金屬腐蝕試驗(yàn)方法

金屬腐蝕試驗(yàn)方法1.作為管理生產(chǎn)工藝、控制產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)性試驗(yàn)。如不銹鋼的晶間腐蝕試驗(yàn)。2.從現(xiàn)有的金屬和合金中選擇適合于在指定腐蝕介質(zhì)中使用的材料。3.針對指定的金屬/介質(zhì)體系，選擇合適的緩蝕劑及最佳用量。4.對已確定的金屬/介質(zhì)體系，作金屬使用壽命的估計(jì)。5.確定由于金屬腐蝕對介質(zhì)造成污染的可能性和污染程度。第2頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6.在發(fā)生腐蝕事故時(shí)，查清原因和尋找解決問題的辦法。7.選擇有效的防腐蝕措施，并估計(jì)其效果如何。8.研制發(fā)展新型耐蝕合金。9.對站場設(shè)備、油氣預(yù)處理廠設(shè)備的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行間斷的或連續(xù)的監(jiān)視性檢測，進(jìn)而控制腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。10.進(jìn)行腐蝕機(jī)理與腐蝕規(guī)律的研究。第3頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

金屬的耐蝕性既受材料因素影響，又受介質(zhì)因素影響。此外，還受溫度、系統(tǒng)的幾何形狀和尺寸、金屬與介質(zhì)的相對運(yùn)動以及力學(xué)因素等的影響。這些因素的組合與變化，構(gòu)成了錯綜復(fù)雜的金屬腐蝕條件和表現(xiàn)形式?，F(xiàn)實(shí)的腐蝕與腐蝕控制的課題是相當(dāng)復(fù)雜的。因此不可能有一種通用而萬能的試驗(yàn)方法和儀器用于所有的試驗(yàn)?zāi)康?。只能根?jù)腐蝕試驗(yàn)的具體目的和客觀條件的可能性，選擇現(xiàn)有的或設(shè)計(jì)新的腐蝕試驗(yàn)方法、測試技術(shù)及相應(yīng)的儀器裝置。第4頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、試驗(yàn)方法分類基于各種各樣的金屬材料和復(fù)雜多變的環(huán)境條件，相對地使試驗(yàn)方法和儀器裝置顯得復(fù)雜繁多。通過分類，可對其有較清晰的認(rèn)識。按金屬試樣與環(huán)境介質(zhì)的相互關(guān)系，可分為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)物試驗(yàn)三大類。按試驗(yàn)方法的性質(zhì)、可分為物理的、化學(xué)的和電化學(xué)的三種。按照試驗(yàn)結(jié)果，又可分為定性和定量測量。按照研究內(nèi)容、試驗(yàn)手段或腐蝕類型，還可作其他各種分類。

第5頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)線路土壤腐蝕性的勘察一、土壤勘察內(nèi)容1.沿線土壤理化性質(zhì)的勘察主要項(xiàng)目有含水量、含氧量、PH值、氧化還原電位及土壤電阻率測定等。2.勘察沿線主要地形地貌主要內(nèi)容包括山丘、平地、沼澤地、河灘、水塘、水田、低洼地帶以及兩種不同土壤交界地段和地形劇烈變化地方。第6頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.調(diào)查管道附近其它金屬構(gòu)筑物電纜、水和氣管線、地鐵等金屬構(gòu)筑物的分布情況。4.調(diào)查沿線可能產(chǎn)生干擾影響的電源有軌及無軌電車線路、高壓輸電線及電站等”電源情況，并說明與線路交叉情況及平行段長度、運(yùn)行電壓、最大負(fù)載電流等參數(shù)。5.可供陰極保護(hù)的電源情況。第7頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、土壤埋化性質(zhì)實(shí)驗(yàn)室測定主要測定含水量、氯離子含量、硫酸根、水溶性總鹽量、氧化還原電位、PH值、電極極化曲線、陰極極化曲線及罐管電解法等。l.含水量測定常用烘干法。土壤所含水分，在105±2℃時(shí)即可除去，一般有機(jī)質(zhì)在此溫度下不致分解。因此，在此溫度下將土壤烘干，就可計(jì)算出土壤的含水量。第8頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

