腐蝕給人類社會造成的直接損失是大的。20世紀70年代前后，許多工業化國家相繼進行了系統的腐蝕調查，并發表了調查報告。結果表明，腐蝕侵蝕占國民生產總值的1% ~ 5%。
為了減少和防止腐蝕造成的損失，我們需要了解材料腐蝕的特點。本期我們將介紹金屬腐蝕及其測試的相關內容。
金屬腐蝕試驗基本介紹
1.定義
金屬腐蝕是指金屬與周圍環境(介質)發生化學或電化學相互作用而導致的破壞或變質。
金屬腐蝕是常見的腐蝕形式。在腐蝕過程中，金屬界面會發生化學或電化學多相反應，使金屬變成氧化(離子)狀態。這會顯著降金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件之間的磨損，惡化電、光等物理性能，縮短設備使用壽命，甚至引發火災、爆炸等災難性事故。
比如鐵制品的銹蝕(Fe2O3 xH2O)、鋁制品表面的白點(Al2O3)、銅制品表面的銅綠[Cu2(OH)2CO3]以及銀器表面的發黑(Ag2S、Ag2O)都屬于金屬腐蝕，其中大的金屬鐵制品的腐蝕為常見。
2.腐蝕的影響因素
影響腐蝕的因素有很多。由于腐蝕系統由材料/環境組成，影響腐蝕的因素基本上可以分為與材料有關的內部因素和與介質環境有關的外部因素。
3.金屬腐蝕環境
材料的使用離不開一定的工作環境，材料的環境適用性是其有效性的前提。材料使用環境的復雜性決定了材料腐蝕損傷的復雜性，不同環境下材料的腐蝕發展變化規律千差萬別。
通常，根據材料被腐蝕的環境狀態，材料的環境腐蝕可分為自然環境腐蝕(包括大氣腐蝕、淡水和海水腐蝕、土壤腐蝕)和工業環境介質腐蝕(包括酸性溶液、堿性溶液、鹽溶液、工業水等非水介質)。
金屬腐蝕的分類
1.金屬腐蝕的分類
根據腐蝕形式的分類，金屬腐蝕可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩類:
2.均勻腐蝕
均勻腐蝕(也稱全腐蝕)是指在整個合金材料表面以相對均勻的方式發生的腐蝕現象。其形貌特征是當發生整體腐蝕時，材料厚度逐漸變薄，甚至腐蝕滲透。
全腐蝕是機械設備在實際使用中失效的基本形式。總腐蝕代表材料的總重量損失。這種腐蝕可以通過簡單的浸泡試驗、查閱腐蝕文獻或生產經驗來預測，便于估算設備的使用壽命。選擇耐腐蝕材料時，整體的腐蝕性能是耐腐蝕基本的要求。
3.點蝕
鈍化金屬可以抗腐蝕，因為在其表面可以形成保護性鈍化膜。然而，一旦這種鈍化膜被破壞，并且沒有自鈍化條件或能力，金屬就會腐蝕。如果腐蝕只集中在設備的某些特定的點狀區域，在這些點狀區域會形成腐蝕坑，而大部分金屬表面會保持鈍化，這就是所謂的點蝕。
特點:腐蝕集中在金屬表面的一小塊區域，并深入金屬內部；高度局部化的腐蝕形式，也稱為點蝕；通常，它的腐蝕深度大于它的孔徑，在嚴重的情況下，金屬會被穿孔。
4.粒間腐蝕
晶界是結晶方向不同的晶粒間無序位錯的邊界，因此是金屬中溶質元素偏析或金屬化合物(如碳化物、σ)析出沉淀的有利區域。在一些腐蝕性介質中，晶界可能首先被腐蝕。這種先沿材料晶界發生，使晶粒失去結合力的局部破壞現象，稱為晶間腐蝕。
奧氏體中鉻含量低引起的不銹鋼晶間腐蝕很常見。
特征:晶間腐蝕沿晶界向內發展，表面無腐蝕跡象，但晶界上有腐蝕產物沉積；從金相顯微鏡可以看出，晶界呈現網狀腐蝕。晶間腐蝕是在一定條件下(溫度、成分、腐蝕溶液等)晶界的化學和結構變化引起的。)，導致耐腐蝕性下降。
5.隙間腐蝕
間隙腐蝕是指在電介質溶液(尤其是含鹵素離子的介質)中，金屬與金屬或非金屬表面之間的狹窄間隙。間隙內溶液中的氧氣耗盡后，氯離子從間隙外遷移到間隙內，由于金屬氯化物的水解自催化酸化過程，鈍化膜被破壞，產生類似自催化點蝕的局部腐蝕。
特點:縫隙腐蝕是點蝕的一種特殊形式；出現在間隙中(如焊接、鉚接、墊圈下的間隙或沉積物)；失效模式為狹縫狀，可被嚴重穿透。
6.金屬超應力引起的腐蝕
在應力(拉應力)和腐蝕介質的共同作用下，機械設備零件會出現低于材料強度上下限的脆性開裂現象，導致設備和零件失效。這種現象稱為應力腐蝕開裂。
