材料的腐蝕傾向由其熱力學穩(wěn)定性決定,熱力學上不穩(wěn)定的材料具有腐蝕自發(fā)性。然而,造成的破壞狀況和程度大小則取決于腐蝕動力學。定量評定材料的耐蝕性和腐蝕程度的大小需要科學的方法。腐蝕的類型不同,所采用的評定方法也不同。

一、均勻腐蝕程度的評定方法

   對于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕,通常采用下面介紹的質(zhì)量法、深度法和電流密度法來表征腐蝕的平均速率。

1. 質(zhì)量法

   質(zhì)量法具有靈敏、有效、用途廣泛的特點,是最基本的定量評定方法之一。通過腐蝕前后的質(zhì)量變化(增加或減少)來表示腐蝕的平均速率。若腐蝕產(chǎn)物全部牢固地附著于試樣,或雖然有脫落但易于全部收集,則常用增重法來表示。反之,如果腐蝕產(chǎn)物完全脫落或易于全部清除,則往往采用失重法。平均腐蝕速率(單位時間單位面積的質(zhì)量變化)的計算公式為:

   式中,為腐蝕速率,g/(m2?h); Aw 為試樣腐蝕前后質(zhì)量的變化量, g;S 為試樣的表面積,m2;t為試樣腐蝕的時間,h。

   需要注意的是,按式(1-1)計算腐蝕速率是假定整個試驗周期內(nèi)腐蝕始終以恒定的速度進行,而實際中常常并非如此。當采用失重法時,應按有關標準規(guī)定的方法去除試樣表面的殘余腐蝕產(chǎn)物。公式中的S通常是利用試樣腐蝕前的表面積。當試驗周期內(nèi)腐蝕導致試樣的表面積變化比較明顯時,將會影響數(shù)據(jù)的真實性。

 2. 深度法

   從工程應用角度上看,影響設備壽命和安全的重要指標是腐蝕后構(gòu)件的有效截面尺寸。因此,用深度法表示腐蝕程度更有實際意義,特別是衡量不同密度的材料的腐蝕程度,目前該方法已被納入有關標準(如我國國標GB10124—1988《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》,美國材料試驗協(xié)會標準 ASTM G1、ASTM G31等)。通過直接測量腐蝕前后或腐蝕過程中某兩時刻的試樣厚度,就可以得到深度法表征的腐蝕速率(失厚或增厚)?？蛇x擇具有足夠精度的工具和儀器直接測量厚度變化,也可以采用無損測厚的方法,如渦流法、超聲法、射線照相法和電阻法等,破壞法中以金相剖面法最為實用。深度法表征的腐蝕速率可以由質(zhì)量法計算出的腐蝕速率換算得到,換算公式為:

   式中,分別為深度法和質(zhì)量法表示的腐蝕速率,單位分別為mm/a和g/(m2·h)。

   對于腐蝕減薄情況,p為腐蝕材料的密度;對于增厚情況,p為腐蝕產(chǎn)物的密度。但實際中腐蝕產(chǎn)物密度的準確值難以確定,因而式(1-2)一般僅適用于減薄情況,p的單位為g/cm2。深度法和質(zhì)量法表征的腐蝕速率也可以用其他的量綱單位。

   根據(jù)深度法表征的腐蝕速率大小不同,可以將材料的耐蝕性分為不同的等級,表1-2給出了 10 級標準分類法。該分類方法對有些工程應用背景而言顯得過細,因此還有低于10 級的其他分類法。但不管按幾級分類,其僅具有相對性和參考性,科學地評定腐蝕等級還必須考慮具體的應用背景。

 3. 電流密度表征法

   金屬的電化學腐蝕是由陽極溶解導致的,因而電化學腐蝕的速率可以用陽極反應的電流密度來表征。法拉第定律指出,當電流通過電解質(zhì)溶液時,電極上發(fā)生電化學變化的物質(zhì)的量與通過的電量成正比,與電極反應中轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)成反比。設通過陽極的電流為I,通電時間為t,則時間內(nèi)通過電極的電量為 It,相應溶解掉的金屬的質(zhì)量 Am 為

   前面所介紹的腐蝕速率表征方法均適用于均勻腐蝕情況。而對于非均勻腐蝕,即使是全面腐蝕,上述方法也不適用,這時需要借助其他方法來評定腐蝕程度。

二、局部腐蝕程度的評定方法

   包括應力作用下的腐蝕在內(nèi)的廣義局部腐蝕的特點是材料的質(zhì)量損失很小,但是,材料的局部腐蝕可能會很嚴重。例如,點腐蝕可能造成容器穿孔,應力腐蝕會導致構(gòu)件斷裂,晶間腐蝕和選擇性腐蝕雖然通常不會引起材料質(zhì)量和尺寸的明顯變化,但卻會使材料的強度顯著下降。因此,評價局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法,這時需要根據(jù)具體腐蝕類型,以及對材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來選擇適用的評定方法。例如,對于點腐蝕的評定,可以采用點蝕密度、平均點蝕深度、最大點蝕深度等指標進行綜合評價。斷裂壽命或斷裂時間法適用于應力作用下的腐蝕,電阻率的改變適用于多數(shù)局部腐蝕。測定腐蝕前后試件力學強度或斷裂延伸率的變化,不僅適用于評定全面腐蝕(均勻的或不均勻的),更有利于評定各類局部腐蝕。針對不同類型的局部腐蝕還有特定的評定方法。