专利名称：一种模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法
技术领域：
本发明涉及大气腐蚀的模拟技术，具体为一种模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法。
背景技术：
自然环境下的暴露实验是研究大气腐蚀最常用的试验方法，它能真实反映所在地点的腐蚀状况，以此计算出材料在该环境下的腐蚀速率，可为工程防腐设计提供合理可靠的设计依据。但是，由于大气暴露试验周期很长，试验区域性强，促使人们开展模拟加速腐蚀试验研究，以期由实验室加速腐蚀试验来推测户外长期暴露试验的结果，进而预测材料、制品、防护层的大气腐蚀寿命，以部分取代大气腐蚀暴露试验。室内模拟加速腐蚀试验必须满足模拟性、加速性和重现性三个基本条件，它直接影响到人工加速试验的结果和自然暴露试验结果的相关性。
影响大气腐蚀的因素很多，主要有大气成分、湿度、温度等。其中大气污染物的作用最为突出，在气象条件相近的情况下，污染物差别可导致材料腐蚀速率相差数十倍，如氯盐和SO2的分布对材料腐蚀有很大的影响。为模拟各种不同的自然环境腐蚀，目前主要使用的室内加速试验有(1)湿热试验法湿热试验方法分为恒定湿热试验和交变湿热试验两种。它是在高温、高湿条件下使试样表面凝集水分，以强化腐蚀环境，从而加速试样的锈蚀。为了进一步加速大气腐蚀还采用凝露腐蚀试验，它也是在高温、高湿的试验箱内进行，所不同的是在试片架内通循环冷却水，使其温度低于周围的气氛，这样水汽更容易在试片上凝结，而加快锈蚀，试验周期比湿热试验短。上述两种湿热试验凝集在试片表面的常常是大小不一的水珠，它们不能凝集和流淌，不能形成稳定均匀的水膜，模拟性较差。
(2)盐雾试验盐雾试验方法最早于1914年提出并用于腐蚀测试中，目的是为了模拟近海洋的大气腐蚀条件。ASTM在1962年正式制定了三种盐雾试验标准中性盐雾试验、醋酸盐雾试验(AASS)和醋酸氯化铜盐雾试验(CASS)。由于盐雾试验与大气暴露试验无可比性，也就是说，其模拟性比较差，因此该方法的应用具有一定的局限性，仅能作为一种人工加速腐蚀试验方法，对金属材料进行性能试验，不能对材料在某一实际使用环境下的寿命进行预测，但作为一种经典的加速试验方法还是具有一定意义的。
(3)周期喷雾复合腐蚀试验各种单一的盐雾试验对大气暴露的模拟性不好，其主要原因是盐雾试验不具有“湿←→干”循环过程。而在自然大气条件下，试样上由于雨、雾等形成的液膜有一个由厚变薄、由湿变干的周期性循环过程，这是大气腐蚀的基本特点，因此，后来提出了带有干燥过程并周期性地盐水喷雾的盐雾复合试验方法，与单纯盐雾试验相比，这种方法可更好地模拟和加速大气腐蚀，较真实地再现自然环境，比较接近材料在自然大气环境中的腐蚀情况。
(4)干湿周浸循环试验干湿周浸循环试验是国内外目前普遍使用的加速试验方法。此试验使用一个带有转轮的精巧系统或使用一个升降机构，可将试样周期性地浸入不同的浸渍液中以模拟不同的大气环境，如分别用蒸馏水、NaHSO3或NaCl溶液来模拟乡村气氛、工业气氛和海洋气氛下的大气腐蚀情况，浸渍一段时间后试样离开溶液，用热风或灯烘烤干燥试样。研究表明，几个星期的实验可与一年或更长时间的自然暴露实验相匹配。此方法同周期喷雾复合腐蚀试验一样抓住了大气腐蚀的特征——“湿←→干”循环交替，重现了金属表面经历的三种大气腐蚀状态浸渍—湿润—干燥。
(5)多因子循环复合腐蚀试验由于材料在自然环境中受到的是多种复杂因素的综合作用，因而要真实的再现材料在自然大气中的腐蚀，必须尽可能的将大气中的环境因素综合起来考虑，近几年，模拟大气腐蚀的加速试验方法向多因子复合加速腐蚀试验方向发展。如日本利用CASS试验机改装成复合试验机，可进行潮湿、喷雾、通SO2、干燥的循环试验；美国的Q-RANEL制造的Q-FOG循环腐蚀试验机可进行盐露、干燥、有规则的停顿等循环试验，该方法的不足之处是需要控制的因子多、操作难度较大。
