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熱噴涂涂層設(shè)計(jì)要點(diǎn)之耐腐蝕材料選擇和性能檢測

進(jìn)行涂層設(shè)計(jì)時(shí),首先要了解工件服役情況和工件表面應(yīng)具備的性能,準(zhǔn)確判定易引發(fā)工件失效的原因,例如工件工作的介質(zhì)、溫度、受力的性質(zhì)和大小、工件的材質(zhì)、組織、尺寸等,從而確定對(duì)涂層的要求,包括結(jié)合強(qiáng)度、硬度、厚度、孔隙的多少及大小、表面精度、耐磨、耐腐蝕、耐熱或其他性能。

耐腐蝕涂層材料的選擇比較復(fù)雜。零件的工作狀態(tài)、工作溫度、工作環(huán)境和各種腐蝕介質(zhì)都增加了對(duì)涂層材料的要求。腐蝕環(huán)境可能是水溶液、氣體或各種化學(xué)介質(zhì),還可能具有寬廣的溫度范圍。在有燃?xì)獯嬖诘臈l件下,燃燒的氣體或未燃燒的燃料也可能在適當(dāng)?shù)臏囟认屡c其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),形成很復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。

01

耐腐蝕涂層材料的選擇

耐大氣腐蝕

這類涂層耐下述條件的腐蝕:金屬或合金暴露在戶外或室內(nèi)的大氣中,涂層在大氣中能抵抗風(fēng)、雨、陽光和其他氣候變化條件的腐蝕。在戶外使用的涂層在室內(nèi)也能很好地使用。這類涂層包括耐工業(yè)氣氛的涂層、耐海洋氣氛腐蝕的涂層和耐農(nóng)村大氣腐蝕的涂層。

耐工業(yè)大氣腐蝕的涂層

耐工業(yè)大氣腐蝕的涂層能承受具有煙塵或化學(xué)煙霧(如大城市和重工業(yè)區(qū)等)的惡劣氣氛,可噴涂Al、Zn涂層。這類涂層必須進(jìn)行封孔處理,封孔劑的選擇非常重要。

這類涂層常用于所有類型的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件鋼、電的導(dǎo)線管、橋梁、輸電線、金屬構(gòu)件、草坪和庭院設(shè)施等。

耐海洋氣氛腐蝕的涂層

這種涂層能承受海洋附近或具有鹽霧條件下的腐蝕。常用于橋梁-高于水線、船塢結(jié)構(gòu)-高于水線、貯藏容器外壁、船的上層結(jié)構(gòu)、棧橋、變壓器表面等。

耐農(nóng)村大氣腐蝕的涂層

農(nóng)村大氣中雖然沒有工業(yè)煙霧和海洋性氣候的鹽霧,但含有少許的污染物。

耐浸漬腐蝕

浸漬腐蝕是金屬或其涂層暴露在液體中,并且是全部或部分、或二者交替地受到浸漬,防腐蝕涂層必須能夠耐液面以上或液面以下環(huán)境的腐蝕。這類涂層有如下幾種:耐食用淡水的涂層、耐非飲用淡水的涂層、耐熱淡水的涂層、耐鹽水腐蝕的涂層、化學(xué)和食品工業(yè)使用的涂層。

耐飲用淡水涂層

這種涂層耐淡水,并且不能改變水的化學(xué)成分。為了適合可飲用水的要求,不能使用含鉻酸鹽的密封劑。常噴涂Zn涂層。常用于淡水貯器;高架渠(高架水道、輸水道、導(dǎo)水管)、過濾機(jī)水槽、水輸送管等。

耐非飲用淡水涂層

這種涂層耐非飲用淡水,水溫不超過52℃,pH值為5~10。常噴涂Al、Zn涂層。常用于發(fā)電廠引入線、浸漬在淡水中的結(jié)構(gòu)裝置、航行在淡水中的船身等。

耐熱淡水涂層

這種水系非飲用水,水溫在52~204℃,pH值為5~10,可噴涂Al涂層,但要封孔。常用于交換器、熱水貯藏容器、蒸汽凈化設(shè)備、暴露于蒸汽的零件。

耐鹽水涂層

這種涂層可以全部或部分浸在靜止的或運(yùn)動(dòng)的食鹽水或海水中。對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的結(jié)構(gòu),海水浸沒的范圍應(yīng)從泥線之下一直延伸到潮線之上0.914米的部位;高出這一范圍,應(yīng)作為“鹽類大氣”考慮。常噴涂Al涂層。常用于船用發(fā)動(dòng)機(jī)的集油盤、鋼體河樁和橋墩、船體、魚舵和魚箱、在船體水線之下存有污垢問題的部位等。

