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金属材料盐雾试验的腐蚀形貌分类及特征描述标准

盐雾试验是模拟海洋或工业大气环境、评估金属材料耐腐蚀性能的核心方法,腐蚀形貌作为试验结果的直观载体,其分类与特征描述直接决定了对材料腐蚀机制、防护效果的判断准确性。为规范结果解读,国内外已形成以GB/T 10125、ASTM B117等标准为基础的分类体系,涵盖均匀腐蚀、点蚀等典型类型,每个类型均有明确的特征描述规范。

盐雾试验中腐蚀形貌分类的核心依据

腐蚀形貌的分类需结合腐蚀形态、发生位置、电化学机制三大维度。GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》首先区分“均匀腐蚀”(整体表面腐蚀)与“局部腐蚀”(特定区域腐蚀)——前者影响材料整体厚度,后者易引发穿孔。

局部腐蚀的二级分类聚焦机制:点蚀是“无固定位置的小孔”,缝隙腐蚀是“缝隙内的浓差腐蚀”,晶间腐蚀是“沿晶界的化学差异腐蚀”。这种分类逻辑与电化学本质关联紧密,例如均匀腐蚀是“全面钝化膜失效”,局部腐蚀是“局部区域活化优先”。

ASTM B117-2022补充了腐蚀产物特性的辅助作用:均匀腐蚀产物是“连续致密锈层”,点蚀产物是“蚀坑内疏松堆积物”,缝隙腐蚀产物是“缝隙内闭塞性产物”。这些特性不仅区分形貌,更能反向推导环境因素(如Cl⁻浓度、氧气含量)。

分类的核心是“标准化解读”,必须严格遵循标准术语(如“点蚀”而非“小孔腐蚀”),避免不同实验室的描述歧义。

均匀腐蚀的形貌特征及描述标准

均匀腐蚀是金属表面整体钝化膜失效的结果,宏观形貌为“表面均匀变薄、覆盖连续锈层”,无局部凸起或凹坑。例如低碳钢在中性盐雾中暴露72小时后,会形成红棕色Fe₂O₃锈层,触摸有粗糙颗粒感。

不同金属的产物有特征颜色:钢铁分“红锈”(Fe₂O₃)、“黑锈”(Fe₃O₄);铝合金是“白锈”(Al₂O₃·2H₂O);铜合金是“砖红锈”(Cu₂O)或“绿锈”(CuCO₃·Cu(OH)₂)。

描述需遵循GB/T 6461-2002:①锈层状态(颜色、厚度、致密性,如“红棕色均匀锈层,厚度0.05mm,致密无脱落”);②腐蚀面积(网格法统计百分比,如“90%覆盖,等级4”);③基底状态(清除锈层后,如“基底均匀变薄,无划痕”)。

有涂层金属需补充涂层状态(如“涂层完整但基底腐蚀,说明透气性过高”);无涂层金属关联重量损失(如“重量损失0.5g/dm²,腐蚀速率0.02mm/年”),定量指标与形貌共同评估。

点蚀的形貌识别与标准描述要点

点蚀源于钝化膜局部击穿——盐雾中Cl⁻吸附在膜缺陷处,形成“活性点”,电流密度远高于周围,逐渐扩大为“蚀坑”。核心特征是“孔径小、深度大”,孔径0.1-1mm,深度可达孔径数倍。

宏观形貌为“表面独立小孔”,蚀坑内有疏松产物:304不锈钢暴露168小时后,会出现直径0.2mm的灰白色Fe(OH)₂蚀坑;铝合金则是“针状小孔”,内有白色Al(OH)₃。

描述需参考ASTM G46-2013:①数量(密度,如“20个/dm²”);②尺寸(最大孔径与深度,如“0.3mm直径,0.8mm深度”);③分布(如“集中在边缘”);④产物(如“灰白色疏松,易擦除”)。

GB/T 10125要求记录“穿透性”:穿透需明确,未穿透则写剩余厚度(如“剩余0.5mm”)。严重程度结合“最大深度”与“密度”——如“0.5mm深度+15个/dm²”为中等,“1.0mm+50个/dm²”为严重。