上述这些试验方法都有各自的优点和不足，属于大方向的指导性方法。由于大气环境的复杂多样，各种材料对环境因子腐蚀的敏感性存在差异，因此，任何一种模拟加速试验方法的建立，都要针对具体的环境和材料，依据环境特征来设定多组试验参数，通过一系列试验筛选出模拟性、加速性和重现性都好的试验条件来实现。目前许多研究者都在研究、设计、探索各自需求的试验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有模拟性、加速性和重现性的模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法。
本发明的技术方案是一种模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法，以0.01～0.05mol/L的NaHSO3+0.001～0.005mol/L的NaCl为浸渍溶液，按“浸渍→干燥→湿润→”顺序每10～30分钟循环一次，其中浸渍40～50℃，1～4分钟；干燥50～60℃，8～22分钟；湿润40～50℃，1～4分钟，循环次数可根据需要确定。
本发明的优点及有益效果是(1)采用本发明的试验方法可以模拟钢在大气环境中的腐蚀过程，研究试验材料的大气腐蚀规律或者快速评价材料的耐大气腐蚀性，从实验室模拟加速腐蚀试验结果近似推测户外长期暴露试验的结果。具有显著的加速腐蚀性几十倍至几百倍，加速倍率随时间而变化。
(2)采用本发明主要腐蚀产物与户外大气暴露的主要腐蚀产物一致都是α-羟基氧化铁和/或γ-羟基氧化铁(α-FeOOH和/或γ-FeOOH)。
(3)采用本发明室内外的试验结果均较好地符合幂指数规律ΔW＝Ktn，而且钢的腐蚀轻重顺序室内外能保持一致。
(4)重复试验证明具有很好的再现性。
(5)本发明应用范围广，可以适用于各种钢材料的大气腐蚀研究及其耐蚀性的快速评价。
图1为腐蚀深度与暴露时间的关系曲线图。
图2为实施例1腐蚀失重与试验时间的关系曲线图。
图3为实施例2腐蚀失重与试验时间的关系曲线图。
图4为实施例3腐蚀失重与试验时间的关系曲线图。
具体实施例方式
本发明建立了一种模拟加速腐蚀试验方法，模拟钢在大气环境中的腐蚀过程。所要解决的技术问题是室内模拟加速腐蚀试验必须满足模拟性、加速性和重现性三个基本条件，其中最关键的问题是在满足后两个条件基础上满足模拟性条件。
表1 试验材料的化学成分(wt％)
大气暴露试验使用的4种钢化学成分见表1。试样的尺寸为100mm×50mm×(3～5)mm，经铣床、磨床，加工至光洁度7或以上，丙酮除油，乙醇脱水，放置干燥器内24h后，用感量为0.1mg分析天平称重。除锈液采用500ml盐酸+500ml蒸馏水+20g六次甲基四胺，室温下将锈除净为止，同时用未腐蚀的钢样校正除锈液对钢基体的腐蚀。参照ISO-4542标准在沈阳地区进行大气暴露试验，试验时间为1994.10-2002.10，其中0.5、1、2、4、8年为定期取样周期，对试样进行处理，计算出腐蚀失重和腐蚀深度，同时进行腐蚀产物分析。对4种钢平均腐蚀深度与时间关系采用线性双对数规律进行回归分析，即logΔW＝A+Blogt或ΔW＝ktn，其中ΔW为腐蚀深度(μm)，t为暴露时间(年)，A＝logk，B＝n，A、B为与环境和材料有关的常数。腐蚀失重与试验时间的关系曲线见图1，腐蚀深度与暴露时间的回归分析见表2，结果表明，4种钢的腐蚀规律均较好地符合ΔW＝ktn规律；主要腐蚀产物均为α-羟基氧化铁和/或γ-羟基氧化铁(α-FeOOH和/或γ-FeOOH)，部分Fe2O3和/或γ-Fe3O4。
