不銹鋼在兩種腐蝕試驗(yàn)方法的結(jié)果比較

文 | 廣州威凱檢測(cè)技術(shù)研究院 駱漢英

不銹鋼在兩種腐蝕試驗(yàn)方法的結(jié)果比較

文 | 廣州威凱檢測(cè)技術(shù)研究院 駱漢英

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)GM 9540P和GMW 14872兩種方法的試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了不銹鋼SUH 409L、B409和409DG的耐蝕性，兩種方法的結(jié)果表明三種不銹鋼的耐蝕性能由強(qiáng)至弱依次為SUH 409L〉B409〉409DG。

不銹鋼；循環(huán)腐蝕；失重

金屬材料腐蝕是一個(gè)普遍的問(wèn)題，存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。金屬制件成品前后存放于自然環(huán)境，其腐蝕環(huán)境即為大氣自然環(huán)境。汽車零部件制造的材料以金屬為主，車輛的金屬零件的腐蝕，不僅會(huì)影響其品質(zhì)及壽命，而且因其腐蝕異常的零件極易引發(fā)交通事故，甚至造成車毀人亡的慘劇。因此對(duì)材料的耐蝕性評(píng)估尤其顯為重要。大氣腐蝕是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程，材料的壽命評(píng)估可能要經(jīng)過(guò)幾年甚至十幾年。受經(jīng)濟(jì)成本制約，評(píng)估材料壽命方法分為自然大氣腐蝕試驗(yàn)和人工加速腐蝕試驗(yàn)。目前人工加速腐蝕試驗(yàn)常作為評(píng)估材料耐蝕性的一種快速有效而經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法。

溫度、濕度和腐蝕介質(zhì)是引起材料腐蝕的三個(gè)因素。目前試驗(yàn)室常用的加速腐蝕試驗(yàn)方法如中性鹽霧試驗(yàn)、銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)和循環(huán)腐蝕試驗(yàn)等方法，它們都具備了溫度、濕度和腐蝕介質(zhì)三種基本要素，但是中性鹽霧和銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)中的溫度、濕度和腐蝕介質(zhì)是單一的，且僅僅模擬了大氣環(huán)境

一、中性鹽霧和循環(huán)腐蝕試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比

中濕的過(guò)程，其腐蝕機(jī)理與大氣腐蝕機(jī)理不完全一致。我們知道現(xiàn)實(shí)的大氣環(huán)境是復(fù)雜而多變的，一年有四季之分，有晴、雨、陰天之分，且還受周圍的污染物影響，所以一種理想循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法應(yīng)該盡量模擬大氣環(huán)境的干、潮、濕三種過(guò)程，重點(diǎn)應(yīng)模擬干濕交替轉(zhuǎn)化過(guò)程，并能較快地、重現(xiàn)性良好地體現(xiàn)最終腐蝕結(jié)果。隨著對(duì)腐蝕機(jī)理深入研究，上世紀(jì)六七十年代，發(fā)展了循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，以期對(duì)腐蝕的評(píng)估更為準(zhǔn)確。

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)主要影響因素有腐蝕介質(zhì)、噴霧、濕熱周期和干燥周期。通過(guò)不同組合與循環(huán)來(lái)模擬汽車零部件在大氣腐蝕環(huán)境中的不同腐蝕過(guò)程。

通過(guò)對(duì)中性鹽霧、循環(huán)腐蝕試驗(yàn)和戶外自然狀態(tài)下試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明循環(huán)腐蝕試驗(yàn)比中性鹽霧試驗(yàn)更加接近戶外自然狀態(tài)下腐蝕情況。目前許多世界先進(jìn)的汽車制造公司都將循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法作為評(píng)價(jià)汽車零部件耐腐蝕性能的認(rèn)可方法。

通過(guò)表1可以得知：中性鹽霧試驗(yàn)僅僅模擬了大氣腐蝕過(guò)程中濕的過(guò)程，其試驗(yàn)結(jié)果與戶外自然狀態(tài)下的腐蝕情況存在一定的差異。GM 9540P和GMW 14872兩種試驗(yàn)方法的條件是極其相似，都模擬了大氣環(huán)境腐蝕的全部三個(gè)過(guò)程，是一種相對(duì)較理想的評(píng)價(jià)汽車零部件耐自然環(huán)境下的腐蝕試驗(yàn)方法。

表1.

