第4章常規(guī)實驗室腐蝕試驗方法

1、第4章 常規(guī)實驗室腐蝕試驗方法材料科學與工程系唐曉第4章 常規(guī)實驗室腐蝕試驗方法n1.模擬浸泡試驗n全浸、半浸、間浸試驗n2.動態(tài)浸泡試驗n一般流動溶液n循環(huán)流動溶液n高速流動溶液n轉動金屬試樣n3.控溫試驗n等溫試驗n傳熱面試驗n溫差腐蝕試驗n高溫高壓釜試驗w4.氧化試驗重量法容量法壓力計法電阻法w5.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1.模擬浸泡試驗1.1全浸1.2半浸1.3間浸1.1全浸試驗考慮下列因素的特殊影響作用：n溶液成分(體積波動1，介質容量：試樣表面積控制在20200ml/cm2)n溫度（水浴、油?。﹏充氣狀態(tài)(充氣及去氣）n溶液流速n試樣表面狀態(tài)n試

2、樣支架方法n試驗周期n暴露后試樣的清洗方法1.2半浸n半浸腐蝕試驗也稱為水線腐蝕試驗。n試驗方法要求，與全浸基本相同n關鍵是保持水線部位保持在固定位置上1.3間浸n間浸試驗（間斷浸泡試驗）又稱交替浸泡試驗，意即金屬試樣交替浸入液態(tài)腐蝕介質和暴露在空氣中。n是一種模擬試驗，也是一種加速試驗n為水溶液提供加速腐蝕條件，因為在大部分暴露時間中試樣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，水分蒸發(fā)，腐蝕組分濃縮；腐蝕產物膜破裂使腐蝕速度升高。n試驗裝置：升降式、轉鼓型間浸試驗裝置。n注意頻率、環(huán)境溫度、濕度n條件選擇與所用裝置工作原理有關。一般，溶液和空氣中的暴露時間比應視具

3、體要求而定，一般為1：11：10，一次循環(huán)總時間160min，有時可以達24h。2.動態(tài)浸泡試驗n一般流動溶液試驗n循環(huán)流動溶液試驗n高速流動溶液試驗n轉動金屬試樣試驗（安裝試樣分兩種，轉動軸和溶液液面的相對位置也分兩種，即水平和垂直。角速度及圓盤的直徑對試驗結果有顯著的影響）沖刷腐蝕實驗裝置10沖刷樣架結構設計111法蘭；2內徑25有機玻璃管；3參比電極安裝管；4工作電極安裝管；5對電極安裝管沖刷樣架結構圖3.控溫試驗n等溫試驗（溶液溫度為控制對象）n傳熱面試驗（溫度梯度產生溶液密度的差別，高溫金屬側產生氣泡引起對流）n溫差腐蝕試驗n高溫高壓釜試驗 高壓釜的基本要求是：密閉性好，不能滲漏液體

4、和氣體；釜壁測量抗介質腐蝕；有足夠強度，可承受長期高壓作用；為試驗安全并滿足多種實驗要求，應附設必要裝置，如溫度和壓力的控制、測量裝置和電化學測量接口等等溫試驗n試驗原理n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。為了操作簡單，往往以溶液溫度為控制對象，此即所謂等溫試驗。n試驗方法n常把密封的腐蝕試驗容器置于恒溫器中來實現(xiàn)溫度控制，恒溫器的加熱介質有電加熱的水浴、砂浴、油浴、蒸氣或空氣，也可采用外套玻璃管的電阻絲直接加熱腐蝕介質。傳熱面試驗n試驗原理n在鍋爐與熱交換器等裝置的金屬構件中及與其相鄰的溶液之間總是存在著溫度梯度。n在金屬/溶液界面與本體溶液之間的溫度梯度會產生

5、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。n當有氣泡析出并吸附在金屬壁上時，氣泡及附面層液膜使熱金屬表面與冷溶液本體隔開，致使金屬表面局部溫度顯著升高，產生所謂的熱壁腐蝕。n氣泡的機械作用還會沖擊破壞金屬表面或鈍化膜。對流作用會強化氧氣極化腐蝕。溫差腐蝕試驗n試驗裝置：n模擬溫差電池腐蝕試驗裝置可減少腐蝕產物積累，可采用流動溶液；n為防止形成氧化膜，可將溶液完全除氧為了保證試驗過程中沒有從金屬試樣向溶液的傳熱過程，試驗裝置由兩個獨立的回路組成。n不同溫度的兩個電極室，溶液通過燒結的玻璃膜實現(xiàn)電解接觸，但兩室溶液間不互混。n試驗裝置：n對高壓釜的基本要求是：n密閉性好，不能滲漏

