每個歧管可連接一套試驗容器。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法15第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法16 美國材料試驗協會標準G44所規定的在3.5%NaCl溶液中的間浸試驗條件已得到了廣泛的承認。標準規定一小時為一個循環周期，其中包括在3.5%NaCl 溶液中浸泡10min和在空氣中暴露50min，持續24h/d。對于鋁合金和鋼鐵合金，典型的試驗時間為10一90天或更長的時間，這取決于材料耐海水腐蝕的性能。試驗時空氣溫度保持在27 1

12、，相對濕度控制在45 6%。試驗溶液的體積和試樣表面積的比的批薦值為320l/m2。這種間浸試驗被認為是代表了某些自然條件(特別是海洋環境)的加速試驗方法。 有關浸泡試驗的試樣制備和試驗周期等內容可參見第2章的有關部分。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法17第二節 動態浸泡試驗 在強腐蝕體系中，由于腐蝕劑消耗過快或腐蝕產物積累過多；或者在緩慢腐蝕的體系中，由于一些重要的微量組分濃度發生變化；或者為了模擬實際情況，考察腐蝕介質和金屬材料間相對運動及充氣、去氣等對腐蝕的影響，往往要求試驗過程中不斷更新溶液或使試樣/溶液界面產生相對運動。為此發展了多種動態浸泡試驗。 圖510為最簡單的連續更新溶液的裝置

13、，它是利用水位差的原理使高位槽中的溶液連續而緩慢地流過試驗容器，從而使試驗溶液不斷得到更新。由此還可以發展出各種改型裝置，從而控制流速快慢、計量流速等。圖511所示裝置通過泵和管道將一個大容量貯液槽和試驗容器連接起來，調整閥的排液流量可使試樣處于不斷更新的新鮮溶液環境中。5.2.1 一般流動溶液試驗第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法18第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法19 使試樣和介質間產生相對運動的最簡單的方法，是固定試樣而攪動溶液。攪動溶液可采用各種類型的攪拌器，如葉輪式攪拌器、管式攪拌器、偏心輪攪拌器和電磁攪拌器。對溶液充氣也是一種不用攪拌器或機械泵而使溶液運動的方法，這種充氣攪拌措施還可達到

14、對溶液充氧或除氧的目的。為了達到均勻攪拌和均勻充氣(去氣)的目的，可使用帶有小孔的螺旋形玻璃導管或由燒結玻璃、燒結陶瓷制成的多孔過濾器，使氣體成彌散狀態通入溶液。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法205.2.2 循環流動溶液試驗 為了計量試樣表面的溶液流速，往往把試樣固定在管道中，或者直接用試驗材料制成管路系統中的一段管子，利用泵使溶液在其中循環流過。當只能用有限量溶液進行較長時間試驗時，也經常采用循環溶液的試驗。 最簡單的方法是用注流泵使溶液循環流動。注流泵在運行時，空氣泡隨同試驗溶液一起被吸入低壓容器中，從而使溶液不斷充氣。這種情況適用于中性或弱酸性敞開溶液體系，它可以不改變腐蝕過程的機理而加

15、速腐蝕。 循環溶液試驗需注意，如果溶液流速太大，可能會由于流體吸收了泵的攪動能而使液溫顯著升高；而且在泵的轉子、流量閥及法蘭處也容易產生空泡腐蝕。當用待試驗材料管子構成循環回路時。不同材料的管段之間需絕緣隔開，這種管路系統也便于進行電化學測量.第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法215.2.3 高速流動溶液試驗 有時，由于海水的高速沖刷，或金屬結構件(如艦艇)在海水中高速運動，經常會遇到高速流動溶液造成的腐蝕破壞，其他腐蝕介質也有這種情況。高速轉動金屬試樣的試驗只能實現試樣與溶液之間的高速相對運動，但其表面腐蝕形態甚至腐蝕機理都可能與縱向液流引起的結果不同。為直接研究高速流動溶液的腐蝕作用，可用圖5

