1、第五章 局部腐蚀试验 1.应力腐蚀试验 2.晶间腐蚀试验 3.孔蚀试验 4.缝隙腐蚀试验 5.电偶腐蚀试验 6.磨损腐蚀试验6.磨损腐蚀试验 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨损腐蚀和磨损腐蚀试验6.2 产生冲刷条件的方法6.3 产生空化条件的装置6.4 试验结果的评定6.5 薄层活化技术概述磨损腐蚀磨损腐蚀&磨损腐蚀试验磨损腐蚀试验磨损腐蚀1.磨损腐蚀是高速的腐蚀性流体对金属材料的冲刷(磨损)和腐蚀的联合作用所造成的破坏。磨损腐蚀的破坏形态是在流体冲刷部位形成蚀坑、沟槽。磨损腐蚀试验设计磨损腐蚀试验的基本原则：造成腐蚀性流体对被试金属材料的机械冲刷条件，包括 高速 冲击
2、 空化2.造成磨损腐蚀的两种重要条件是：液体流动速度很高，形成强烈的湍流或涡旋；或者流体直接冲击在金属表面上。液体的流速很高，且在不同部位流速变化很大，因而造成空化作用(气泡的反复形成和破灭)，6.磨损腐蚀试验 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨损腐蚀和磨损腐蚀试验6.2 产生冲刷条件的方法6.3 产生空化条件的装置6.4 试验结果的评定6.5 薄层活化技术冲刷条件1.1.高速相对运动高速相对运动电 源VA高阻电压表试样铂阳极盐桥Ag/AgCl电极进水可以进行电化学测量的文丘利管高流速试验装置一、旋转圆盘装置将圆盘试样安装在轴上，使其高速旋转；或者将矩形小试样固定在旋转圆
3、盘的边上，都可以造成试样与试验介质之间的高速相对运动。二、文丘利管将试样安装在文丘利管的缩颈段，或者作为管壁的一部分(右图)，或者安装在管的轴线上。腐蚀液体通过文丘利管时，在缩颈段产生很高的流速，而且流速与试样表面平行。冲刷条件1.1.高速相对运动高速相对运动三、狭窄通道AA液流方向法兰试样固定环A-A截面试样用于高速试验的喷嘴管在试样表面附近的流速可以达到90哩/小时。在一根总管的末端可以安装几个这样的装置，对各种材料的磨损腐蚀情况进行比较。试样安装在截面积很小的水道里，用泵使液体高速流过通道，由喷嘴射出(下图)。冲刷条件试样总管2.2.喷射冲击装置喷射冲击装置试样可以固定，也可以旋转。右图
4、是这种装置中试样与喷嘴相对位置的示意。从总管来的高速流体通过喷嘴喷出，冲击在试样上。一个装置可以同时试验数个试样。使高速喷射的流体冲击在试样上，试样喷嘴接总管喷射冲击装置中试样与喷嘴的配置6.磨损腐蚀试验 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨损腐蚀和磨损腐蚀试验6.2 产生冲刷条件的方法6.3 产生空化条件的装置6.4 试验结果的评定6.5 薄层活化技术空化条件1.1.带孔或槽的旋转圆盘带孔或槽的旋转圆盘直径的小孔83安装插件的凹槽161产生空化条件的带孔和槽的旋转圆盘试样 的小孔，并加工了安装插件的凹 槽(圆形或长条形)。圆盘试样以3200转/分的速度高速旋转，在小孔后面