缝隙腐蚀的典型形貌及标准界定

缝隙腐蚀发生在金属与金属/非金属的缝隙内,源于缝隙内氧气浓度低(浓差电池效应),形成“闭塞电池”。典型形貌是“缝隙内有黑色或灰色产物”,边缘伴随“晕圈”(产物扩散区),如不锈钢螺栓与碳钢搭接缝内的Fe₃O₄黑色产物。

微观上,缝隙内金属表面有“凹坑状腐蚀”,产物填充缝隙——用金相显微镜观察,可见缝隙内基底被侵蚀,形成深度0.5mm的凹坑。

描述需遵循GB/T 13671-1992:①缝隙位置(如“M10螺栓与Q235钢搭接缝”);②产物状态(如“填满黑色疏松产物,无法见基底”);③腐蚀深度(金相法,如“0.5mm”);④外部状态(如“缝隙外无腐蚀,符合浓差机制”)。

需注意,缝隙腐蚀的速率与缝隙宽度相关——宽度0.1-0.2mm的缝隙最易发生腐蚀,因此描述需补充缝隙尺寸(如“缝隙宽度0.15mm”)。

晶间腐蚀的形貌特征与标准判据

晶间腐蚀是沿晶界优先发生的腐蚀,表面看似完好,内部晶界已破坏,易导致脆化。奥氏体不锈钢(如304钢)高发——晶界因热处理形成“贫铬区”(Cr<12%),Cl⁻优先侵蚀贫铬区,形成沿晶界的微小裂纹。

宏观上无明显锈层,仅有点状色斑;微观用400倍显微镜观察,可见“晶界连续侵蚀沟”或“晶界开裂”——如304钢经敏化处理后,晶界会出现深约0.02mm的侵蚀沟。

描述需参考GB/T 4334-2020:①表面状态(如“无锈层,仅有点状色斑”);②晶界情况(显微镜观察,如“晶界清晰侵蚀,部分开裂”);③力学关联(弯曲试验后沿晶断裂,证明韧性下降)。

需强调,晶间腐蚀无法肉眼判断,必须借助显微分析——这是与其他腐蚀类型的核心区别。

丝状腐蚀的形貌特点及标准描述规范

丝状腐蚀是漆膜/涂层下的线性腐蚀,起始于涂层缺陷(划痕、针孔),向周围扩展。典型形态是“发丝状迹线”,前端为“活性区”(浅色,如灰白色),后端为“产物区”(深色,如红棕色),常见于涂漆钢铁。

其机制是“漆膜下电化学腐蚀”——缺陷处水分与氧气进入,形成电池,腐蚀沿漆膜与基底的界面扩展。例如,涂漆低碳钢划痕处,会出现长度5mm、宽度0.2mm的红棕色丝状迹线。

描述需遵循ISO 4628-4:2003:①起始位置(如“涂层划痕处”);②丝状特征(长度、宽度、形状,如“5mm长,0.2mm宽,分叉扩展”);③产物状态(前端灰白色活性区,后端红棕色Fe₂O₃);④涂层状态(如“涂层未起泡,仅沿丝状开裂”)。

严重程度按“丝状长度”评级:<2mm为等级1(轻微),>10mm为等级5(严重)——如“丝状长度8mm,等级4”属于中等腐蚀。

电偶腐蚀的形貌识别与标准要求

电偶腐蚀发生在两种不同电位金属接触时,电位低的“阳极金属”加速腐蚀,电位高的“阴极金属”无腐蚀。例如低碳钢与黄铜铆接,钢(阳极,-0.4V)会出现局部蚀坑,黄铜(阴极,+0.3V)表面光洁。

宏观形貌为“阳极金属局部腐蚀”,阴极金属无产物——如钢表面有直径2mm、深度0.3mm的蚀坑,黄铜无锈。

描述需参考ASTM G59-2020:①接触组合(如“Q235钢与H62黄铜铆接”);②阳极腐蚀(面积、深度,如“15%面积,0.3mm深度”);③阴极状态(如“黄铜光洁无腐蚀”);④电位差(如“0.7V,符合电偶条件”)。

需补充接触面积影响——接触面积越大,阳极腐蚀速率越快(如“接触面积10cm²时,腐蚀速率0.05mm/年”),因此描述需记录接触面积(如“接触面积5cm²”)。

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