16、12中的試樣支架，把試樣放在個固定尺寸的水道中并與噴嘴相連接。支架可用尼龍制造。用泵提供高壓海水，試樣表面的溶液流速最高可達145km/h。試驗之后可通過表觀檢查和失重法評定結果，并可在同一流速下相對比較不同材料的耐蝕性。若在試樣上鉆一小孔，就能在孔的下游處產生空泡作用，從而使比較軟的金屬產生空泡破壞。因此這種方法可以用于定性比較材料的抗空泡腐蝕性能。另外，也可把若干個這樣的裝置平行地連接在同一歧管上進行對比試驗。 如圖512(b)所示，在一個歧管上組合安裝一系列具有不同尺寸小孔的試驗小室，歧管為各個試驗小室提供相同的恒定壓力，改變小孔直徑可在試樣表面獲得各種不同的流速。這種高流速在整個試樣表

17、面基本上是均勻分布的，速度差異效應很小。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法22第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法23 由于不同試驗方法產生的流速作用不同，不可能在腐蝕速度與溶液流速之間找到一種絕對的相互關系。為了評定具有一定流速的流體對材料的作用，試驗應能再現或模擬實際的流動狀態。因此，最可靠的還是實物試驗，可將試驗材料直接制成泵、管子或閥在實際生產系統中試驗。但為了縮短試驗周期、節約費用，往往首先進行模擬試驗，為此發展了各種用途的模擬裝置。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法245.2.4 轉動金屬試樣的試驗 轉動金屬試樣的試驗使用緊湊而容易操作的裝置，可以獲得很高的相對速度，在有限的試驗溶液中就可實現高

18、流速試驗。這種試驗有兩類裝置試樣的結構，其一是把試樣安裝在可以高速轉動的圓盤周沿，圖58為這種結構的一個例子；其二是旋轉圓盤裝置。所謂的旋轉圓盤裝置是指試樣與驅動軸垂直配置，并與心軸作同心圓周運動的裝置；根據轉動鈾和溶液液面的相對位置，兩類裝置試樣的結構都可分為水平軸和垂直軸兩種情況。 對于把試樣安裝在圓盤周沿的情況，水平軸轉輪往往用于間浸試驗，通過改變軸線與液面的距離調整大氣暴露與浸入時間的比例；垂直軸轉輪可用于間浸和全浸試驗，由蝸輪蝸桿來調整干濕比。兩者都通過改變轉速來控制各個循環周期的總暴露時間。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法25 對于旋轉圓盤試樣，借高速轉動的心軸，可在圓盤端面距中心不

19、同距離處得到不同的相對運動速度。改變旋轉速度和圓盤直徑可在圓盤試樣上建立一系列不同的圓周速度。因此圓盤的旋轉角速度及圓盤直徑對試驗結果有顯著影響角速度可影響溶液在周向和徑向的流動，而離心力則影響到腐蝕產物的狀態。但是，腐蝕破壞與旋轉半徑和角速度所決定的運動速度之間并無簡單的定量關系。使用相同尺寸的圓盤試樣和同樣的旋轉速度可以相對比較金屬材料的耐蝕性能，但要求試樣足夠大，以便能觀察到臨界速度范圍。圖513為一種實際使用的旋轉圓盤試驗裝置。把經過仔細加工的腐蝕試片(63x12mm)安裝在可高速運動的攪拌軸上，浸入試驗溶液中。如果金屬材料對速度是敏感的，則沿著試片長度方向可以清楚地看到分布不均勻的腐

20、蝕破壞。 旋轉圓盤法在研究電極過程動力學和腐蝕機理方面得到了廣泛的應用。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法26第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法27第三節 控制溫度的腐蝕試驗5.3.1 等溫試驗 試驗原理： 溫度是腐蝕試驗中的一個重要影響因素，往往還是一個加速腐蝕的因素。隨著實際要求不同，需采用完全不同的研究方法和試驗裝置。為了操作簡便，往往以溶液溫度為控制對象，在這種情況下進行的即所謂等溫試驗。 試驗方法： 由于在敞口燒杯中的試驗是不容易控制溫度的，因此往往采用把密閉的腐蝕試驗容器置于恒溫器中來實現溫度控制。為了使恒溫器中各處溫度均勻，常在其中設有攪拌器或風扇。恒溫器的加熱介質有電加熱的水浴、砂浴、