2.氧化還原電位測定土壤氧化還原電位，常采用甘汞電極作參比電極，鉑電極作指示電極。見圖6－l當(dāng)兩支電極插入土中時(shí)，鉑電極和介質(zhì)之間的界面就有電子轉(zhuǎn)移，形成一個電位差，這一差值表明了氧化還原體系傳出或收入電子的趨勢，氧化還原電位則是這種趨勢的一個定量指標(biāo)。第9頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－l氧化還原電位測定裝置l-pHS-29A酸度計(jì)；2-鉑電極；3-飽和油汞電極；4-“讀數(shù)”開關(guān)；5-“零點(diǎn)”電位器第10頁,共59頁，2024年2月25日，星期天儀器測得的兩極之間的電位差，經(jīng)過換算后才能得到氧化還原電位Eh。計(jì)算公式為：式中Eh7-PH=7時(shí)土壤的氧化還原電位，mv；Ep——被測定的兩極之間的電位差，mv；Er——飽和甘汞電極對標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電位，見表6-l；EPH——為比較方便，一般換算成PH=7時(shí)的電位值Eh。當(dāng)PH值小于或大于7時(shí)，變化1PH單位就減少或增加60mv。第11頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6-l飽和甘汞電極在不同溫度下的電位值《相對標(biāo)準(zhǔn)氫電極》第12頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

3.土壤容重的測定與孔隙度的計(jì)算土壤容重與孔隙度的大小，是評價(jià)土壤松緊度的指標(biāo)。土壤的容重越大，孔隙度越小，其結(jié)構(gòu)越緊實(shí)，如表6－2所示。表6-2土壤松緊度與容重、孔隙度的關(guān)系

第13頁,共59頁，2024年2月25日，星期天a.土壤容重按下式計(jì)算：

式中rS——土壤容重，g/cm3；W1——容積取土器內(nèi)濕土質(zhì)量，g；V——容積取土器的容積，cm3；W2——土壤含水量，%?！.土壤孔隙度計(jì)算：式中ρS——土壤密度，一般取ρS=2.65g/cm3。

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4.電極極化曲線測定測定裝置如圖6－2所示。在需要測試的土壤中放入兩塊形狀和大小相同、材質(zhì)相同管材用鋼作電極，將其上10厘米2的面積用0號砂紙打光，其它部分及接頭先用漆酚樹臘涂封，然后再用石蠟和松香（l:1）涂封。兩電極間距為5mm，在沿管道每隔2Km左右，插入地面下10～20cm土壤中測試。測試方法是借可變電阻來調(diào)節(jié)外加電流的大小，可測出腐蝕電池在不同的外加電流密度下，電極極化趨于穩(wěn)定時(shí)兩極間的電位差、畫出曲線如圖6－3。

第15頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6—2極化曲線法裝置示意圖第16頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－3不同土壤中的電極極化曲線第17頁,共59頁，2024年2月25日，星期天可用在同樣的極化電位差情況下，不同土壤中通過的電極電流密度值來比較判斷土壤的腐蝕性。土壤含水量為20%。電位差為500mV，電流密度大于0.3mA/cm2時(shí)，腐蝕性嚴(yán)重；同樣條件下，電流密度小于0.05mA/cm2時(shí)，腐蝕性較弱。5.陰極極化曲線測定這個方法也是根據(jù)電極通過不同電流密度值來判斷土壤腐蝕性，它不考慮陽極，只反映腐蝕電池的陰極過程。第18頁,共59頁，2024年2月25日，星期天實(shí)驗(yàn)用輔助陽極為鉑電極、參比電極為甘汞電極，試驗(yàn)的材料是管材用鋼，用O號砂紙打光的試驗(yàn)面積為10cm2。試驗(yàn)土樣取自管道沿線，每間隔5～10km取樣一次，約2kg。加蒸餾水至飽和，在室溫條件下測定，當(dāng)陰極的電極電位為-0.85V相對硫酸用電極）時(shí)的陰極電流密度。測試裝置如圖6－4。第19頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-4陰極化曲線測試裝置a－飽和甘汞極；b一試驗(yàn)陰極；c-輔助陽極；p-UT-9直流高阻電位差計(jì)第20頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6.管罐電解法取自管道沿線的土壤、裝在鐵罐中，試驗(yàn)用管經(jīng)酸洗除銹、水洗、烘干衡重，插入罐內(nèi)土中，如圖6－5。鋼管接6伏電池正極，鐵籠接負(fù)極，連續(xù)通電24小時(shí)，鋼管產(chǎn)生電解腐蝕。取出鋼管除銹、稱重。計(jì)算失重，根據(jù)失重多少，判斷土壤的腐蝕性。可利用上述各測定結(jié)果進(jìn)行綜合分析來劃分土壤腐蝕性等級，其綜合標(biāo)準(zhǔn)見表6－3。第21頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-5管纜電解法測試裝置l-0.5公升白鐵罐；2-所研究的土壤；3-C19的用管度；4-像皮塞；5-6伏特電他第22頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6-3土壤腐蝕性等級綜合分類第23頁,共59頁，2024年2月25日，星期天綜合評價(jià)指標(biāo)。所謂綜合評價(jià)指標(biāo)，就是選擇某些對金屬腐蝕影響比較嚴(yán)重的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行綜合考慮，得出的評價(jià)指標(biāo)。目前國內(nèi)外經(jīng)常引用的是W·貝克曼與W·施文克（W.Baeckman,W·Schwenk）介紹的綜合評價(jià)指標(biāo)。這一指標(biāo)的評價(jià)方法是，先把土壤有關(guān)因素分項(xiàng)作出評價(jià)，并給出評價(jià)指數(shù)，然后將這些評價(jià)指數(shù)累計(jì)起來，再給出一個腐蝕性評價(jià)等級。見表6-4和表6-5。第24頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－4土壤腐蝕性的評價(jià)

