金属腐蚀试验是评估材料在不同环境中抵抗腐蚀能力的一系列科学方法,对于材料开发、产品质量控制、工程安全和经济性至关重要。
一、 试验的核心目的
材料筛选与研发:比较不同金属、合金成分、热处理工艺或新型材料的耐腐蚀性能。
质量控制:确保生产的产品(如镀层钢板、紧固件、汽车部件)符合耐腐蚀标准。
寿命预测与可靠性评估:通过加速试验,预测产品或结构在真实环境下的使用寿命。
腐蚀机理研究:深入理解腐蚀发生、发展的过程和原理。
评估防护措施效果:测试防锈油、涂层、缓蚀剂、阴极保护等防护方法的有效性。
故障分析:当发生腐蚀失效时,通过试验复现和分析,找出原因并提出改进措施。
二、 主要试验方法分类
腐蚀试验方法主要分为三大类:实验室试验、现场试验和实物试验。
三、 常用实验室试验方法(加速试验)
在受控的实验室环境下进行,通过强化腐蚀性因素来快速获得结果。
1. 模拟环境试验
模拟并强化材料在实际使用中可能遇到的环境条件。
盐雾试验:最常用、最传统的加速腐蚀试验。
中性盐雾试验: 参照标准 ASTM B117, ISO 9227。将样品暴露在连续的5%氯化钠盐雾中。主要用于检测镀层(如镀锌、镀镉)的缺陷和均匀性。
醋酸盐雾试验: 在盐水中加入醋酸,使pH值降低,腐蚀性更强。主要用于评估装饰性镀层(如Cu-Ni-Cr)。
铜加速醋酸盐雾试验: 在醋酸盐雾的基础上加入氯化铜,进一步加速腐蚀。主要用于快速评估钢材上镀锌或镀镉层的质量。
循环腐蚀试验: 更先进的方法,模拟更真实的自然环境,如在盐雾、干燥、湿润、低温等条件间循环(如Prohesion试验、GM通用汽车循环等)。其结果与实际户外暴露的相关性通常优于传统盐雾试验。
湿热试验:模拟高温高湿环境,评估产品在潮湿大气中的耐腐蚀性和涂层附着力。参照标准 ASTM D2247, ISO 6270。
气体腐蚀试验:模拟工业大气或室内环境,将样品暴露在含有 SO₂、H₂S、NO₂、Cl₂ 等污染气体的环境中。常用于评估电子元器件、接触件等。
浸泡试验:将样品完全或部分浸泡在特定的溶液(如盐水、酸、碱)中,定期观察和测量腐蚀情况。方法简单直接。
2. 电化学试验
基于金属腐蚀本质上是电化学过程的原理,可以快速、定量地测量腐蚀速率和机理。
塔菲尔外推法:通过测量极化曲线,外推得到腐蚀电流密度,从而快速计算腐蚀速率。适用于快速筛选和比较。
线性极化电阻法:在腐蚀电位附近进行微小极化,通过极化电阻快速计算瞬时腐蚀速率。适用于在线监测。
电化学阻抗谱:通过对体系施加一个小振幅的交流信号,分析其阻抗响应。可用于研究涂层性能、腐蚀机理和界面过程,提供的信息非常丰富。
3. 其他实验室方法
应力腐蚀试验:评估金属在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下的开裂敏感性。
恒载荷试验
U型弯弯曲试验
慢应变速率试验
四、 户外现场暴露试验
将样品直接暴露在真实的自然或工业环境中,是最可靠、最真实的试验方法,但耗时极长。
大气暴露试验:将样品放置在典型的气候环境中,如乡村、城市、工业区、海洋性气候地区。定期检查并记录腐蚀发展情况。
土壤埋设试验:将样品埋在不同类型的土壤中,评估管道、电缆护套等地下设施的耐腐蚀性。
海水全浸、潮差、飞溅区试验:将样品放置在海水的不同深度区域,研究海洋环境对船舶、海洋平台材料的腐蚀行为。
五、 试验结果评估方法
评估腐蚀程度的方法多样,需根据试验目的和腐蚀类型选择。
表观检查:肉眼或低倍显微镜观察腐蚀产物的形态、颜色、分布,以及是否有点蚀、裂纹等。
质量变化法:测量试验前后样品的质量变化。质量增加(增重法)适用于腐蚀产物牢固附着的情况;质量减少(失重法)适用于清除腐蚀产物后,衡量金属的损失。这是最经典、最定量的方法之一。
腐蚀尺寸测量:
腐蚀深度:用于均匀腐蚀。
点蚀深度与密度:用于局部腐蚀,是评估设备穿孔风险的关键指标。
力学性能变化:测量腐蚀前后样品的强度、延伸率等力学性能的变化,评估腐蚀对材料承载能力的影响。
微观分析:使用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等工具,观察腐蚀形貌、分析腐蚀产物成分,深入研究腐蚀机理。
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涉及测试:金属腐蚀试验

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