專利名稱：：一種模擬金屬材料大氣腐蝕過程的加速試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及大氣腐蝕的模擬技術(shù)，具體為一種模擬金屬材料大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
：材料在自然環(huán)境下的大氣腐蝕情況是工程設(shè)計(jì)及防腐施工的重要依據(jù)，通常采用自然環(huán)境下的暴露試驗(yàn)方法來了解材料的大氣腐蝕情況。但是，大氣暴露試驗(yàn)周期很長(zhǎng)，往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，而且試驗(yàn)地域性強(qiáng)，人們希望由實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)來推測(cè)戶外長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)而預(yù)測(cè)材料、制品、防護(hù)層的大氣腐蝕壽命，以部分替代大氣腐蝕暴露試驗(yàn)；另一方面人們往往想盡快得到不同材料在同樣環(huán)境中的腐蝕差別情況，以對(duì)材料的腐蝕性進(jìn)行相互對(duì)比，室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)一定程度上能滿足上述需要。上述原因促使人們開展了大量室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)研究，以期尋找能與自然環(huán)境腐蝕具有良好相關(guān)性的室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)方法。影響大氣腐蝕的主要因素是大氣濕度、溫度以及氯離子和S02等污染物的濃度等，人們先后研究了多種模擬自然環(huán)境腐蝕的室內(nèi)加速腐蝕方法，除了在模擬試驗(yàn)裝置上不斷改進(jìn)外，方法上重點(diǎn)探討能夠模擬大氣污染作用的溶液成分以及與實(shí)際大氣腐蝕溫、濕循環(huán)機(jī)理相接近的加速試驗(yàn)過程。為了建立室內(nèi)人工加速試驗(yàn)和自然環(huán)境暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性，好的室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件。目前主要使用的室內(nèi)加速試驗(yàn)方法有以下幾種(1)濕熱試驗(yàn)法濕熱試驗(yàn)方法是將試樣放在高溫、高濕條件下使試樣表面凝集水分，以強(qiáng)化腐蝕環(huán)境，從而加速試樣的銹蝕，以觀察和研究試樣的腐蝕情況。濕熱試驗(yàn)方法可分為恒定濕熱試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)兩種。為了進(jìn)一步加速腐蝕還可采用凝露腐蝕試驗(yàn)，它是在溫濕試驗(yàn)過程中在試片架內(nèi)通循環(huán)冷卻水，使其溫度低于周圍的氣氛，這樣水汽更容易在試片上凝結(jié)，而加快銹蝕，試驗(yàn)周期比濕熱試驗(yàn)短。濕熱試驗(yàn)法凝集在試片表面的通常是大小不一的水珠，不能形成穩(wěn)定均勻的水膜，試驗(yàn)對(duì)于實(shí)際大氣腐蝕的模擬性較差。(2)鹽霧試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)方法最早于1914年提出并用于腐蝕測(cè)試中，目的是為了模擬近海洋的大氣腐蝕條件。ASTM在1962年正式提出了鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法如中性鹽霧試驗(yàn)使用50±5g/l的NaCl溶液連續(xù)噴霧，24h為一個(gè)周期。還有加醋酸的鹽霧試驗(yàn)(AASS)和加醋酸氯化銅的鹽霧試驗(yàn)(CASS)方法等。但已有研究表明，鹽霧試驗(yàn)與大氣暴露試驗(yàn)的基本無可比性，兩者相關(guān)性較差。因此該方法主要作為一種在人工加速腐蝕情況下對(duì)金屬材料進(jìn)行性能檢測(cè)的方法，難以對(duì)材料在某一實(shí)際使用環(huán)境下的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。(3)干濕周浸循環(huán)試驗(yàn)干濕周浸循環(huán)試驗(yàn)使用轉(zhuǎn)輪或升降機(jī)構(gòu)，將試樣周期性地浸入不同的浸漬液中，浸漬一段時(shí)間后試樣離開溶液，用熱風(fēng)或燈烘烤干燥試樣，不斷循環(huán)，以模擬不同大氣環(huán)境3的腐蝕過程。如分別用蒸餾水、NaHS03或NaCl溶液來模擬鄉(xiāng)村氣氛、工業(yè)氣氛和海洋氣氛下的大氣腐蝕情況，常用的有5%NaCl+0.2%Na2S208的浸漬溶液，干燥溫度區(qū)間在406(TC。研究表明，幾個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)可與一年或更長(zhǎng)時(shí)間的自然暴露實(shí)驗(yàn)相匹配。此方法符合大氣腐蝕干、濕交替循環(huán)特征，重現(xiàn)了金屬表面經(jīng)歷的三種大氣腐蝕狀態(tài)浸漬_濕潤(rùn)_干燥。是目前被認(rèn)為一種能比較好地模擬大氣腐蝕過程的加速試驗(yàn)方法。但該方法的濕潤(rùn)過程難以有效控制，對(duì)個(gè)別環(huán)境的模擬性尚存在問題。(4)周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗(yàn)周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗(yàn)是指周期性地進(jìn)行鹽水噴霧，每一周期帶有干燥或濕熱等中間過程。在自然大氣環(huán)境下，試樣表面由于雨水、凝霧等形成的液膜有一個(gè)由厚變薄、由濕變干的周期性循環(huán)過程，這是大氣腐蝕的基本特點(diǎn)。各種單一的鹽霧試驗(yàn)與大氣暴露試驗(yàn)的模擬性不好，其主要原因是鹽霧試驗(yàn)不具有"濕一一干"循環(huán)過程。