化學(xué)和食品工業(yè)使用的涂層

這種涂層能耐諸如油、燃料和溶劑等的化學(xué)作用,并且能耐各種食品的腐蝕,但不能改變食品的化學(xué)成分和味道,可噴涂Al涂層,但要封孔。常用于汽油、原油、燃料油以及二甲苯、乙醇、丁醇、醋酸戊酯和甲苯等藥劑的貯藏、啤酒廠的麥芽漿槽、軟飲料設(shè)備、乳品及制酪業(yè)設(shè)備、食品油貯槽及糖蜜罐、甘油槽內(nèi)襯、木屑洗滌機(jī)等。

耐化學(xué)腐蝕

這類涂層能承受各種酸、堿、鹽類的溶液、蒸汽和固體的腐蝕。這類涂層主要是各種鐵基、鎳基和鈷基合金、自熔性合金、有色金屬,氧化物陶瓷,碳化鉻和碳化鎢等金屬陶瓷。由于熱噴涂層都有一定的孔隙率,所以,各種涂層必須進(jìn)行填充密封處理。密封劑本身也必須耐化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。

為了抗化學(xué)腐蝕的需要,在給定環(huán)境下采用的所有涂層,必須用推薦的密封劑進(jìn)行處理。使用專門的密封劑,不會(huì)破壞涂層的力學(xué)性能。然而,在高溫下涂層抗化學(xué)腐蝕的能力部分地取決于密封劑。

02

熱噴涂涂層的耐腐蝕性能檢測

涂層的耐腐蝕性是反映涂層保護(hù)基體金屬和抵抗環(huán)境侵蝕能力的好壞,是直接影響金屬構(gòu)件使用壽命的重要指標(biāo)。特別是對(duì)于防護(hù)性涂層及防護(hù)-裝飾性涂層,對(duì)涂層的耐腐蝕性指標(biāo)有其明確的要求,必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

腐蝕試驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)和現(xiàn)場腐蝕試驗(yàn)兩類。實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn),可分為室溫或加熱的液態(tài)浸漬腐蝕和氣體腐蝕(含高溫氧化)以及鹽霧試驗(yàn)等?,F(xiàn)場腐蝕試驗(yàn)也多種多樣,如大氣腐蝕、海水及淡水浸漬、土壤腐蝕、掛片試驗(yàn)等。按腐蝕介質(zhì)的性質(zhì),又可分為酸性、堿性、中性鹽腐蝕等類型。

腐蝕試驗(yàn)條件,需根據(jù)試驗(yàn)涂層材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或涂層材料的使用條件來擬定。溶液的pH值、溶解氣體量、溶解離子濃度、溶液溫度與流速等,均會(huì)直接影響涂層的腐蝕反應(yīng)。一般認(rèn)為,溶液中的溶解氣體,特別是中性溶液中的氧含量對(duì)腐蝕過程的陰極反應(yīng)影響很大,而液體溫度不僅影響反應(yīng)速度,而且對(duì)反應(yīng)類型也有一定的影響。

液態(tài)浸漬腐蝕試驗(yàn)

對(duì)噴涂層進(jìn)行液態(tài)浸漬腐蝕,可帶標(biāo)樣(一般為被噴涂的基體材料)同時(shí)進(jìn)行,也可帶入已知耐蝕性的其他材料試樣,以期進(jìn)行比較。由于噴涂層多有氣孔存在,故應(yīng)首先進(jìn)行封孔處理后再做腐蝕試驗(yàn)。液態(tài)浸漬腐蝕又分為靜態(tài)全浸式、部分浸漬式、交互浸漬式、氣蝕等流液浸漬等。

