本發(fā)明屬于金屬材料腐蝕檢測及評價分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法。

背景技術(shù)：

金屬材料暴露在大氣中會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，尤其是在酸性大氣環(huán)境下，其腐蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重。因此，金屬材料腐蝕及耐腐蝕性一直是材料大氣環(huán)境使用及壽命評估的重要性能指標(biāo)之一，也是腐蝕研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

金屬材料暴露在大氣之中時，主要發(fā)生干燥腐蝕、潮濕腐蝕等幾種情形。干燥腐蝕指金屬材料在相對濕度小于30％的大氣環(huán)境中，表面并不形成連續(xù)電解質(zhì)水膜的腐蝕，在這種情況下，腐蝕速度很慢，但這種環(huán)境條件較少。潮濕腐蝕指鋼鐵在相對濕度大于30％、小于l00％的大氣環(huán)境中的腐蝕，在這種情況下，金屬材料表面存在灰塵，銹層中有著微孔、裂縫而產(chǎn)生顯微吸附，形成肉眼看不見的水膜，在水膜下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度相對較快。尤其在一些空氣污染較嚴(yán)重的環(huán)境中，空氣中含相對較多SO₂酸性氣體，加劇了金屬材料的腐蝕速率，因此，用于模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法在金屬材料領(lǐng)域越來越重要。

目前金屬材料大氣環(huán)境腐蝕試驗及測試方法較多，主要是實際大氣環(huán)境掛片腐蝕試驗和室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗。實際大氣環(huán)境掛片腐蝕試驗是較為準(zhǔn)確、可靠和直接方法，通過實際環(huán)境投樣試驗積累材料腐蝕數(shù)據(jù)并分析主要環(huán)境影響因素，對環(huán)境腐蝕性和材料腐蝕性進(jìn)行評價。但實際大氣環(huán)境掛片試驗經(jīng)濟(jì)成本高，實驗周期漫長，區(qū)域及環(huán)境局限性大，且成果轉(zhuǎn)化周期長，不利于實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法，通過配制特定的腐蝕溶液，采用高低溫交變濕熱試驗，設(shè)計了簡便、快速的檢測方法，同時以金屬材料腐蝕前后增重、表面形貌及腐蝕速率為腐蝕性能評價指標(biāo)，提供了一種準(zhǔn)確、高效的評價方法，為相關(guān)金屬材料腐蝕性能檢測及評價提供依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法，所述方法包括如下步驟：

1）試樣制備：所制備的試樣尺寸大小、表面粗糙度必須保持一致；

2）配制模擬酸性大氣環(huán)境腐蝕溶液：制備高低溫交變濕熱腐蝕及電化學(xué)極化曲線腐蝕所需試驗溶液；

3）確定腐蝕條件：在試樣上均勻涂鋪腐蝕溶液，然后將試樣依次進(jìn)行高低溫交變濕熱腐蝕循環(huán)試驗；

4）確定評價指標(biāo)：以金屬腐蝕前后增重、表面形貌及腐蝕速率為腐蝕性能指標(biāo)。

本發(fā)明所述步驟1）試樣為圓片狀，直徑為60～80mm，厚度為1～3mm，表面粗糙度小于10μm；腐蝕之前進(jìn)行表面去毛刺、清洗和吹干處理，其中清洗過程先用汽油或石油醚清洗，再用無水乙醇清洗，最后用丙酮清洗。

本發(fā)明所述步驟2）模擬酸性大氣環(huán)境腐蝕溶液為亞硫酸氫鈉溶液，濃度為2.0±0.5g/L；使用10～15%的優(yōu)級純鹽酸調(diào)節(jié)腐蝕溶液的pH值為3.0～5.0，溫度為20～40℃。

本發(fā)明所述步驟3）在試樣上均勻涂鋪腐蝕溶液，每周期為1.0～3.0mL。

本發(fā)明所述步驟3）高低溫交變濕熱腐蝕循環(huán)試驗溫度為20～40℃，濕度為20～80%。

本發(fā)明所述步驟3）高低溫交變濕熱腐蝕循環(huán)試驗中循環(huán)試驗一周期為12～24h，循環(huán)試驗5～100個周期。

本發(fā)明所述步驟4）準(zhǔn)確稱量金屬腐蝕前后的重量，精確到0.0001g，進(jìn)行腐蝕速率的計算，按照如下公式計算腐蝕速率： 式中，m_i代表第i次試樣稱重質(zhì)量（單位：g）；m₀是腐蝕前試樣的原始重量（單位：g）；s為試樣的工作面積，即腐蝕面積（單位： m²）；h為腐蝕時間（單位：h）；v為腐蝕速率，（單位：g/(m²·h)）。