周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗(yàn)符合大氣腐蝕干、濕交替循環(huán)特征，與單一鹽霧試驗(yàn)相比，這種方法可更好地模擬和加速大氣腐蝕，相對(duì)接近材料在自然大氣環(huán)境中的腐蝕情況，但該方法存在設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)成本高等問題。(5)氣體腐蝕復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)及多因子循環(huán)復(fù)合試驗(yàn)為了模擬材料在各種嚴(yán)重污染下的工業(yè)環(huán)境下的大氣腐蝕，開發(fā)了氣體腐蝕復(fù)合試驗(yàn)方法。如日本的CCT-0G型氣體腐蝕復(fù)合試驗(yàn)機(jī)，可進(jìn)行S02、H2S、N02、03等氣體腐蝕以及鹽霧、干燥和濕熱等的單獨(dú)及復(fù)合試驗(yàn)。為了模擬更多的大氣腐蝕因素，人們還進(jìn)行了多因素復(fù)合腐蝕試驗(yàn)研究，如日本利用CASS試驗(yàn)機(jī)改裝的復(fù)合試驗(yàn)機(jī)，可進(jìn)行潮濕、噴霧、通S(^、干燥、降雨等過程的復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)。該類方法的不足之處是需要控制的因子多、操作難度較大。作為模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，上述這些試驗(yàn)方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，屬于原則性或指導(dǎo)性方法。由于大氣腐蝕的復(fù)雜性，不同材料相對(duì)不同環(huán)境腐蝕的敏感性存在差異，因此，任何一種模擬加速試驗(yàn)方法的建立，都要針對(duì)具體的材料和環(huán)境，依據(jù)環(huán)境特征來選擇試驗(yàn)溶液成分，設(shè)定不同的溫度濕度的循環(huán)組合，并通過一系列試驗(yàn)篩選出具有良好的模擬性、加速性和重現(xiàn)性的試驗(yàn)條件。目前許多研究者都在研究、設(shè)計(jì)、探索各自需求的試驗(yàn)方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有較好的模擬性、加速性和重現(xiàn)性的模擬金屬材料大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的—種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，其步驟如下(1)將金屬材料制備為板材或其它形狀的試驗(yàn)用試樣；(2)以0.01lmol/L的NaCl+0.050.5mol/L的Na2S04+00.05mol/L的Na2S208為浸漬溶液；(3)按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，根據(jù)具體需要確定單次及總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間；(4)對(duì)經(jīng)過步驟(3)所得的試樣進(jìn)行處理后，可進(jìn)行腐蝕失重、腐蝕產(chǎn)物及形貌分析等研究。4—種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(1)中所述金屬試樣為鋁或鋁合金?！N優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，浸漬溫度為2550°C，濕潤(rùn)溫度為2550°C，干燥溫度為4070°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是(1)采用本發(fā)明的試驗(yàn)方法通過浸漬溶液成分和含量的選擇以及對(duì)于"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"過程，尤其是"濕潤(rùn)"過程的有效控制，可以模擬鋁及鋁合金等金屬材料在不同大氣環(huán)境中的腐蝕過程。研究試驗(yàn)材料的大氣腐蝕規(guī)律或者快速評(píng)價(jià)材料的耐大氣腐蝕性，從實(shí)驗(yàn)室模擬加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果近似推測(cè)戶外長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)的結(jié)果。本方法在保證模擬性的同時(shí)具有顯著的加速腐蝕性達(dá)數(shù)十倍至幾百倍。(2)采用本發(fā)明的主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致都是氧化鋁或氫氧化鋁。(3)重復(fù)試驗(yàn)表明本方法具有很好的再現(xiàn)性。(4)采用本發(fā)明得到的試驗(yàn)結(jié)果較好地符合冪指數(shù)規(guī)律AW=ktn，與室外試驗(yàn)規(guī)律相一致，而且鋁及鋁合金的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致。(5)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以適用于鋁及鋁合金等材料的大氣腐蝕研究及其耐蝕性的快速評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法用來模擬濕熱及海洋等不同環(huán)境下金屬材料的大氣腐蝕過程，具有模擬性、加速性和重現(xiàn)性，可以用于研究鋁及鋁合金等材料在不同環(huán)境中的大氣腐蝕行為和規(guī)律，還可以應(yīng)用于各種鋁材耐蝕性的快速評(píng)價(jià)。下面通過附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。圖1為腐蝕深度與暴露時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例3腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖。具體實(shí)施方式對(duì)照例1本發(fā)明建立了一種模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，模擬鋁及鋁合金在大氣環(huán)境中的腐蝕過程。