二、試驗(yàn)部分

1.材料： 不銹鋼SUH 409L，409DG，B409

2.主要試驗(yàn)設(shè)備：CCX3000循環(huán)腐蝕試驗(yàn)箱

3.試驗(yàn)方法：

排氣系統(tǒng)中的部件是汽車腐蝕最嚴(yán)重的部件。其外部受到沙礫的沖擊，內(nèi)部受到高溫廢氣和低溫冷凝水的腐蝕，其腐蝕穿孔是常見的事。就排氣管在不同環(huán)境條件的腐蝕情況，本試驗(yàn)選用了兩種循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法進(jìn)行腐蝕評(píng)估。

3.1.M 9540P方法option Ⅸ示意圖：（如圖1）

1循環(huán)=24h,共80個(gè)循環(huán)。此方法是用來(lái)模擬排氣管在工作狀態(tài)下的腐蝕情況。

3.2.MW 14872方法option 5示意圖：（如圖2）

1循環(huán)=24h,共70個(gè)循環(huán)。此方法用來(lái)模擬排氣管在汽車停止工作之后尚有廢氣的情況下的腐蝕情況。

4.試驗(yàn)過(guò)程

將試樣用丙酮除油，蒸餾水沖洗，酒精脫水，干燥后放入干燥器內(nèi)靜置24小時(shí)，稱重，精確至0.1mg。按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用去離子水清洗，吹干并輕輕打磨掉表面的銹層。用50%HCl溶液+35g/L EDTA配成的試劑去除腐蝕產(chǎn)物，再用去離子水清洗，酒精脫水，吹干放入干燥器內(nèi)靜置24小時(shí)，稱重，計(jì)算腐蝕失重。

5.試驗(yàn)結(jié)果

5.1.面腐蝕形貌（如圖3、圖4）

5.2.蝕失重（如圖5、圖6）

三、結(jié)果討論與分析

圖3 為SUH409L、409DG和B409不銹鋼樣品經(jīng)過(guò)GM 9540P方法option Ⅸ循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后的表觀?？梢钥闯龈g產(chǎn)物覆蓋了整個(gè)樣品表面，綜合腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)看，其腐蝕程度比圖4的嚴(yán)重。這是因?yàn)闃悠方?jīng)歷了兩種腐蝕過(guò)程，即干腐蝕（高溫氧化）和水溶液腐蝕（濕腐蝕）。

圖1.

圖2.

樣品首先經(jīng)過(guò)高溫階段，發(fā)生高溫氧化形成氧化膜（樣品變成灰黑色），樣品冷卻至室溫，在降溫過(guò)程中氧化膜受熱應(yīng)力和熱疲勞作用，會(huì)發(fā)生開裂和剝落。進(jìn)入噴霧周期，這些疏松多孔的氧化膜為空氣中的氧和腐蝕介質(zhì)提供了通道，當(dāng)鹽水均勻地噴灑在樣品的表面，腐蝕介質(zhì)很容易粘附在金屬表面進(jìn)而發(fā)生反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物；在高濕條件下，腐蝕加速進(jìn)行；當(dāng)濕度下降到一定的程度后，樣品處于干燥狀態(tài)，水膜不斷蒸發(fā)，反應(yīng)生成的腐蝕產(chǎn)物和鹽晶體沉積下來(lái)。因?yàn)楦邷匮趸觿×私饘俚母g進(jìn)程，所以樣品在第一個(gè)循環(huán)就出現(xiàn)均勻腐蝕（即腐蝕產(chǎn)物覆蓋整個(gè)樣品表面）。當(dāng)樣品再次進(jìn)入高溫階段，由于積鹽吸附在樣品表面，此時(shí)的氧化反應(yīng)變成了熱腐蝕反應(yīng)。具有保護(hù)作用的氧化膜在沉積的液體熔鹽不斷溶解而遭到破壞，結(jié)果造成材料的加速腐蝕。

圖7.GM 9540P方法option Ⅸ循環(huán)腐蝕順序圖

從第一個(gè)循環(huán)結(jié)束后樣品將按照?qǐng)D7順序不斷循環(huán)腐蝕。腐蝕程度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷加劇，表面腐蝕產(chǎn)物為紅褐色呈顆粒狀或小片狀。樣品進(jìn)入腐蝕加速期，腐蝕產(chǎn)物大量剝落。從圖3可以看出樣品均有銹層剝落現(xiàn)象，其腐蝕失重B409為13.2%，SUH409L為8.4%，409DG為16.6%。