本發(fā)明所述步驟4）準(zhǔn)確記錄金屬腐蝕前后的表面形貌，進(jìn)行比對。

本發(fā)明所述步驟4）采用帶銹試樣通過測量電極化曲線描述腐蝕電位。

本發(fā)明所述步驟4）試驗設(shè)置3～5個平行試樣，所有試樣均需保護(hù)其切割 面。

本發(fā)明中性高低溫交變濕熱試驗，參照GB/T 2423.4-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：1、本發(fā)明提供的模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法，通過配制特定的腐蝕溶液，采用高低溫交變濕熱試驗，設(shè)計了簡便、快速的檢測方法。2、以金屬材料腐蝕前后增重、腐蝕速率、表面形貌及腐蝕電位為腐蝕性能評價指標(biāo)，提供了準(zhǔn)確、高效的評價方法，為相關(guān)金屬材料腐蝕性能檢測及評價提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為實施例1中中性高低溫交變濕熱試驗腐蝕前試樣表面形貌圖；

圖2為實施例1中中性高低溫交變濕熱試驗腐蝕5周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖3為實施例1中中性高低溫交變濕熱試驗腐蝕10周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖4為實施例1中中性高低溫交變濕熱試驗腐蝕20周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖5為實施例1中中性高低溫交變濕熱試驗腐蝕50周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖6為實施例1中本發(fā)明方法試驗腐蝕前表面形貌圖；

圖7為實施例1中本發(fā)明方法試驗腐蝕5周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖8為實施例1中本發(fā)明方法試驗腐蝕10周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖9為實施例1中本發(fā)明方法試驗腐蝕20周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖10為實施例1中本發(fā)明方法試驗腐蝕50周期后試樣銹層表面形貌圖；

圖11為實施例2中4種不同化學(xué)成分的彈簧鋼本發(fā)明試驗腐蝕50周期后試樣銹層電極化曲線測腐蝕電位圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實施例1

以耐候鋼為金屬試樣，本發(fā)明以模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法與常用的中性高低溫交變濕熱試驗進(jìn)行比對，其具體檢測步驟如下所述：

（1）中性高低溫交變濕熱試驗，參照GB/T 2423.4-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Db交變濕熱（12h＋12h循環(huán)），實驗周期分別為5、10、20、50周期，每周期為12h，實驗環(huán)境為溫度為25℃，濕度為60%。每組實驗取3個平行樣，檢測其腐蝕前后增重、腐蝕速率及表面形貌，實驗結(jié)果見表1、圖1～5，同時對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了分析，見表2。

（2）本發(fā)明提供的用于模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法試驗。

1）制備試樣：試樣為圓片狀，直徑為60mm，厚度為2.0mm，表面粗糙度為8μm，腐蝕之前進(jìn)行表面去毛刺、清洗和吹干處理，準(zhǔn)確稱量重量，精確到0.0001g；

2）配制模擬酸性大氣環(huán)境腐蝕溶液：配制亞硫酸氫鈉溶液，濃度為2.0±0.5g/L，用10%的鹽酸，調(diào)解pH值為4.0，溫度為25℃，將腐蝕溶液均勻涂鋪在試樣表面，每周期涂鋪腐蝕溶液2.0mL；

3）確定腐蝕條件：將試樣依次進(jìn)行高低溫交變濕熱腐蝕循環(huán)試驗5、10、20、50個周期，每周期為12h，實驗環(huán)境為溫度為25℃，濕度為60%，每組實驗取3個平行樣；

4）確定評價指標(biāo)：腐蝕試驗結(jié)束后取出耐候鋼試樣，在電子分析天平上稱重記錄數(shù)據(jù)，再用去離子水清洗銹層中的鹽分，以避免鹽粒在腐蝕表面沉聚，但盡量不要把銹沖洗掉。以金屬腐蝕前后增重、腐蝕速率及表面形貌為腐蝕性能指標(biāo)進(jìn)行評價，實驗結(jié)果見表1、圖6～10，同時對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了分析，見表2。

