1、均匀腐蚀速度的评定方法对于均匀腐蚀速度的评定,通常采用重量法、深度法和电流密度法来表征腐蚀的平均速率。
(1) 重量法:重量法是材料腐蚀最基本的定量评定方法之一。根据腐蚀前后的重量变化(增加或减少) 来表示材料腐蚀的平均速率。若腐蚀产物全部牢固地附着于试样表面,或能全部收集,则常用增重法来表示。反之,如果腐蚀产物完全脱落或易于全部清除,则往往采用失重法。平均腐蚀速率表示材料在与介质接触一定时间后,单位时间、单位面积的重量变化。其计算公式为:
式中,为υw为腐蚀速率(mm. a-1,毫米每年) ;=
,为试样腐蚀前重量
和腐蚀后重量
的变化量(g) ;S为试样的表面积(m2) ;t为试样腐蚀的时间(h) 。
(2) 深度法:选择具有足够精度的工具和仪器直接测量材料腐蚀前后或腐蚀过程中某两时刻的试样厚度或局部区域的腐蚀深度,所得深度数据直接表征的腐蚀速率(失厚或增厚) 。
深度法表征的腐蚀速率与重量法计算出的腐蚀速率可以相互换算,换算公式为:
式中,υw和υd 分别为重量法和深度法表示的腐蚀速率,单位分别为mm. a-1和g. m-2. h-1。对于腐蚀减薄情况,ρ为腐蚀材料的密度;对于增厚情况,ρ应为腐蚀产物的密度。ρ的单位为g. cm-3。深度法和重量法表征的腐蚀速率也可以用其他的量纲单位。
根据深度法表征的腐蚀速率大小,可以将材料的耐蚀性分为不同的等级,表1-1给出了10级标准分类法。该分类方法对有些工程应用背景显得过细,因此还有低于10级的其他分类法。例如三级分类法规定:腐蚀速率小于1.0 mm. a-1,为耐蚀(1级) ;腐蚀速率在0.1~1.0 mm. a-1,为可用(2级) ;腐蚀速率大于1.0 mm. a-1,为不可用(3级) 。不管按几级分类,仅具有相对性和参考性,科学地评定腐蚀等级还必须考虑具体的应用背景。
表1-1 均匀腐蚀的10级标准
腐蚀性分类 | 耐蚀性等级 | 腐蚀速率mm. a-1 (mm·a-1) | 腐蚀性分类 | 耐蚀性等级 | 腐蚀速率mm. a-1 (mm·a-1) | |
Ⅰ完全腐蚀 | 1 | < 0.001 | Ⅳ尚耐蚀 | 6 | 0.1~0.5 | |
Ⅱ很耐蚀 | 2 | 0.001~0.005 | 7 | 0.5~1.0 | ||
3 | 0.005~0.01 | Ⅴ欠耐蚀 | 8 | 1.0~5.0 | ||
Ⅲ耐蚀 | 4 | 0.01~0.05 | 9 | 5.0~10.0 | ||
5 | 0.05~0.1 | Ⅵ不耐蚀 | 10 | >10.0 |
(3) 电流密度表征法:金属的电化学腐蚀是由阳极溶解导致的,因而电化学腐蚀的速率可以用阳极反应的电流密度来表征。法拉第定律指出,当电流通过电解质溶液时,电极上发生电化学变化的物质的量与通过的电量成正比,与电极反应中转移的电荷数成反比。设通过阳极的电流强度为I,通电时间为t,则时间t内通过电极的电量为It,相应溶解掉的金属的质量∆W为:
式中,A为1 mol金属的相对原子质量,单位为g. mol-1;n为金属阳离子的价数;F为法拉第常数,其值约为96500C. mol-1。
对于均匀腐蚀情况,阳极面积为整个金属表面S,因此腐蚀电流密度icorr为I/S(单位:mA. cm-2) 。这样就可以得到重量法表示的腐蚀速率υw 和电流密度icorr之间的关系:
(1-4)
同样可以得到以深度法表征的腐蚀速率与腐蚀电流密度的关系为:
(1-5)
当电流密度icorr的单位取µA/cm2,其他量的单位同前面规定时,式(1-4) 和式(1-5) 转换为
(1-6)
(1-7)
前面所介绍的腐蚀速率表征方法均适用于均匀腐蚀情况。对于非均匀腐蚀或局部腐蚀,上述方法一般并不适用,这时需要借助其他方法来评价腐蚀程度。