圖4 為SUH409L、409DG和B409經(jīng)過(guò)GMW 14872方法option 5循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后的表觀，可以看出腐蝕是從局部點(diǎn)開始。因?yàn)闃悠窙]有經(jīng)過(guò)高溫階段，在自然環(huán)境下樣品表面有凝聚態(tài)水膜，對(duì)金屬具有一定的保護(hù)作用。當(dāng)鹽水潤(rùn)濕樣品，腐蝕介質(zhì)容易吸附樣品的薄弱環(huán)節(jié)如縫隙、蝕坑、裂紋等內(nèi)部積聚形成閉塞電池，產(chǎn)生局部腐蝕；進(jìn)入濕熱階段，腐蝕加速進(jìn)行；當(dāng)濕度下降到一定的程度后，樣品處于干燥狀態(tài)，水膜不斷蒸發(fā)，反應(yīng)生成的腐蝕產(chǎn)物和鹽晶體沉積下來(lái)。當(dāng)干燥的銹層時(shí)，氧氣和鹽水比較容易進(jìn)入底材，腐蝕進(jìn)一步加劇。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)腐蝕面積不斷擴(kuò)大，并逐漸發(fā)展為片狀腐蝕區(qū)，最后表面布滿腐蝕產(chǎn)物（如不銹鋼409DG）。表面腐蝕產(chǎn)物凹凸不平。腐蝕產(chǎn)物呈塊狀或粒狀。

從圖片和失重?cái)?shù)據(jù)可以看出不銹鋼409DG在GMW 14872方法option 5中腐蝕比較嚴(yán)重，腐蝕失重達(dá)到25.4%，SUH409L為1.2%，B409為1.5%。

除去表面腐蝕產(chǎn)物后發(fā)現(xiàn)，兩組樣品均分布大量腐蝕坑，不銹鋼409DG局部出現(xiàn)大量孔洞，腐蝕比較嚴(yán)重。

四、結(jié)論

由以上試驗(yàn)和測(cè)量數(shù)據(jù)得出：

（1）不銹鋼SUH409L、409DG和B409經(jīng)過(guò)GM 9540P和GMW 14872兩種加速腐蝕試驗(yàn)后，表面腐蝕產(chǎn)物隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增多，腐蝕產(chǎn)物呈塊狀或顆粒狀。由于兩組試驗(yàn)的腐蝕機(jī)理不同，出現(xiàn)的腐蝕形貌也不相同，經(jīng)過(guò)GM 9540P方法option Ⅸ 試驗(yàn)的樣品出現(xiàn)的是均勻腐蝕；而經(jīng)過(guò)GMW 14872方法option 5 試驗(yàn)的樣品出現(xiàn)的是局部腐蝕。

（2）針對(duì)排氣管在不同環(huán)境條件下的腐蝕情況，本試驗(yàn)選用兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行材料耐蝕性評(píng)估，從腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)可以看出兩種試驗(yàn)方法的結(jié)果是一致的，三組不銹鋼的耐蝕性能由強(qiáng)至弱依次為SUH 409L〉B409〉409DG。

1.肖紀(jì)美，曹楚南《材料腐蝕學(xué)原理》，2002

2. GM 9540P《Accelerated Corrosion Test》

3. GMW 14872《Cyclic Corrosion Laboratory Test》

4. 朱純金，唐海龍《汽車零部件大氣環(huán)境腐蝕試驗(yàn)技術(shù)探討》，2008

Result Contrast With Two Corrosion Test Method of Stainless Steel

According to the standards of GM 9540P and GMW 14872,this paper evaluates the corrosion resistance of three different kinds of stainless steel. The result of two test methods showed that corrosion resistance of stainless steel SUH 409L was best, while that of stainless steel 409DG was worst.

stainless steel；cyclis corrosion；mass loss

駱漢英，女，漢族，1979年2月生，助理工程師，于廣州威凱檢測(cè)技術(shù)研究院從事人工加速腐蝕試驗(yàn)檢驗(yàn)工作。