從表1的結(jié)果中可以看出，耐候鋼在本發(fā)明用于模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法中的腐蝕速率明顯高于中性高低溫交變試驗方法中試樣的腐蝕速率。5個周期時是2.12倍，10個周期時是2.18倍，20個周期時是2.30倍，50個周期時是2.22倍，整體趨勢保持一致。并對兩種方法腐蝕后腐蝕產(chǎn)物化學(xué)成分及含量等進(jìn)行了對比分析，由表2可以看出，兩種方法腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)成分及含量基本一致。同時，對兩種方法對于耐候鋼腐蝕前和不同腐蝕周期的表面形貌進(jìn)行了分析評價，見圖1～10。

本發(fā)明用于模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法是相對更為快速、高效的腐蝕試驗方法，有利于提高金屬材料酸性大氣腐蝕性測試及評價的速度。并且從3組平行實驗結(jié)果看，本發(fā)明方法試驗結(jié)果重復(fù)性好，結(jié)果穩(wěn)定。

表1 耐候鋼中性高低溫交變試驗與本發(fā)明檢測及評價方法實驗結(jié)果對比

表2 不同試樣方法下耐候鋼腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量（％）

實施例2

利用本發(fā)明用于模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法對比不同化學(xué)成分的彈簧鋼金屬材料的酸性大氣環(huán)境腐蝕性能，開展以下試驗，其材料化學(xué)成分如表3所示。

1）制備試樣：試樣為圓片狀，直徑為60mm，厚度為2.5mm，表面粗糙度為8μm，腐蝕之前進(jìn)行表面去毛刺、清洗和吹干處理，準(zhǔn)確稱量重量，精確到0.0001g；

2）配制模擬酸性大氣環(huán)境腐蝕溶液：配制亞硫酸氫鈉溶液，濃度為2.0±0.5g/L，用15%的鹽酸，調(diào)解pH值為4.0，溫度為25℃，將腐蝕溶液均勻涂鋪在試樣表面，每周期涂鋪腐蝕溶液2.0mL；

3）確定腐蝕條件：將試樣依次進(jìn)行高低溫交變濕熱腐蝕循環(huán)試驗5、10、20、50個周期，每周期為12h，實驗環(huán)境為溫度為25℃，濕度為60%，每組實驗取3個平行樣；

4）確定評價指標(biāo)：腐蝕試驗結(jié)束后取出彈簧鋼試樣，在電子分析天平上稱重記錄數(shù)據(jù)，再用去離子水清洗銹層中的鹽分，以避免鹽粒在腐蝕表面沉聚，但盡量不要把銹沖洗掉。以金屬腐蝕前后增重、腐蝕速率、表面形貌及腐蝕電位為腐蝕性能指標(biāo)進(jìn)行評價，實驗結(jié)果見表4、圖11。

表3 1-4#彈簧鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量（％）

表4 1-4#彈簧鋼腐蝕檢測及評價方法實驗結(jié)果對比

從表4的結(jié)果中可以看出，4種不同化學(xué)成分的彈簧鋼在本發(fā)明用于模擬加速酸性大氣環(huán)境腐蝕檢測及評價方法試驗后的腐蝕速率存在明顯差異，試驗結(jié)果穩(wěn)定，并對4種不同化學(xué)成分的彈簧鋼腐蝕后帶銹試樣通過測量電極化曲線來描述腐蝕電位，見圖11。結(jié)合彈簧鋼的化學(xué)成分進(jìn)行分析，Cr和Cu合金元素通過影響腐蝕反應(yīng)的電化學(xué)過程，促使致密的內(nèi)銹層的生成。其中，Cr含量提高利于細(xì)化α-FeOOH，能有效抑制腐蝕性陰離子，加入Cu能使鋼的自腐蝕電位向正方向變化，增加了鋼的穩(wěn)定性，因此，Cr和Cu合金元素的增加，可以提高彈簧鋼的耐腐蝕性能。

綜上所述，本發(fā)明根據(jù)酸性大氣這種特定的環(huán)境，通過設(shè)定試驗參數(shù)，進(jìn)行一系列試驗篩選出模擬性、加速性和重現(xiàn)性好的試驗條件，提供一種用于模擬加速金屬材料酸性大氣環(huán)境腐蝕的檢測及評價方法。

以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。