所要解決的技術(shù)問題是室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件，其中最關(guān)鍵的是在滿足加速性和重現(xiàn)性條件的基礎(chǔ)上滿足模擬性條件。表1試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>大氣暴露試驗(yàn)使用的三種鋁及鋁合金的主要化學(xué)成分見表1。試樣由板材加工為lOOmmX50mrnX12mm，去油劑除油清洗，乙醇脫水，放置烘箱內(nèi)3h，冷卻后用感量為0.lmg分析天平稱重。參照GB11112-89標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大氣暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為江津，試驗(yàn)時(shí)間為1983年6月2004年6月，按1、3、6、10、20年的周期取樣，對(duì)試樣進(jìn)行處理去除腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物清除溶液為20g/L鉻酐(Cr03)+50ml/L磷酸(H3P04，1.7g/cm3)，溫度80°C，時(shí)間510min，如有殘余膜應(yīng)在硝酸HN03中浸泡lmin。計(jì)算出腐蝕失重和腐蝕深度，同時(shí)進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析。3種鋁及鋁合金腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間列于表2，結(jié)果表明，3種鋁及鋁合金中，7A04的腐蝕失重最大，其次為3A21，最小為1050A。對(duì)3種鋁基鋁合金腐蝕失重與時(shí)間關(guān)系進(jìn)行回歸分析，即AW二k"n，其中AW為腐蝕失重(g/tf)，t暴露時(shí)間(年)，回歸分析見表3。腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖l，三種材料均較好地符合AW=kt"腐蝕規(guī)律；試驗(yàn)主要腐蝕產(chǎn)物均為Al(0H)3xH20和A1203。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>參考上述試驗(yàn)結(jié)果，考慮大氣環(huán)境影響鋁合金等金屬腐蝕的主要環(huán)境因子，采用浸漬-濕潤(rùn)_干燥復(fù)合循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，按正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出一系列試驗(yàn)條件，對(duì)幾種鋁及鋁合金進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，按目標(biāo)篩選出合適的試驗(yàn)條件，獲得了本發(fā)明的試驗(yàn)方法。實(shí)施例1試驗(yàn)材料為上述的1050A、3A21、7A04。以lmol/LNaCl+0.05mol/LNa2S04+0mol/LNa2S208為浸漬溶液，按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，其中浸漬50°C，濕潤(rùn)50°C，干燥70°C;循環(huán)時(shí)間參考如下條件90分鐘循環(huán)一次，其中浸漬5分鐘；濕潤(rùn)65分鐘；干燥20分鐘；總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間為24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)、96小時(shí)或120小時(shí)。以此來模擬三種材料大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間列于表4，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖2，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表5。3種鋁及鋁合金中，7A04的腐蝕失重最大，其次為3A21，最小為1050A;腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合AW=ktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2試驗(yàn)材料為1050A、3A21、7A04。以0.Olmol/LNaCl+0.5mol/LNa2S04+0.05Na2S208為浸漬溶液，按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，其中浸漬25°C，濕潤(rùn)25°C，干燥40°C;循環(huán)時(shí)間參考如下條件150分鐘循環(huán)一次，其中浸漬10分鐘；濕潤(rùn)110分鐘；干燥30分鐘；總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間為24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)、96小時(shí)或120小時(shí)。以此來模擬三種材料大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間列于表6，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖3，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表7。3種鋁基鋁合金中，7A04的腐蝕失重最大，其次為3A21，最小為1050A;腐蝕規(guī)律都較好地符合AW=ktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。具有加速腐蝕性加速倍率為幾十倍至幾百倍，隨時(shí)間而變化。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3試驗(yàn)材料為1050A、3A21、7A04。