表2
参考试验期间沈阳地区的环境参数，并考虑影响钢腐蚀的主要环境因子，采用DW-UD-3型浸渍干湿复合循环实验装置，按正交实验法设计出一系列试验条件，对A3钢进行一系列试验，对试验结果进行方差分析，按目标筛选出合适的试验条件，获得本发明的试验方法。
实施例1试验材料为上述的A3、09CuPTiRe、10CrNiCuP。以0.01mol/L NaHSO3+0.005mol/L NaCl为浸渍溶液，按“浸渍→干燥→湿润→”顺序每30分钟循环一次，其中浸渍40℃，4分钟；干燥50℃，22分钟；湿润40℃，4分钟。以此来模拟沈阳工业城市大气腐蚀过程，腐蚀失重与试验时间的关系曲线见图2，腐蚀失重与加速试验时间的回归分析见表3。腐蚀规律同样都较好地符合ΔW＝ktn规律，其中ΔW为腐蚀失重(g/m2)，t为试验时间(小时)，k、n为与试验条件和材料有关的常数；主要腐蚀产物与户外大气暴露的主要腐蚀产物一致。
表3
实施例2试验材料为A3、20、06CuP，后两种材料的化学成分见表4。以0.01mol/LNaHSO3+0.001mol/L NaCl为浸渍溶液，按“浸渍→干燥→湿润→”顺序每20分钟循环一次，其中浸渍40℃，4分钟；干燥50℃，12分钟；湿润40℃，4分钟。以此来模拟沈阳工业城市大气腐蚀过程，腐蚀失重与试验时间的关系曲线见图3，腐蚀失重与加速试验时间的回归分析见表5。腐蚀规律同样都较好地符合ΔW＝ktn规律；主要腐蚀产物与户外大气暴露的主要腐蚀产物一致。
表4(wt％)
表5
实施例3
试验材料为上述的A3和10CrNiCuP。以0.05mol/L NaHSO3+0.005mol/LNaCl为浸渍溶液，按“浸渍→干燥→湿润→”顺序每10分钟循环一次，其中浸渍50℃，1分钟；干燥60℃，8分钟；湿润50℃，1分钟。以此来模拟沈阳工业城市大气腐蚀过程，腐蚀失重与试验时间的关系曲线见图4，腐蚀失重与加速试验时间的回归分析见表6。腐蚀规律同样都较好地符合ΔW＝ktn规律；主要腐蚀产物与户外大气暴露的主要腐蚀产物一致。
表6
对实施例进行重复试验，并进行腐蚀产物分析，将试验结果与上述大气暴露试验结果对比，分析模拟性、加速性和重现性，结果表明模拟加速大气腐蚀试验的结果相对于沈阳地区的大气暴露试验结果满足(1)具有显著的加速腐蚀性几十倍至几百倍，加速倍率随时间而变化；(2)主要腐蚀产物与户外大气暴露的主要腐蚀产物一致都是α-FeOOH和γ-FeOOH；(3)室内外的试验结果均较好地符合幂指数规律ΔW＝Ktn，而且钢的腐蚀轻重顺序室内外能保持一致；(4)重复试验证明具有很好的再现性。
因此，采用该试验方法可以模拟钢在沈阳大气环境以及类似环境中的腐蚀，从实验室加速腐蚀试验结果近似推测户外长期暴露试验的结果，这具有实际应用价值。
权利要求
1.一种模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法，其特征在于以0.01～0.05mol/L的NaHSO3+0.001～0.005mol/L的NaCl为浸渍溶液，按“浸渍→干燥→湿润→”顺序每10～30分钟循环一次，其中浸渍40～50℃，1～4分钟；干燥50～60℃，8～22分钟；湿润40～50℃，1～4分钟。
全文摘要
本发明涉及大气腐蚀的模拟技术，具体为一种模拟大气腐蚀过程的加速腐蚀试验方法，以0.01～0.05mol/L的NaHSO
文档编号G01N17/00GK1542431SQ03111589
公开日2004年11月3日 申请日期2003年5月1日 优先权日2003年5月1日
发明者王振尧, 于国才, 韩薇 申请人:中国科学院金属研究所
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