5、的尾流中产生强烈的空化作用，该部位的圆盘表面遭受到磨损腐蚀破坏。为了制造空化源，圆盘上钻有直径832.2.喷射冲击装置喷射冲击装置将一对试样安装在转轮边缘的对称位置，转轮以12000转/分的速度高速旋转。两个平行于转轴的喷嘴在试样的旋转路径上对称安装。喷嘴上喷出高速液流，使试样受到反复冲击，产生空化腐蚀条件。空化条件电 子震荡器试样试样支承 (horn)冷却水浴试验容器换能器用于空化腐蚀试验的振动试验 装置简图使试样表面在试验液体介质中作高频轴向振动，在一定条件下也可以在金属试样表面附近的液体中产生空化作用。空化作用与它造成的损坏的大小和振动的幅度及频率有关。3 3 振动振动 装置装置右图是振
6、动试验装置的示意图。圆柱形试样安装在一个圆锥形柱体上，其下部浸没在试验液体介质中。磁致伸缩或压电效应换能器和试样支杆耦合，在电子振荡器的驱动下，换能器通过支承杆使试样表面发生轴向振动。振动装置，因其试验装置简单，可以进行准确的测量，得到广泛使用。ASTM还制定了试验标准(G32)，对试样尺寸，振动频率和振幅，试验液体及其上部气相压力，温度等试验条件做了规定。为什么表面轴向振动能产生空化作用?问题问题空化条件4 4 电火花电火花放电装置放电装置利用电火花放电形成空泡，产生空化条件。使用该装置可以同时进行电化学测量，并用高速摄影技术观察空泡作用于金属表面的过程。723109R1R2CU+-1546
7、81.放电间隙 2.可控硅触发 3.闪光灯电源4.闪光灯光 5.放大镜 6.物镜7.电气控制台 8.转速计 9.高速摄影机10.转速控制312451.恒电位仪 2.参比电极3.电火花空化发生设备4.放电电极 5.金属试样电火花空泡发生装置电化学测量装置(腐蚀科学与防腐蚀工程技术新进展.p559)6.磨损腐蚀试验 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨损腐蚀和磨损腐蚀试验6.2 产生冲刷条件的方法6.3 产生空化条件的装置6.4 试验结果的评定6.5 薄层活化技术试验结果de评定试样A直径5试样B直径4试样C直径30 1 2 30 1 20 1 20.0100.005 0腐蚀深
8、度(吋)离圆盘中心距离(吋)铸铁旋转圆盘在磨损腐蚀试验后的腐蚀深度分布 海水平均温度：15.4C,圆盘转速：1140rpm，试验周期：30天下图是在固定旋转角速度条件下得到的。从图中可以看到，在临界尺寸以内圆盘试样的腐蚀很轻微。然后随着离中心距离增大，腐蚀深度先迅速增大；达到某一最大值后再减小，直到很小的数值。圆盘试样直径减小，这一最大值亦减小。1.1.腐蚀深度腐蚀深度下图是旋转圆盘试样在海水中的磨损腐蚀试验结果，腐蚀破坏程度用腐蚀深度表示。在使用圆盘试样时，圆盘直径和旋转角速度对试样的磨损腐蚀情况有很大的影响。试验结果de评定 30 60 90 120 150 18060040020045#
9、碳钢灰铸铁铜铬铸铁铜锡铸铁中硅铜铬铸铁累计时间(分)累积失重(毫克)五种金属材料在93%硫酸中的累计失重曲线(振动法试验)2.2.累计损失曲线累计损失曲线在不同的时间取出试样，测量重量损失或者体积损失，然后放回试验溶液中继续进行试验，这样可以得出累积的重量损失(或体积损失)与累计的试验时间之间的关系曲线。这是磨损腐蚀试验结果的主要表达方式。试验时间间隔的选取应当随腐蚀体系和试验条件而定，以所作曲线比较精确为准。由左图看出：试样的失重量与时间之间并不是线性关系，各种材料失重量增加的快慢(失重率)也不同。试验结果de评定 200 400 600 800 10000.600.500.400.300.