第25頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－5土壤對鋼鐵的鷹油影響因素及評價(jià)格扭第26頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)管道運(yùn)行腐蝕狀態(tài)檢測

檢測目的是為了判斷管道的腐蝕情況，對于估計(jì)腐蝕嚴(yán)重的管段再進(jìn)行挖掘檢查；判斷雜散電流的來源、方向和大?。昏b定涂層、陰極保護(hù)的效果，或?yàn)榇O(shè)計(jì)的設(shè)施測取原始數(shù)據(jù)。

一、管地電位差的測量測定管地電位差的常用儀器有高內(nèi)阻的晶體管伏特計(jì)或20000Ω/V的萬用表，量程范圍0～2.OV。測量方法見圖6－6。

第27頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-6管道電位測量示意圖

第28頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

測量土壤介質(zhì)一般用飽和硫酸銅電極作參比電極。測量管地電位時(shí)，飽和硫酸銅電極放在與金屬管道垂直的地面上，以減少因土壤壓降而引起的誤差。為了接觸良好，應(yīng)先將土壤濕潤后再安放電極。要及時(shí)更換飽和硫酸銅電極，以免影響測量的準(zhǔn)確性。

二、管道保護(hù)電流密度的測定在現(xiàn)場測定管道的保護(hù)電流，較簡單的方法見圖6-7，在管道沿線取A、B、C、D四點(diǎn)，根據(jù)鋼的電阻率，管徑、AB及CD的距離、管麥厚度計(jì)算AB管段和CD管段的電阻RAB和RCD，并用儀器加以校核。

第29頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6-7管道電流密度測定示意圖第30頁,共59頁，2024年2月25日，星期天然后測出所取四點(diǎn)的管地電位VA、VB、VC、VD，求得通過AB管段和CD管段的電流平均值。BC段的平均電流電第31頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

三、絕緣層的電阻的測定絕緣層電阻測定有兩種方法，拭布法和臨時(shí)陰極站法。拭布法是在金屬管道沿線每隔一定距離測定約1米2絕緣層面積的導(dǎo)電性，它所測出的數(shù)據(jù)僅代表管道上某點(diǎn)的絕緣層電阻率。用臨時(shí)陰極保護(hù)站測定絕緣層電阻率是由測量某一段管道的電流和管地電位差，間接換算得到的，它代表某一段管道絕緣電阻率的平均值。

第32頁,共59頁，2024年2月25日，星期天1.試布法測定方法見圖6－8，先用高嶺土糊在預(yù)先用水洗過的絕緣層表面，再將預(yù)先在鹽溶液中浸過的法蘭絨拭布在高嶺土上纏兩三圈，在拭布上放一特殊的壓緊箍，使林布和管道完全壓緊，在拭布附近的管道上，安裝一個特殊的螺釘，其尖端嵌入管道金屬中，以保證可靠的連接，使壓緊箍與管道間形成電流回路。在電路中連接電源，并接上電壓表、電流表。根據(jù)測出的電流、電壓值可以計(jì)算出涂有高嶺土糊的這一塊防用絕緣層的電阻及單位面積的電阻率。第33頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－8拭布法測量絕緣層導(dǎo)電性示意圖第34頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