6、液體和氣體；n釜壁材料抗試驗介質腐蝕；n有足夠的強度，可承受長期高壓作用；n為試驗安全并滿足多種試驗要求，應附設一些必要的裝置，如溫度和壓力的控制、測量裝置及電化學測量接口等。n高壓釜試驗一般有靜態(tài)試驗和循環(huán)回路試驗兩種優(yōu)點缺點靜態(tài)試驗裝置簡單、操作方便、應用廣泛腐蝕產物積累、腐蝕過程消耗氧或析氫都會影響試驗結果循環(huán)回路試驗可模擬選還液流狀態(tài)，且可控制腐蝕產物可進行各種項目測量：pH、溶氧濃度、析氫量裝置復雜、操作困難4.氧化試驗為研究氧化動力學過程和氧化機理，評定合金抗氧化性能或發(fā)展抗氧化新材料，通常采用如下方法：n重量法n容量法n壓力計法n電阻法4.1重量法n設備：天平、控溫加熱爐、氣體控

7、制裝置n根據(jù)體系不同，分為失重法和增重法n為獲得試樣重量隨時間變化的動力學曲線，可使用間斷稱重法或連續(xù)稱重法n所謂連續(xù)稱重是用專門設計的可連續(xù)稱重或連續(xù)指示重量變化的裝置，在整個試驗過程中連續(xù)不斷地記錄試樣重量隨時間的變化。常用裝置有電子熱天平、石英彈簧天平、鉬絲彈簧天平和真空鎢絲扭力微天平等。4.2容量法n容量法是在恒定壓力下測量因氧化而被消耗掉的氧的體積。n裝置n容量法的靈敏度優(yōu)于重量法，尤其是在低壓下特別靈敏，甚至一點點氧化也會導致壓力顯著變化。n對于生成揮發(fā)性的體系不宜使用4.3壓力計法n壓力計法是在恒定體積下測量氧化過程中反應室內的壓力下降。n試驗裝置基本上由一個加熱反應管、一個壓力

8、計和一個供氣系統(tǒng)組成n適用于單一組分氣體氧化試驗。n此法反應室和壓力計處于不同溫度反應區(qū)溫度應嚴格恒定，必要時可將壓力計置于恒溫浴中，已避免溫度波動對準確測量壓力的影響。n此外，還要求試樣表面無揮發(fā)性玷污物，試驗過程中沒有二次氣體反應，試樣中物溶解氣體存在。4.4電阻法n測量金屬絲的電阻變化來測量因氧化引起的金屬橫截面積減小n要求：電阻增加完全來自橫截面積的減小；要求測量電阻在高溫氧化狀態(tài)下不會由于熱處理而變化，以區(qū)別氧化對橫截面積的影響。此外還要求合金的組分不會產生選擇性氧化。n裝置5.燃氣腐蝕試驗n硫酸露點腐蝕試驗n堿性硫酸鹽熔融腐蝕試驗n釩腐蝕試驗5.1硫酸露點腐蝕試驗n燃料燃燒在鍋爐低

9、溫部位產生的硫酸露點腐蝕，不僅是由于在金屬表面凝聚產生了硫酸，而且因凝聚產生的硫酸量與金屬表面積相比是很小的（即比液量小），作為腐蝕產物的硫酸鐵易沉積在金屬表面；n燃燒產物和未燃盡的炭堆積在金屬表面上也對腐蝕性有一定的影響；n還有從腐蝕產物構成及機理方面考慮，都不能簡單地以硫酸浸泡試驗來表征硫酸露點腐蝕的作用規(guī)律和機理。n此法可視為硫酸露點腐蝕的加速試驗方法試驗裝置5.2堿性硫酸鹽熔融腐蝕試驗n含鹽海洋空氣和燃料中硫反應，在金屬表面形成一層硫酸鹽膜（主要是Na2SO4），往往造成燃氣輪機葉片或其他部件損壞的原因。A 坩鍋法B 涂鹽法C 淋鹽法D 連續(xù)供鹽凝聚法E 鹽膜熱震法F 電化學試驗法G 常壓噴嘴試驗H 高壓噴燒試驗5.3釩腐蝕試驗n當使用含釩燃油時，燃燒生成的V2O5，在燃氣裝置中常以熔融相存在。其為酸性氧化物，它能破壞金屬氧化膜，通過高價氧化物 低價氧化物的自催化過程在金屬/氧化膜界面處不斷腐蝕。n如果環(huán)境中油堿金屬或硫存在，則腐蝕更為加速，因V2O5與Na2O、Na2S