21、蒸汽及空氣，也可采用外套玻璃管的電阻絲直接加熱腐蝕介質。 有時直接在沸騰溶液中進行腐蝕試驗，這必須采用帶有回流冷凝器的密閉容器，以保持溶液濃度不變。有人把沸騰溶液試驗作為一種加速試驗方法，但是因為腐蝕破壞的類型和規律以及各種金屬/介質的腐蝕溫度系數都是隨溫度而變化的，所以它只能用作初級分類試驗。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法285.3.2 傳熱面試驗 試驗原理： 在鍋爐與熱交換器等裝置的金屬結構件中以及與其相鄰的溶液之間總是存在著溫度梯度的。在金屬/溶液界面與本體溶液之間的溫度梯度會產生溶液密度的差別，而在高溫的金屬側所產生的氣泡會引起溶液對流。因此，在這種情況下金屬的腐蝕與等溫試驗時的不同，

22、具有一些新的特點。 當有氣泡在金屬壁上析出時，氣泡和金屬表面的溶液薄膜會使金屬表面與冷的溶液本體隔開，致使金屬表面溫度顯著升高，產生所謂的熱壁腐蝕。由氣泡引起的熱壁腐蝕常常是嚴重的點腐蝕。即使沒有氣泡形成，只要有熱流束從金屬表面流向溶液就會產生熱壁腐蝕。氣泡的機械作用還會使金屬表面或鈍化膜遭到沖擊破壞。對流作用會強化氧去極化腐蝕。此外，溫度梯度也可能使鈍化膜或腐蝕產物膜中產生局部應變，從而影響到金屬材料的腐蝕狀況。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法29 針對不同的用途，已成功地發展出一些傳熱面試驗裝置。圖514是一種比較復雜的傳熱面試驗裝置。此裝置可在全浸或半浸條件下，從金屬表面向介質中傳遞熱量，

23、也可在半浸條件下從溶液介質傳熱到金屬表面。此裝置中還可設置不傳熱的氣相和液相的控制試樣。加熱源為電烙鐵。在試樣上鉆有小孔，可插入熱電偶測量試樣溫度(假定金屬內無溫度梯度)。由插入溶液中的溫度計測量溶液溫度。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法實驗裝置：305.3.3 溫差腐蝕試驗 無論是鄰近金屬的各處溶液中存在的溫度差異，還是金屬沿表面方向存在的溫度梯度，都可能導致溫差電池腐蝕。通常，高溫區是陽極，低溫區是陰極，但也有時極性相反。當金屬表面發生局部高速傳熱時，傳熱腐蝕將與溫差腐蝕同時起作用。圖515為一種模擬溫差電池的試驗裝置，此裝置可用于電化學測量。為減少腐蝕產物積累，可采用流動溶液；為防止形成氧

24、化膜，可將溶液完全去氣。為了保證試驗過程中沒有從試樣向溶液的傳熱過程，試驗裝置由兩個獨立的回路組成。不同溫度的兩個電極室，溶液通過燒結玻璃膜實現電解接觸，但溶液之間并不互混。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法31第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法325.3.4 高溫高壓釜試驗 在鍋爐和反應堆等工作設備中，經常遇到高溫高壓水或水蒸汽的工作環境。在實驗室中為了模擬這種高溫高壓條件而設計了多種類型的高壓釜，對高壓釜的基本要求是：密閉性好，不能滲漏液體和氣體；高壓釜內壁因與試樣處于同樣的腐蝕環境中，因此必須耐腐蝕；應當有足夠的強度，承受長期的高壓作用；為試驗安全和滿足多種實驗要求，應附設一些必要的裝置，如溫度和壓力的控制裝置、安全裝置和電化學測量接口等。 高壓釜試驗一般有靜態試驗和循環回路試驗兩種。 靜態試驗以其裝置簡單、操作方便而披廣泛應用。 循環回路的高壓釜試驗裝置雖較復雜操作也比較困難，但是可以模擬循環流動的狀態，通過凈化系統可以控制溶液中的腐蝕產物污染，然后再用高壓泵把潔凈溶液送回高壓釜。通過循環系統及插入pH值監視儀和氧分析儀，可以監控高壓釜中的氫和氧。第五章 常規實驗室腐蝕試驗方法33第四節 氧化試驗 金屬材料的高溫抗氧化性能是材料的一項重要性能指標。對于某些在高溫