圖6－9用臨時(shí)陰極保護(hù)站測絕緣層電區(qū)2.臨時(shí)陰極保護(hù)站法設(shè)置臨時(shí)的陰極保護(hù)站或利用已有的陰極保護(hù)站測定絕緣層電阻的方法見圖6－9。第35頁,共59頁，2024年2月25日，星期天絕緣層的絕緣情況一般都用電導(dǎo)表示，故也可寫成

按前述測定管道電流的方法測出B.C兩處的電流IB和IC以及管地電位EB和IC以及管地電位EB和EC。IB-IC方為BC段落內(nèi)由土壤經(jīng)絕緣層流入管道的電流，取BC段管道的平均電位為(EB+EC)/2，則BC的絕緣層電阻為

第36頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

四、排流保護(hù)參數(shù)的測量為了測定排流保護(hù)的工作參數(shù)，可采用截面積為90mm2的連接電纜、500A的刀形開關(guān)。500A的電流表和電壓表等組成實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)裝置接通后，測量排流回路中的電流值和排流點(diǎn)的管地電位差。一般每隔10－20分鐘測量一次，應(yīng)同時(shí)記下電流表和電壓表的指示值，測量應(yīng)連續(xù)進(jìn)行一晝夜。

第37頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)生產(chǎn)設(shè)備腐蝕監(jiān)控方法進(jìn)行監(jiān)控的目的是為了掌握設(shè)備在生產(chǎn)過程中的腐蝕規(guī)律，測定腐蝕速度，估計(jì)使用壽命，預(yù)防事故發(fā)生。為了降低腐蝕速度，以便及時(shí)調(diào)整各操作參數(shù)。

一、現(xiàn)場腐蝕測試方法腐蝕測試方法很多，表6－6列出幾種常用的方法。

第38頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－6腐蝕測試方法

第39頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、生產(chǎn)裝置腐蝕監(jiān)控方法常用監(jiān)控方法有工業(yè)硅片、電阻探針、氫探針、測徑規(guī)、聲發(fā)射和腐蝕介質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物分析等。1.電阻探針電阻探針是利用金屬試片在腐蝕過程中截面積減小，電阻增大的基本原理制成的一種腐蝕測定儀器。電阻探針測量時(shí)不必清除試件表面的腐蝕產(chǎn)物，不需把試片的介質(zhì)中取出來，因而可以在生產(chǎn)過程中連續(xù)測定指定部位的腐蝕率，并直接由儀表讀出腐蝕速度。第40頁,共59頁，2024年2月25日，星期天靈敏度較高，經(jīng)過5小時(shí)即可測出0.1mm/a這樣微小的腐蝕速度。為了便于由電阻計(jì)算腐蝕率，一般采用帶狀試片，如厚0.1mm、寬1.15mm的鋼帶或直徑為0.lmm的鋼絲。電阻探針結(jié)構(gòu)示意圖6－10。圖6-10電阻探針結(jié)構(gòu)示意圖1-暴露的測量電極；2-電極密封；3-保護(hù)的參比電極；4-探針密封；5-表盤指示；6-放大器第41頁,共59頁，2024年2月25日，星期天在均勻腐蝕情況下，腐蝕深度△h可按下式計(jì)算。對于帶狀試片：（6－9）

式中△h——腐蝕深度，mm；a，b——試片的原始寬度和厚度，mm；RO——試片的初始電阻值，Ω；Rx——試片腐蝕后阻值，Ω。第42頁,共59頁，2024年2月25日，星期天對于鋼絲試片：式中rx——試片腐蝕后阻值，mm。上兩式中腐蝕深度換算為年腐蝕率：

式中C——腐蝕速度，mm/a；t——試驗(yàn)時(shí)間，h；8760——1年小時(shí)數(shù)。第43頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

2.氫探針金屬在H2S溶液中腐蝕后產(chǎn)生的原子氫滲入鋼材內(nèi)部、使鋼材發(fā)生氫鼓泡、氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕破裂。因此，測定氫滲入鋼材的速度，可表示上述三種腐蝕的趨勢。圖6－11是氫探針簡圖它是利用薄壁金屬管測量氫滲透程度的儀器，探頭是一個厚0.65mm，直徑10mm的薄壁碳鋼管，中間插入金屬回棒以減小管內(nèi)貯氫體積增加儀器靈敏度。金屬管側(cè)面是放泄閥，金屬管后端連接玻璃管液體壓力計(jì)或壓力表。

