材料的腐蝕傾向由其熱力學(xué)穩(wěn)定性決定,熱力學(xué)上不穩(wěn)定的材料具有腐蝕自發(fā)性。然而,造成的破壞狀況和程度大小則取決于腐蝕動(dòng)力學(xué)。定量評(píng)定材料的耐蝕性和腐蝕程度的大小需要科學(xué)的方法。腐蝕的類型不同,所采用的評(píng)定方法也不同。

一、均勻腐蝕程度的評(píng)定方法

   對(duì)于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕,通常采用下面介紹的質(zhì)量法、深度法和電流密度法來表征腐蝕的平均速率。

1. 質(zhì)量法

   質(zhì)量法具有靈敏、有效、用途廣泛的特點(diǎn),是最基本的定量評(píng)定方法之一。通過腐蝕前后的質(zhì)量變化(增加或減少)來表示腐蝕的平均速率。若腐蝕產(chǎn)物全部牢固地附著于試樣,或雖然有脫落但易于全部收集,則常用增重法來表示。反之,如果腐蝕產(chǎn)物完全脫落或易于全部清除,則往往采用失重法。平均腐蝕速率(單位時(shí)間單位面積的質(zhì)量變化)的計(jì)算公式為:

   式中,為腐蝕速率,g/(m2?h); Aw 為試樣腐蝕前后質(zhì)量的變化量, g;S 為試樣的表面積,m2;t為試樣腐蝕的時(shí)間,h。

   需要注意的是,按式(1-1)計(jì)算腐蝕速率是假定整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕始終以恒定的速度進(jìn)行,而實(shí)際中常常并非如此。當(dāng)采用失重法時(shí),應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法去除試樣表面的殘余腐蝕產(chǎn)物。公式中的S通常是利用試樣腐蝕前的表面積。當(dāng)試驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕導(dǎo)致試樣的表面積變化比較明顯時(shí),將會(huì)影響數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

 2. 深度法

   從工程應(yīng)用角度上看,影響設(shè)備壽命和安全的重要指標(biāo)是腐蝕后構(gòu)件的有效截面尺寸。因此,用深度法表示腐蝕程度更有實(shí)際意義,特別是衡量不同密度的材料的腐蝕程度,目前該方法已被納入有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如我國國標(biāo)GB10124—1988《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》,美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ASTM G1、ASTM G31等)。通過直接測量腐蝕前后或腐蝕過程中某兩時(shí)刻的試樣厚度,就可以得到深度法表征的腐蝕速率(失厚或增厚)?？蛇x擇具有足夠精度的工具和儀器直接測量厚度變化,也可以采用無損測厚的方法,如渦流法、超聲法、射線照相法和電阻法等,破壞法中以金相剖面法最為實(shí)用。深度法表征的腐蝕速率可以由質(zhì)量法計(jì)算出的腐蝕速率換算得到,換算公式為:

   式中,分別為深度法和質(zhì)量法表示的腐蝕速率,單位分別為mm/a和g/(m2·h)。

   對(duì)于腐蝕減薄情況,p為腐蝕材料的密度;對(duì)于增厚情況,p為腐蝕產(chǎn)物的密度。但實(shí)際中腐蝕產(chǎn)物密度的準(zhǔn)確值難以確定,因而式(1-2)一般僅適用于減薄情況,p的單位為g/cm2。深度法和質(zhì)量法表征的腐蝕速率也可以用其他的量綱單位。

   根據(jù)深度法表征的腐蝕速率大小不同,可以將材料的耐蝕性分為不同的等級(jí),表1-2給出了 10 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分類法。該分類方法對(duì)有些工程應(yīng)用背景而言顯得過細(xì),因此還有低于10 級(jí)的其他分類法。但不管按幾級(jí)分類,其僅具有相對(duì)性和參考性,科學(xué)地評(píng)定腐蝕等級(jí)還必須考慮具體的應(yīng)用背景。

 3. 電流密度表征法

   金屬的電化學(xué)腐蝕是由陽極溶解導(dǎo)致的,因而電化學(xué)腐蝕的速率可以用陽極反應(yīng)的電流密度來表征。法拉第定律指出,當(dāng)電流通過電解質(zhì)溶液時(shí),電極上發(fā)生電化學(xué)變化的物質(zhì)的量與通過的電量成正比,與電極反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)成反比。設(shè)通過陽極的電流為I,通電時(shí)間為t,則時(shí)間內(nèi)通過電極的電量為 It,相應(yīng)溶解掉的金屬的質(zhì)量 Am 為

   前面所介紹的腐蝕速率表征方法均適用于均勻腐蝕情況。而對(duì)于非均勻腐蝕,即使是全面腐蝕,上述方法也不適用,這時(shí)需要借助其他方法來評(píng)定腐蝕程度。

二、局部腐蝕程度的評(píng)定方法

   包括應(yīng)力作用下的腐蝕在內(nèi)的廣義局部腐蝕的特點(diǎn)是材料的質(zhì)量損失很小,但是,材料的局部腐蝕可能會(huì)很嚴(yán)重。例如,點(diǎn)腐蝕可能造成容器穿孔,應(yīng)力腐蝕會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件斷裂,晶間腐蝕和選擇性腐蝕雖然通常不會(huì)引起材料質(zhì)量和尺寸的明顯變化,但卻會(huì)使材料的強(qiáng)度顯著下降。因此,評(píng)價(jià)局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法,這時(shí)需要根據(jù)具體腐蝕類型,以及對(duì)材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來選擇適用的評(píng)定方法。例如,對(duì)于點(diǎn)腐蝕的評(píng)定,可以采用點(diǎn)蝕密度、平均點(diǎn)蝕深度、最大點(diǎn)蝕深度等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。斷裂壽命或斷裂時(shí)間法適用于應(yīng)力作用下的腐蝕,電阻率的改變適用于多數(shù)局部腐蝕。測定腐蝕前后試件力學(xué)強(qiáng)度或斷裂延伸率的變化,不僅適用于評(píng)定全面腐蝕(均勻的或不均勻的),更有利于評(píng)定各類局部腐蝕。針對(duì)不同類型的局部腐蝕還有特定的評(píng)定方法。