以O(shè).Olmol/LNaCl+0.05mol/LNa2S04+0.01Na2S208為浸漬溶液，按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，其中浸漬25°C，濕潤(rùn)25°C，干燥50°C;循環(huán)時(shí)間參考如下條件60分鐘循環(huán)一次，其中浸漬5分鐘；濕潤(rùn)35分鐘；干燥20分鐘；總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間為24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)、96小時(shí)或120小時(shí)。以此來模擬三種材料大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間列于表8，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖4，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表9。3種鋁基鋁合金中，7A04的腐蝕失重最大，其次為3A21，最小為1050A;腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合AW=ktn規(guī)律。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表9<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>對(duì)實(shí)施例進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，并進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析，將試驗(yàn)結(jié)果與上述現(xiàn)場(chǎng)大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，分析模擬性、加速性和重現(xiàn)性，結(jié)果表明模擬加速大氣腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果相對(duì)于江津地區(qū)的大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果滿足(1)具有顯著的加速腐蝕性幾十倍至幾百倍，加速倍率隨時(shí)間而變化；(2)主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致主要腐蝕產(chǎn)物均為Al卿3xH20、Al203。(3)室內(nèi)外的試驗(yàn)結(jié)果均較好地符合冪指數(shù)規(guī)律AW=ktn，而且鋁及鋁合金的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致；符合模擬性。(4)重復(fù)試驗(yàn)證明具有很好的再現(xiàn)性。(5)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以適用于鋁及鋁合金等材料的大氣腐蝕研究及其耐蝕性的快速評(píng)價(jià)。因此，采用該試驗(yàn)方法可以模擬鋁合金在江津大氣環(huán)境以及類似環(huán)境中的腐蝕，從實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果近似推測(cè)戶外長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)的結(jié)果，這具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。權(quán)利要求一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，其步驟如下(1)將金屬材料制備為板材或其它形狀的試驗(yàn)用試樣；(2)以0.01～1mol/L的NaCl+0.05～0.5mol/L的Na2SO4+0～0.05mol/L的Na2S2O8為浸漬溶液；(3)按“浸漬→濕潤(rùn)→干燥→”順序循環(huán)，根據(jù)具體需要確定單次及總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間；(4)對(duì)經(jīng)過步驟(3)所得的試樣進(jìn)行處理后，可進(jìn)行腐蝕失重、腐蝕產(chǎn)物及形貌分析等研究。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于所述的步驟(1)中所述金屬試樣為鋁或鋁合金。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于按"浸漬一濕潤(rùn)一干燥一"順序循環(huán)，浸漬溫度為255(TC，濕潤(rùn)溫度為255(TC，干燥溫度為4070。C。全文摘要本發(fā)明涉及一種模擬金屬材料大氣腐蝕過程的加速試驗(yàn)方法，其步驟包括(1)制備金屬試樣；(2)以0.01～1mol/L的NaCl+0.05～0.5mol/L的Na2SO4+0～0.05mol/L的Na2S2O8為浸漬溶液；(3)按“浸漬→濕潤(rùn)→干燥→”順序循環(huán)，浸漬溫度為25～50℃，濕潤(rùn)溫度為25～50℃，干燥溫度為40～70℃，根據(jù)具體需要確定單次及總的實(shí)驗(yàn)時(shí)間；(4)處理試樣，可進(jìn)行腐蝕失重、腐蝕產(chǎn)物及形貌分析等研究。本發(fā)明用來模擬濕熱及海洋等不同環(huán)境下金屬材料的大氣腐蝕過程，試驗(yàn)方法具有模擬性、加速性和重現(xiàn)性，可以用于研究鋁及鋁合金等材料在不同環(huán)境中的大氣腐蝕行為和規(guī)律，還可以應(yīng)用于各種鋁材耐蝕性的快速評(píng)價(jià)。文檔編號(hào)G01N17/00GK101738365SQ20081022592公開日2010年6月16日申請(qǐng)日期2008年11月6日優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日發(fā)明者孫霜青,溫軍國(guó),鄭棄非申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院