該如何評價(jià)材料的耐腐蝕性能？

時(shí)間：2021年7月21日 點(diǎn)擊量：1338

    工程材料在使用時(shí)，一定要考慮材料在相應工況環(huán)境下的耐蝕能力。也就是說(shuō)，材料在此環(huán)境下是否會(huì )發(fā)生嚴重的腐蝕，從而導致工程結構的失效。因此，如何評價(jià)在工況環(huán)境下，材料表面腐蝕的形態(tài)、腐蝕的速度就顯得非常具有現實(shí)的工程意義。

概括起來(lái)，工程材料的耐腐蝕性能的評價(jià)方法可以分為三大類(lèi)：重量法、表面觀(guān)察法和電化學(xué)測試法。

重量法
重量法是材料耐蝕能力的研究中最為基本，同時(shí)也是最為有效可信的定量評價(jià)方法。盡管重量法具有無(wú)法研究材料腐蝕機理的缺點(diǎn)，但是通過(guò)測量材料在腐蝕前后重量的變化，可以較為準確、可信的表征材料的耐蝕性能。也正因為如此，它一直在腐蝕研究中廣泛使用，是許多電化學(xué)的、物理的、化學(xué)的現代分析評價(jià)方法鑒定比較的基礎。

重量法分為增重法和失重法兩種，他們都是以試樣腐蝕前后的重量差來(lái)表征腐蝕速度的。前者是在腐蝕試驗后連同全部腐蝕產(chǎn)物一起稱(chēng)重試樣，后者則是清除全部腐蝕產(chǎn)物后稱(chēng)重試樣。當采用重量法評價(jià)工程材料的耐蝕能力時(shí)，應當考慮腐蝕產(chǎn)物在腐蝕過(guò)程中是否容易脫落、腐蝕產(chǎn)物的厚度及致密性等因素后，在決定選取哪種方法對材料的耐蝕性能進(jìn)行表征。對于材料的腐蝕產(chǎn)物疏松、容易脫落且易于清除的情況，通?？梢钥紤]采用失重法。例如，通過(guò)鹽霧試驗評價(jià)不同鎂合金的耐蝕性能時(shí)，就通常采用失重法。對于材料的腐蝕產(chǎn)物致密、附著(zhù)力好且難于清除的情況，例如材料的高溫腐蝕，通?？梢钥紤]采用增重法。

失重法的關(guān)鍵操作之一就是完全清除腐蝕產(chǎn)物，而又不損傷基體金屬。常用工程材料去處表面腐蝕產(chǎn)物的標準方法如表所示。采用失重法對材料進(jìn)行腐蝕性能評價(jià)時(shí)，由于不同的研究者會(huì )采用不同的試樣尺寸、腐蝕介質(zhì)以及試驗溫度，導致所獲得的數據很難具有可比性。因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們規范了一種標準的腐蝕試驗方法—鹽霧腐蝕試驗。目前，工業(yè)界普遍通過(guò)鹽霧試驗并結合失重測試來(lái)表征材料的耐腐蝕性能。根據ASTMB117的要求，試樣以15-30度的傾角放置，采用5%的NaCl溶液進(jìn)行霧化噴霧，試驗溫度35℃。鹽霧實(shí)驗要求鹽霧箱內的容積要足夠大，不得將鹽霧直接噴射到實(shí)驗的表面。

表面觀(guān)察法
宏觀(guān)觀(guān)察
就是對材料在腐蝕前后及去除腐蝕產(chǎn)物前后的形態(tài)做肉眼分析，還應該注意腐蝕產(chǎn)物的形態(tài)和分布，以及他們的厚度、顏色、致密度和附著(zhù)性；同時(shí)還應該注意腐蝕介質(zhì)中的變化，包括溶液的顏色，腐蝕產(chǎn)物在溶液中的形態(tài)、顏色、類(lèi)型和數量等。雖然這種觀(guān)察是很粗糙的，但任何精細的服飾研究都輔以這種方法。

顯微觀(guān)測
就是對受腐蝕的試樣進(jìn)行金相檢查或斷口分析，或者用掃描電鏡、透射電鏡、電子探針等做微觀(guān)組織結構和相成分的分析，據此可研究微細的腐蝕特征和腐蝕動(dòng)力學(xué)。一些工程材料中，常見(jiàn)腐蝕形態(tài)的顯微形貌如圖所示。
對受腐蝕的試樣進(jìn)行顯微觀(guān)察時(shí)，需要注意的幾點(diǎn)是：
第一，在觀(guān)察表面形貌時(shí)，特別是一些局部腐蝕的形貌時(shí)，一定要注意腐蝕截面形貌的觀(guān)察。這是因為局部腐蝕可能在材料表面所造成的腐蝕并不很顯著(zhù)，而在材料的內部發(fā)展。不銹鋼等材料的點(diǎn)蝕就是一例。

第二，在觀(guān)察材料的氧化膜截面形貌時(shí)，要注意采用掃描電子顯微鏡的背散射模式進(jìn)行觀(guān)察。掃描電鏡在腐蝕形貌觀(guān)察時(shí)，通常有兩種工作模式，一種是二次電子相模式，一種是背散射模式。二次電子相通過(guò)測試二次電子，來(lái)獲得試樣表面的形貌，而背散射模式則可以通過(guò)測試背散射電子，獲得試樣表面元素分布的情況。通過(guò)背散射模式觀(guān)察腐蝕試樣氧化膜界面的形貌，可以很容易地分辨出氧化膜內元素的分布，從而判斷出氧化膜是單層結構還是多層結構。