靜態(tài)全浸式

靜態(tài)全浸式就是將試樣完全浸入溶液浸泡的試驗(yàn)方法。此方法操作簡便,重現(xiàn)性好,比較容易控制試驗(yàn)因素。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10124-1988《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》中詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)方法和要求。試驗(yàn)時(shí),不論是常溫還是煮沸下的腐蝕試驗(yàn),均應(yīng)保持溶液的濃度始終一致。溶液的蒸發(fā)損失可采用恒定水平面裝置控制或定時(shí)地添加溶液,使溶液體積的波動(dòng)不超過±1%,有時(shí)也采用回流冷凝。為避免腐蝕產(chǎn)物積累影響腐蝕規(guī)律,一般將介質(zhì)容量與試樣表面積的比例控制在20~200mL/cm3。通常要求每個(gè)試驗(yàn)裝置中只浸泡一種涂層,以避免一種涂層的腐蝕產(chǎn)物對(duì)另一種涂層腐蝕規(guī)律的干擾。

利用水浴或油浴控制試驗(yàn)溶液的溫度。除非有特別規(guī)定,腐蝕試驗(yàn)過程不應(yīng)對(duì)溶液充氣。試驗(yàn)容器可密封,也可敞露。在沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行的試驗(yàn),應(yīng)注意緩慢加熱,并在容器底部鋪一層玻璃(或陶瓷)碎片,以避免過度沸騰和氣泡的沖擊作用。試樣的支架和容器在試驗(yàn)溶液中應(yīng)是惰性的,從而保證自身不被腐蝕和破壞,也不污染試驗(yàn)溶液。

部分浸漬式

部分浸漬式是將試樣部分浸入溶液,由于氣/液相交界的水線長期保持在涂層表面的同一固定位置,從而造成嚴(yán)重的局部腐蝕破壞,部分浸漬試驗(yàn)也稱為水線腐蝕試驗(yàn)。在貯存液體的容器內(nèi)壁及部分浸入海水的涂層構(gòu)件上,都會(huì)發(fā)生這種水線破壞。鋁涂層和某些其他金屬涂層往往在水線處發(fā)生濃差腐蝕,部分浸漬試驗(yàn)條件為其提供了非常適宜的加速試驗(yàn)方法。
部分浸漬式試驗(yàn)方法、要求、條件的控制及試驗(yàn)裝置與靜態(tài)全浸式試驗(yàn)基本相同。關(guān)鍵是如何提供合適的試樣支撐方法,使水線部位保持在固定的位置上,保證液面上、下的試樣面積比恒定不變。采用自動(dòng)恒定液面裝置,可以顯著提高試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。

交互浸漬式

交互浸漬試驗(yàn)又稱間浸試驗(yàn),是指將帶有金屬涂層的試樣交替地浸入液態(tài)腐蝕介質(zhì)和暴露在空氣中。交互浸漬試驗(yàn)是一種模擬試驗(yàn),也是一種加速試驗(yàn)。這種交互浸漬狀態(tài)為水溶液作用提供了加速腐蝕的條件,因?yàn)樵诖蟛糠直┞稌r(shí)間中試樣表面可以保持頻繁更新,幾乎為氧所飽和的溶液薄膜,而且在干濕交替過程中,由于水分蒸發(fā)使得溶液中的腐蝕性組分濃縮。另外,試樣表面完全干燥常常使腐蝕速度下降,但是腐蝕產(chǎn)物膜破裂則起相反的作用。

交互浸漬試驗(yàn)結(jié)果與干濕變化的頻率、環(huán)境的溫度和濕度密切相關(guān),所以必須合理設(shè)計(jì)干濕變化周期,并在連續(xù)試驗(yàn)中保持不變。同樣,應(yīng)合理控制環(huán)境溫度和濕度,以保證試樣在大氣暴露期間有恒定的干燥速度。根據(jù)不同的試驗(yàn)要求,有時(shí)在濕度相當(dāng)高的密閉裝置中進(jìn)行間浸試驗(yàn),使試樣離開溶液后始終保持濕潤狀態(tài);有時(shí)在空氣中暴露時(shí)用干燥熱風(fēng)吹拂(或輻照加熱),以加速干燥。

交互浸漬試驗(yàn)條件的選擇與所用試驗(yàn)裝置的工作原理有關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)干濕交替,可以交替地將試樣浸入和提出溶液;也可使試樣固定不動(dòng),而讓溶液相對(duì)試樣升降。通常使試樣運(yùn)動(dòng)比移動(dòng)腐蝕介質(zhì)更容易實(shí)現(xiàn)。溶液和空氣中的暴露時(shí)間比應(yīng)視試驗(yàn)的具體要求而定,一般為1:1~1:10,一次循環(huán)的總時(shí)間常為1~60min不等,有時(shí)也可達(dá)24h。