第44頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－11壓力型氫探針結(jié)構(gòu)示意圖第45頁,共59頁，2024年2月25日，星期天氫探針可用于氣體集輸管線和貯罐。其使用壓力最高可達(dá)70MPa。測量結(jié)果用下式計(jì)算：

式中VH——單位時(shí)間、單位面積滲入鋼材的氫氣體積，cm3-cm-2·n-1V——由壓力表讀數(shù)換算后滲入氫的體積，cm3；s——外殼在腐蝕介質(zhì)中的暴露面積，cm2；t——試驗(yàn)時(shí)間，h。第46頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)線性極化測量技術(shù)

一、基本原理1957年，Stem和Geary根據(jù)現(xiàn)代腐蝕電化學(xué)的混合電位理論、分析了腐蝕金屬電極的極化曲線，從理論上證實(shí)：當(dāng)一個可逆電極的極化電位對可逆電位只有微小偏離時(shí)，其極化電位是外加電流的線性函數(shù)。這種線性關(guān)系對腐蝕金屬電極也是實(shí)用的。第47頁,共59頁，2024年2月25日，星期天Stem-Geary方程式，即線性極化方程式：第48頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、線性極化方程式的適用條件根據(jù)腐蝕電化學(xué)的混合電位理論，當(dāng)腐蝕體系滿足下列條件時(shí)，才可應(yīng)用線性極化方程式。1.腐蝕體系必須屬于電化學(xué)腐蝕類型。金屬在電解質(zhì)溶液，潮濕氣體和土壤中的腐蝕屬于這種類型。2.腐蝕電位并不緊靠兩個局部反應(yīng)中的任一可逆反應(yīng)，亦即腐蝕電位離局部陽極和局部陰極的可逆電位較遠(yuǎn)。第49頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.所研究的腐蝕反應(yīng)是腐蝕體系中主要的氧化還原反應(yīng)。沒有二次電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。4.整個金屬同時(shí)起陰極和陽極作用，而不是分離的陰極區(qū)和陽極區(qū)的鑲嵌，即線性極化方程式不能預(yù)示局部腐蝕速度。5.極化電位△E中不應(yīng)包括介質(zhì)電阻和金屬表面膜電阻引起的IR降成分。第50頁,共59頁，2024年2月25日，星期天從上述條件可知，當(dāng)采用具有介質(zhì)電阻補(bǔ)償器的恒電位儀或腐蝕速度測試儀來測量極化電阻時(shí)，可消除介質(zhì)電阻的IR降。因此，當(dāng)采用具有介質(zhì)電阻補(bǔ)償器的儀表，來測定水分飽和或接近飽和的電解質(zhì)溶液、大氣腐蝕和土壤腐蝕金屬電極和極化電阻時(shí)，可以根據(jù)線性極化方程式來預(yù)示金屬的腐蝕速度。第51頁,共59頁，2024年2月25日，星期天線性極化技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、化工、海水、及手術(shù)移植等腐蝕問題的研究與監(jiān)控。能在幾分鐘內(nèi)快速測出腐蝕速度，其精度大于失量法。它能精確地測定低腐蝕速度（0.0025mm/a）如地下金屬構(gòu)筑物的腐蝕研究。第52頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

三、線性極化技術(shù)中的常數(shù)運(yùn)用線性極化方程式時(shí)，極化電阻可以實(shí)驗(yàn)測定，但還必須知道塔菲爾常數(shù)βa和βc，才能由Rp計(jì)算得Icorr，進(jìn)而根據(jù)法拉第電解定律求得腐蝕速度。確定常數(shù)的方法有極化曲線測定法和掛片失重法兩種常用方法。l.極化曲線測定法對同一腐蝕體系測定完整的陽極和陰極極化曲線，直接從塔菲爾線性段求得βa和βc。第53頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.掛片失重法這是一種測定總常數(shù)B的方法(B=βaβc/2.3(βa+βc))。在試驗(yàn)時(shí)對工作電極進(jìn)行失重測定，由法拉第定律求得相應(yīng)的腐蝕電流Icorr(μA/cm2)根據(jù)同一試驗(yàn)周期中測定的Rp值時(shí)間間的變化，按下式計(jì)算得積分平均極化電阻豆Rp(Ω·cm2)：第54頁,共59頁，2024年2月25日，星期天式中Rpn——時(shí)間tn的極化電阻，Ω；s——工作電極暴露面積，cm2。由此式可以求得總常數(shù)B（mv）：

四、金屬腐蝕測試儀近年來利用線性極化原理制造的儀器很多，國內(nèi)制造的和