第三，當材料表面覆蓋著(zhù)較厚的腐蝕產(chǎn)物時(shí)，進(jìn)行觀(guān)察腐蝕形貌時(shí)一定要注意將取出腐蝕產(chǎn)物前后的形貌進(jìn)行綜合對比，才能獲得準確的結論。兩種材料在未去除腐蝕產(chǎn)物之前形貌相同，去除腐蝕產(chǎn)物后腐蝕形態(tài)可能會(huì )大相徑庭。例如，316L不銹鋼在80℃ Na 2 SO 4 和NaCl混合溶液中腐蝕4小時(shí)后的腐蝕形貌同ZE41鎂合金在NaCl溶液中腐蝕12小時(shí)的形貌基本相同，腐蝕產(chǎn)物都呈現龜裂狀。但是，去除腐蝕產(chǎn)物后發(fā)現，二者的腐蝕形態(tài)截然不同：316L不銹鋼80℃ Na2 SO4 和NaCl混合溶液中發(fā)生的是均勻腐蝕圖5，而ZE41發(fā)生的則是點(diǎn)蝕。

3 電化學(xué)測試法
電化學(xué)測試方法是一種能夠快速、準確地用于研究材料腐蝕的現代研究方法。由于材料的腐蝕大多數屬于電化學(xué)腐蝕，因此電化學(xué)測試方法在腐蝕中應用的非常廣泛。與重量法和表面觀(guān)察法相比，電化學(xué)測試方法不但能夠研究材料的腐蝕速度，還能夠深入地研究材料的腐蝕機理。

電化學(xué)測試方法經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，按外加信號分類(lèi)大致可以分為直流測試和交流測試；按體系狀態(tài)分類(lèi)可以分為穩態(tài)測試和暫態(tài)測試。直流測試包括動(dòng)電位極化曲線(xiàn)、線(xiàn)性極化法、循環(huán)極化法、循環(huán)伏安法、恒電流/恒電位法、等等；而交流測試則包括阻抗測試和電容測試。對于穩態(tài)測試方法，通常包括動(dòng)電位極化曲線(xiàn)、線(xiàn)性極化法、循環(huán)極化法、循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗譜；而暫態(tài)測試包括恒電流/恒電位法、電流階躍/電位階躍法和電化學(xué)噪聲法。在諸多的電化學(xué)測試方法中，動(dòng)電位極化曲線(xiàn)法和循環(huán)極化法是最基本，也是最常用的方法。

根據材料的腐蝕電化學(xué)行為，可以將材料分為兩大類(lèi)：活性溶解材料和鈍性材料 。對于不同種類(lèi)的材料，在評價(jià)其耐蝕性能時(shí)要采用不同的標準。對于活性溶解行為的材料（鎂合金、碳鋼、低合金鋼等）來(lái)說(shuō)，僅僅采用腐蝕電位（Ecorr）的高低來(lái)評價(jià)材料的腐蝕性能是不對的。這種錯誤的認識來(lái)源于僅僅關(guān)注了材料腐蝕的熱力學(xué)趨勢，而忽略了材料的腐蝕動(dòng)力學(xué)特征。在評價(jià)活性溶解材料的耐蝕能力時(shí)，首要的參數是腐蝕電流（icorr），腐蝕電流越小，材料的耐蝕性能越好，這是因為腐蝕電流是由材料的溶解所造成的。AZ91E和MEZ兩種鎂合金的極化曲線(xiàn)如圖7所示，從圖中可以看出：盡管MEZ合金的腐蝕電位遠遠低于A(yíng)Z91E合金，但是考慮到MEZ合金的腐蝕電流要明顯小于A(yíng)Z91E合金，所以MEZ合金的耐蝕性能應當高于A(yíng)Z91E合金，這一點(diǎn)從鹽霧腐蝕失重和金相觀(guān)察結果中都得到了證實(shí)。

只要當兩種材料的腐蝕電流大體相同時(shí)，腐蝕電位才是一個(gè)需要考慮的參數，腐蝕電位越高，材料的耐蝕性能越好。舉一個(gè)例子可以有助于更好的理解這句話(huà)，圖8：當電位為a時(shí)，純鎂處在腐蝕電位，純鎂發(fā)生腐蝕；而AZ91D鎂合金則處在陰極狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生腐蝕。當電位為b時(shí)，純鎂處在陽(yáng)極電位而發(fā)生嚴重的腐蝕；與之對比，AZ91D鎂合金則還處在陰極狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生腐蝕。當電位為c時(shí)，純鎂和AZ91D鎂合金都處在陽(yáng)極電位下，但是AZ91D鎂合金的陽(yáng)極電流則明顯小于純鎂，此時(shí)AZ91D的腐蝕速度低于純鎂。從上述的三種典型的情況來(lái)看，AZ91D合金在各個(gè)電位下其溶解電流都小于純鎂，所以可以判斷AZ91D合金的耐蝕能力優(yōu)于純鎂。

綜合上面的論述，可以對活性溶解材料耐蝕性能的評價(jià)標準做一下總結：
首先要看腐蝕電流的大小，腐蝕電流越小，材料的耐蝕性能越好；
當材料的腐蝕電流相差不大時(shí)，腐蝕電位越高，材料的耐蝕性能越好。