10、200.10 0振动试验频率：14kHz峰间位移全幅值：1.13mil未加阴极保护加阴极保护试验时间(分)失重率(毫克/分)试验体系：1020钢，3%NaCl溶液，25C3.3.损失率损失率 曲线曲线累积损失曲线的斜率表示损失率(重量或体积)。用损失率对试验时间作图就得到损失率曲线。几种情况：损失率在某一时间达到最大值；在一段时间内保持最大值；损失率从最大值降低后趋向一个“稳定值”(或称最终值)。为了比较各种金属材料耐磨损腐蚀性能，可以使用最大损失率，也可以使用稳定损失率。右图说明通入阴极极化电流，可以减轻空化腐蚀造成的损坏。磨损腐蚀试验延续的时间应当达到稳态损失率，至少要达到最大损失率出现以
11、后，为什么？试验结果de评定4.4.标准抗磨损腐蚀能力标准抗磨损腐蚀能力用标准参考金属材料制作试样，与被试金属材料制作的试样在相同条件下进行试验。在损失率-时间曲线上相应部分得到的被试金属材料的损失率和标准材料的损失率的比值作为评定材料抗磨损腐蚀性能的指标。6.磨损腐蚀试验 Corrosion-Erosion Tests6.1 磨损腐蚀和磨损腐蚀试验6.2 产生冲刷条件的方法6.3 产生空化条件的装置6.4 试验结果的评定6.5 薄层活化技术薄层活化技术1.表层活化：用高能带电粒子照射试样，可以在试样表面薄层内产生痕量的放射性原子核，例如用高能质子照射铁试样，由于反应 Fe56+p Co56+
12、n而产生具有放射性的Co56，其半衰期为78天。Co56衰变时放出能量为847keV的射线。Co56 Ni57+如果用氘核照射铁式样，可以生成放射性同位素Co57，其半衰期为272天。一、薄层活化技术检测金属腐蚀的原理通过照射形成的放射性原子核便成为试样表面层的“标记”。产生的活化层的深度取决于用来照射的带电粒子种类及其能量，以及照射的入射角。试样的比放射性随深度的变化可以准确确定。3.局部腐蚀：在试样表面产生两层活化薄层，比如下面一层是深度较大的Co57，表层是深度较小的Co56。由于两层活化层具有显著不同的 射线特征，就可能分别检测出试样的体积减损量和表层减损量。表层减损量与体积减损量的比
13、值随腐蚀局部性增大而减小。薄层活化技术 将处理过的试样暴露在腐蚀环境中，用 射线监测仪测量从试样表面放出的 射线的强度。当试样表面部分金属原子(包括放射性原子)因腐蚀而离开试样表面进入溶液，从试样表面释放的 射线的强度就会降低。由于 射线强度很小的变化就可以检测出来，这就提供了一种很灵敏的测量金属材料腐蚀损坏的方法。比如钝态金属的腐蚀速度极低，用常规测量方法(如失重法、电阻法)需要很长的暴露时间，而使用薄层活化技术可以在较短时间内得到结果。除了测量试样放射性的变化，也可以用取样测量或者直接测量的方法监测试验溶液由于放射性原子进入而得到的放射性。2.腐蚀测量：薄层活化技术的另一个优点是可以用于腐
14、蚀监测。薄层活化技术二、薄层活化技术用于磨损腐蚀测量 的实例使用薄层活化技术研究软钢在锅炉供水条件下的磨损腐蚀。所用试样为管状(下图)，水流通过孔板进入试样管，产生高速喷射(速度达40米/秒)。在紧接孔板下游的管内造成极强的湍流条件，使管壁受到磨损腐蚀破坏。孔板 软钢管孔径8.33mm 孔径9.53mm45管状试样试样经表面活化处理后安装在循环回路的高压釜内，紧贴高压釜壁放置射线记数器，监测试样的放射性。为了校正外部放射源的影响，使用另一台监测器记录背景辐射(用屏蔽使之不受到试样放射性的作用)。薄层活化技术二、薄层活化技术用于磨损腐蚀测量 的实例使用薄层活化技术研究软钢在锅炉供水条件下的磨损腐蚀。2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 222824201612 8 4 0活性损失(m)磨损损失最大值(m)尺寸测量与活性区损失测量的相关性管L，第6次试验管D，第2、5次试验管H，第3、4次试验在试验前后用内孔测量仪精确测量试样管的孔径，以确定磨损腐蚀造成的壁厚减小量。左图表示用尺寸测量的得到的壁厚损失量与用放射性记数得到的损失量之间的关系，说明两种测量方法的结果有良好的相关性。优点优点：由于离子束可以聚焦和瞄准，就可能只使试样表面某个小区域被活化，在试验中就能够确定究竟是什么部位发生了腐蚀破坏。