根據介質的主要成分如氯化物、氫氧化物、硝酸鹽和含氧水，分別稱為氯裂(氯脆或氯化物裂)、堿裂(堿脆)、硝酸鹽裂(硝酸鹽脆)和氧裂(氧脆)等。
機械和部件的應力腐蝕開裂必須同時滿足材料、環境和應力的特定條件。主要有以下金屬材料和環境的組合會產生應力腐蝕損傷:
(1)奧氏體不銹鋼-氯離子、氯離子+蒸汽、硫化氫、堿液等。；
(2)碳鋼和低合金鋼——堿液、硝酸溶液、無水液氨、濕硫化氫和醋酸；
(3)含鉬堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅水溶液等的奧氏體不銹鋼。；
(4)黃銅-氨氣和溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等。；
(5)含鹽酸和熔融氯化鈉的鈦-甲酸或乙醇；
(6)鋁濕硫化氫、含氫硫化氫和海水。
金屬腐蝕試驗
1.金屬腐蝕試驗
腐蝕試驗的目的是:
在給定的環境下，確定各種防腐措施的適應性、佳選擇、質量控制途徑以及采取這些措施后構件的預期使用壽命；評估材料的耐腐蝕性；確定環境的腐蝕性，研究環境中的雜質和添加劑對腐蝕速率和腐蝕形式的影響；研究腐蝕產物對環境的污染；分析部件失效原因時進行再現性試驗；研究腐蝕機理。
通常，金屬腐蝕可分為均勻腐蝕和局部腐蝕(點蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕)。
對于均勻腐蝕，腐蝕速率可用重量法表征。對于局部腐蝕，需要分析具體問題。電化學測試方法是均勻腐蝕和局部腐蝕的通用測試方法。
2.重量腐蝕試驗
重量法是根據腐蝕前后樣品重量的變化來測量金屬的腐蝕速率，判斷材料的耐蝕性。
在測試過程中，如果金屬溶解在介質中，樣品的重量會減少，這可以通過損失法來測量。如果腐蝕產物的成分已知，并且牢固地附著在金屬表面，或者腐蝕產物可以全收集，可以用增重法測量。
優缺點:重量腐蝕試驗簡單、方便、直觀，仍然是測量腐蝕速率基本的方法。但也有一定的局限性:只適合綜合腐蝕；結果試驗受樣品制備、環境介質特性、試驗操作、腐蝕產物去除方法等多種因素影響，重現性不好。測試時間更長。
3.晶間腐蝕的試驗方法
測試金屬材料在特定介質條件下晶間腐蝕有感性的加速金屬腐蝕試驗方法，旨在了解材料的化學成分、熱處理和加工是否合理。其原理是利用各種能使金屬腐蝕電位在恒電位陽極極化曲線特定范圍內的測試溶液，利用金屬晶粒與晶界在該電位范圍內腐蝕電流的顯著差異，加速晶間腐蝕的顯示。不銹鋼和鋁合金的晶間腐蝕試驗方法在許多國家已經標準化。
晶間腐蝕試驗方法大致可分為三類:化學試驗方法、電化學試驗方法和物理試驗方法。化學試驗方法很多，成熟且應用廣泛，部分已列入國家標準。電化學測試方法是一種尚未標準化的方法。它大的優點是速度快，不破壞樣品。金相法和彎曲法在物理實驗中應用廣泛。
4.氣蝕試驗方法
通常，點蝕試驗的方法可分為兩類，一類是化學浸泡法，另一類是電化學測量法。
化學浸泡法是將樣品浸泡在某種加速或自然的腐蝕環境中，測量腐蝕孔的重量損失、數量、深度和尺寸，以確定金屬或合金抗點蝕的必要性，或通過測量點蝕臨界溫度和點蝕成核所需的小氯離子濃度來確定金屬和合金的點蝕有感性。這種方法大的優點是陽極-陰極工藝，符合實際生產情況。
常用的化學浸泡方法有:三氯化鐵試驗，將按要求處理后的樣品置于6%三氯化鐵溶液中，在一定溫度(35℃或50℃)和一定試驗時間(7.2h)下測量樣品的失重、蝕孔數量和尺寸，評價材料的抗點蝕能力；電化學測量是通過測量金屬和合金的點蝕特征電位(臨界點蝕電位和點蝕保護電位)來確定金屬和合金的點蝕傾向。這種方法雖然具有電化學快速測量的獨特優勢，但與實際生產情況有所不同。
5.應力腐蝕試驗
根據加載方式的不同，可分為恒應變法、恒載荷法和恒速率法。
在實踐中，殘余應力往往是由冷熱加工產生的。焊接殘余應力是常見的一種，因此，焊接件也可以作為應力腐蝕開裂的試樣。
根據試驗介質的不同，可分為3.5%氯化鈉溶液交替浸泡法、沸騰氯化鎂溶液法、聚硫酸法、高溫高壓試驗法等。