中性鹽霧試驗(yàn)

中性鹽霧試驗(yàn)是一種常用的人工加速腐蝕試驗(yàn),它是模擬沿海大氣環(huán)境中,溫暖的海面向寒冷的空氣蒸發(fā)和海浪沖擊下潑向空間的含氯離子微小液滴,形成細(xì)霧狀介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕條件,采用一定濃度的氯化鈉溶液,在加壓下以細(xì)霧狀噴射,由于霧粒均勻地落在試樣表面,并不斷維持液膜更新,因而對(duì)涂層的腐蝕符合大氣腐蝕基本原理,實(shí)現(xiàn)測定涂層的加速腐蝕作用。

中性鹽霧試驗(yàn)畢竟不能完善地模擬大氣條件對(duì)金屬涂層的腐蝕,加之影響腐蝕的因素較多,造成測試條件不易控制等等,往往重現(xiàn)性較差,所以只能作為同一類型涂層在該條件下相對(duì)耐蝕性的比較。實(shí)踐表明,它對(duì)陽極性涂層(如鋼鐵基體上的鋅層和鎘層等)耐蝕性效果較好,而對(duì)陰極性涂層,則只能揭示涂層的孔隙和缺陷程度,間接地反映涂層的抗腐蝕能力。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6458-1986《金屬覆蓋層 中性鹽霧試驗(yàn)》中規(guī)定了中性鹽霧試驗(yàn)所使用的設(shè)備、試劑和方法。

試樣的數(shù)量按測試具體規(guī)定,一般情況下每批取3件。試驗(yàn)時(shí),試樣放置在鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi),試驗(yàn)溶液為5%NaCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溶液,pH值為6.5~7.2,噴霧箱內(nèi)溫度為35±2℃,相對(duì)濕度大于95%。試驗(yàn)面朝上,讓鹽霧自由沉降在被試驗(yàn)面上,經(jīng)24h噴霧后,每個(gè)收集器所收集的溶液,就80cm2而言應(yīng)為1~2mL,被試面與垂直方向成15°~30°,不能直接噴射被試面。試樣不能接觸箱體,也不能相互接觸。試樣之間的距離應(yīng)不影響鹽霧自由降落在被試面上,試樣上的液滴不得落在其他試樣上。試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)按被試覆蓋層或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求而定,若無標(biāo)準(zhǔn),推薦時(shí)間為2、6、16、24、48、96、240、480、720h。停噴時(shí)不加熱,試樣密封在箱內(nèi)自然冷卻。試樣在試驗(yàn)結(jié)束后,取出試樣。為減少腐蝕產(chǎn)物的脫落,試樣在清洗前,放在室內(nèi)自然干燥0.5~1h。然后用不高于40℃的清潔流動(dòng)水輕輕清洗,除去試樣表面鹽霧溶液的殘留物,經(jīng)干燥后作外觀檢查和評(píng)級(jí)。按我國熱帶電工產(chǎn)品JB/Z 88-66評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)鹽霧試驗(yàn)后的腐蝕程度分為4級(jí):1級(jí)為良好,2級(jí)為合格,3~4級(jí)為不合格。在每一級(jí)中,只要滿足一項(xiàng),就按該級(jí)評(píng)定。

銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)

銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)(CASS法)是中性鹽水噴霧試驗(yàn)的改進(jìn)方法。由于它在氯化鈉溶液中用醋酸酸化,并加入氯化銅提高對(duì)某些金屬涂層的腐蝕速率和效果,取得了鋼鐵基體上陰極性涂層腐蝕方式接近于實(shí)際環(huán)境的良好結(jié)果。CASS法與中性鹽霧法相比,不僅腐蝕速度加快,而且重現(xiàn)性較好,所以正逐步取代中性鹽霧法對(duì)陰極性涂層的耐蝕性檢驗(yàn)。該法適用于鋼鐵基體上陰極性涂層(銅、鎳、鉻涂層等)和鋁或鋁合金上陽極氧化膜的耐腐蝕性檢驗(yàn)。

銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)的溶液成分為:氯化鈉(NaCl)50±5g/L、氯化銅(CuCl2·H2O)0.26±0.02g/L,pH(用醋酸調(diào)整)為3.2±0.1。測試設(shè)備與鹽霧試驗(yàn)設(shè)備大致相同,只是對(duì)箱體耐高溫性要求更高(50±1℃)。目前除了專門用于CASS試驗(yàn)的設(shè)備外,也有與鹽霧試驗(yàn)通用的設(shè)備。除測試溫度為50±1℃外,其他條件與鹽霧試驗(yàn)條件相同。

大氣暴露腐蝕試驗(yàn)

大氣暴露腐蝕試驗(yàn)是在天然大氣條件下,對(duì)噴涂層試樣在試樣架上(室外或室內(nèi))進(jìn)行實(shí)際的腐蝕試驗(yàn),通過定期觀察及測定其腐蝕過程特征和腐蝕速度確定其防護(hù)壽命。大氣暴露試驗(yàn)是正確判斷涂層耐蝕性能的一個(gè)重要方法,其評(píng)定結(jié)果通常作為制定涂層厚度標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。具體試驗(yàn)方法可參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6464-1986《金屬和其它無機(jī)覆蓋層 靜置戶外暴曬腐蝕試驗(yàn)一般規(guī)則》進(jìn)行。

大氣暴露腐蝕試驗(yàn)條件的選擇應(yīng)與工件使用的實(shí)際條件相同或相似。一般按暴露場地所處地區(qū)的環(huán)境條件,將大氣條件分為四類(包括室內(nèi)和室外):工業(yè)性大氣、海洋性大氣、農(nóng)村大氣和城郊大氣。暴露場應(yīng)設(shè)在完全敞開的地方,能充分受到大氣(空氣、日光、雨、露、霧、霜、雪等)的侵襲。周圍的建筑物、樹木和試樣架應(yīng)有一定間隔距離,保證周圍建筑物和樹木等的陰影在任何時(shí)刻不會(huì)投射到被測試樣上。

試樣大氣暴曬的方式有三種:

1)露天暴曬,即將試樣直接放在室外的框架上??蚣懿捎媚軌蚪?jīng)受腐蝕的材料制成,試樣在框架上面向南方??蚣芨浇闹参锔叨炔粦?yīng)大于0.2m;

2)半封閉暴曬,把試樣放在有頂棚遮蓋下進(jìn)行暴曬,以防止直接受太陽輻射和大氣降水的作用,或試樣暴曬在部分封閉的空間,例如百葉箱中;
3)“全封閉”暴曬,此時(shí)外界因素對(duì)試樣的影響是非常有限的。
大氣暴露試驗(yàn)用的試樣,不得小于50cm2(5cm×10cm),專門制備的試樣應(yīng)為平板形狀,一邊的長度最好為50mm的整數(shù)倍,厚度為1~3mm。同一種試樣的數(shù)量不得少于三件。在暴曬前應(yīng)徹底清洗試樣,以除去涂層表面的污染物。每件試樣應(yīng)有不易消失的編號(hào),如打上鋼印或掛有刻字的塑料牌等。試驗(yàn)開始前,試樣應(yīng)采用專用測試記錄卡分別記錄試樣編號(hào)、涂層結(jié)構(gòu)、厚度、外觀光澤等情況,并編寫試驗(yàn)綱要(包括測試目的、試驗(yàn)要求、檢查周期等)。每種試樣需留1~3件保存在干燥器內(nèi),供試驗(yàn)中比較觀察。

試樣投放最好選擇每年的潮濕、陰雨季節(jié)前,建議在每年的4~5月或9~10月。由于大氣腐蝕速度很慢,試驗(yàn)時(shí)間最好為1~20年。試樣開始暴露后,頭3個(gè)月內(nèi)檢查次數(shù)應(yīng)頻繁,一般每月2~3次。檢查時(shí)應(yīng)注意開始出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)的時(shí)間,做好詳細(xì)記錄。3個(gè)月后每月檢查一次,一年后每3個(gè)月檢查一次。冬季室外暴露的試樣如遇下雪時(shí)(指冬季有下雪的地區(qū)),應(yīng)定期拭去表面的積雪。取試樣時(shí)不可用手直接與主要表面接觸。不允許將兩片試樣接觸或摩擦以防止人為機(jī)械損傷或電化學(xué)腐蝕,造成試驗(yàn)結(jié)果誤差。

測試結(jié)果的評(píng)定,除參照鹽霧試驗(yàn)方法外,還可按試樣表面腐蝕率進(jìn)行腐蝕等級(jí)評(píng)定。

海水腐蝕試驗(yàn)

熱噴涂防腐蝕技術(shù)目前已廣泛用于大量海洋工程設(shè)施,如海上采油鉆探平臺(tái)、艦船及港口設(shè)施等,因此海水腐蝕試驗(yàn)是熱噴涂涂層進(jìn)行較多的試驗(yàn)內(nèi)容之一。

海洋的腐蝕環(huán)境大致可以分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海底泥漿區(qū),由于所處環(huán)境的不同,使金屬的腐蝕速度有很大差異。金屬構(gòu)件在飛濺區(qū),處于干、濕交替,氧供應(yīng)充足具有相當(dāng)高的腐蝕性。高潮位區(qū)在漲潮時(shí)與含氧的海水接觸,腐蝕也較嚴(yán)重。另外,潮差區(qū)相對(duì)低潮線以下的全浸區(qū)部分,形成明顯的氧濃差電池作用,潮差區(qū)供氧充分為陰極,而恰好位于低潮線下的全浸區(qū),因供氧相對(duì)較少而成為陽極,使腐蝕加速。按海洋環(huán)境區(qū)域特點(diǎn),金屬防護(hù)涂層的海水腐蝕試驗(yàn)可分為6類。

海洋大氣腐蝕試驗(yàn)

可以表征船上、船艙內(nèi)的金屬防護(hù)涂層腐蝕,以及不會(huì)直接受到海水或浪花作用的海岸設(shè)施的金屬防護(hù)涂層腐蝕。

浪花飛濺帶腐蝕試驗(yàn)

表征海上和沿岸結(jié)構(gòu)件在海平面之上經(jīng)常遭受浪花飛濺作用,但不會(huì)受到海水浸潤的金屬防護(hù)涂層腐蝕。通常試樣被放置在乎均高潮位上方0.2~2m的位置。

海水間浸試驗(yàn)

又稱交替浸泡試驗(yàn)。表征港口結(jié)構(gòu)和船體外部結(jié)構(gòu)間或受到海水浸潤的金屬防護(hù)涂層腐蝕。

海水半浸試驗(yàn)

即海水水線腐蝕試驗(yàn),表征任何海洋飄浮結(jié)構(gòu)外部的氣/液/固三相交界處的金屬防護(hù)涂層腐蝕。

海水全浸試驗(yàn)

表征各種水下設(shè)施的金屬防護(hù)涂層腐蝕,通常試樣被放置在最低潮位以下0.2~2m的位置。

海洋土壤腐蝕試驗(yàn)

海洋土壤腐蝕試驗(yàn)。這是模擬埋在海底土壤部分的管道、電纜及水下設(shè)施的金屬防護(hù)涂層腐蝕試驗(yàn)。
具體試驗(yàn)方法可參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6384-1986《船舶及海洋工程用金屬材料在天然環(huán)境的海水腐蝕試驗(yàn)方法》。海水腐蝕試驗(yàn)通常在專門的試驗(yàn)站進(jìn)行。

03

腐蝕試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

涂層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后,試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法有目測法、稱重法、深度法和電流密度法。

目測法

熱噴涂涂層在遭受某種類型的腐蝕之后,必然會(huì)導(dǎo)致涂層表面狀態(tài)或性能等發(fā)生改變,腐蝕的產(chǎn)物也具有顏色、狀態(tài)等特征,從這些特征及其變化情況,可以定性地判別涂層或基體金屬的腐蝕程度,從而確定其防護(hù)性能。

目測法是用肉眼或放大鏡(3~5倍)對(duì)涂層表面進(jìn)行觀察,有時(shí)也適當(dāng)?shù)厥褂靡恍┖唵蔚墓ぞ吆驮O(shè)備。腐蝕后涂層的定性檢查和記錄,主要有以下五個(gè)方面:

(1)涂層和基體腐蝕產(chǎn)物的顏色和狀態(tài)。

(2)腐蝕率:腐蝕率(涂層被穿透、直達(dá)基體金屬的腐蝕點(diǎn)比率)是評(píng)定陰極性涂層防護(hù)性能的主要內(nèi)容,可按下列方式觀察計(jì)算:

評(píng)定時(shí)以5mm×5mm方格面積為單位,計(jì)算出現(xiàn)銹點(diǎn)的方格數(shù)占被測面積總方格數(shù)的百分比表示腐蝕程度。即:
腐蝕率(%)=n/N×100%
式中:n為出現(xiàn)銹點(diǎn)的5mm×5mm面積的方格數(shù);N為試樣表面的5mmX5mm面積總方格數(shù)。

計(jì)算方格數(shù)時(shí),用一透明的帶有5mm×5mm方格的有機(jī)玻璃板或塑料薄膜、覆蓋在被測涂層試樣表面,讀出有腐蝕點(diǎn)的方格數(shù)(n)和被測涂層的總方格數(shù)(N),進(jìn)行計(jì)算。

(3)光澤:經(jīng)大氣暴露后涂層的光澤,是指涂層呈膜狀腐蝕時(shí)被氧化的程度。

(4)開裂:涂層開裂是指涂層經(jīng)腐蝕后,表面出現(xiàn)肉眼能見的裂紋。計(jì)算方法與計(jì)算腐蝕率面積百分比相同。

(5)以定性評(píng)定結(jié)果確定涂層腐蝕等級(jí)。

稱重法

稱重法是對(duì)涂層腐蝕進(jìn)行定量評(píng)定的主要方法,即測量單位時(shí)間內(nèi)的涂層腐蝕失重,并得出其腐蝕速度。

定量評(píng)定的試樣,在試驗(yàn)前應(yīng)按要求稱出準(zhǔn)確重量,經(jīng)一段時(shí)間腐蝕試驗(yàn)后取出試樣,用規(guī)定溶液浸漬除去腐蝕產(chǎn)物,再干燥稱重。將兩次稱重結(jié)果按下式計(jì)算腐蝕速度:
V = (W0-W1-W2)/(S×t)

式中:V為腐蝕速度,g·m2·h-1;W0為試樣原始重量,g;W1為試樣除去腐蝕產(chǎn)物后的重量,g;W2為清除腐蝕產(chǎn)物時(shí)同樣尺寸同種材料空白試樣的校正失重;S為試樣表面積,m2;t為腐蝕時(shí)間,h。

深度法

腐蝕深度法是把涂層的厚度因腐蝕而減小的量,以線量單位表示,并換算成為相當(dāng)于單位時(shí)間(年)內(nèi)腐蝕掉的厚度(毫米)。該種指標(biāo)常用腐蝕的失質(zhì)指標(biāo)與該涂層的密度比值表示,可按下列公式:

式中:KL為腐蝕的深度指標(biāo),mm/a;K為腐蝕的失質(zhì)指標(biāo),g/(m2.h);ρ為涂層密度,g/cm3;8.76為換算系數(shù)。

顯然,知道了涂層的密度,即可將腐蝕的失質(zhì)指標(biāo)和深度指標(biāo)進(jìn)行換算。腐蝕的質(zhì)量指標(biāo)和深度指標(biāo),對(duì)于均勻的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕均可采用。

電流密度法

電流密度法是以電化學(xué)腐蝕過程的陽極電流密度(A/cm2)的大小來衡量涂層腐蝕速度的程度。lmol物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)所需的電量為1個(gè)法拉第,即96484≈96500C/mol。假如電流強(qiáng)度為I,通電時(shí)間為t,則通過的電量為It。從而可得出涂層陽極溶解的質(zhì)量ΔW為:
式中:A為涂層的相對(duì)原子質(zhì)量;n為價(jià)數(shù);F為法拉第常數(shù)(1F=96500C/mol=26.8A·h)
對(duì)全面腐蝕而言,涂層表面積可看作是陽極面積S,從而得出腐蝕電流密度icorr=I/S(A/cm2)。所以腐蝕速度v-與腐蝕電流密度icorr之間存在如下關(guān)系:
v-=ΔW/St= A·icorr/nF

若icorr的單位取μA/cm2,涂層密度ρ的單位取g/cm3時(shí):

 

因此,可用腐蝕電流密度icorr表示涂層的電化學(xué)腐蝕速度??梢?,腐蝕速度與腐蝕電流密度成正比關(guān)系。

值得指出的是,涂層的腐蝕速度一般隨時(shí)間而變化。因此,在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)確定腐蝕速度與時(shí)間的關(guān)系,盡可能選擇測定穩(wěn)定腐蝕速率的時(shí)間。關(guān)于局部腐蝕的速度比較復(fù)雜,通常不能用上述方法表示。

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