材料耐腐蚀性能的评价方法 本文关键词：耐腐蚀，性能，评价，材料，方法
材料耐腐蚀性能的评价方法 本文简介：第三，当材料表面覆盖着较厚的腐蚀产物时，进行观察腐蚀形貌时一定要注意将取出腐蚀产物前后的形貌进行综合对比，才能获得准确的结论。两种材料在未去除腐蚀产物之前形貌相同，去除腐蚀产物后腐蚀形态可能会大相径庭。例如，316L不锈钢在80℃Na2SO4和NaCl混合溶液中腐蚀4小时后的腐蚀形貌同ZE41镁合金
材料耐腐蚀性能的评价方法 本文内容：
第三，当材料表面覆盖着较厚的腐蚀产物时，进行观察腐蚀形貌时一定要注意将取出腐蚀产物前后的形貌进行综合对比，才能获得准确的结论。两种材料在未去除腐蚀产物之前形貌相同，去除腐蚀产物后腐蚀形态可能会大相径庭。例如，316L不锈钢在80℃Na2SO4和NaCl混合溶液中腐蚀4小时后的腐蚀形貌同ZE41镁合金在NaCl溶液中腐蚀12小时的形貌基本相同，腐蚀产物都呈现龟裂状。但是，去除腐蚀产物后发现，二者的腐蚀形态截然不同：316L不锈钢80℃Na2SO4和NaCl混合溶液中发生的是均匀腐蚀图5，而ZE41发生的则是点蚀，图6。
316L不锈钢80℃Na2SO4和NaCl混合溶液浸泡，去除腐蚀产物前后的腐蚀形貌
ZE41镁合金在NaCl溶液浸泡，去除腐蚀产物前后的腐蚀形貌
1.1.1
电化学测试法
电化学测试方法是一种能够快速、准确地用于研究材料腐蚀的现代研究方法。由于材料的腐蚀大多数属于电化学腐蚀，因此电化学测试方法在腐蚀中应用的非常广泛。与重量法和表面观察法相比，电化学测试方法不但能够研究材料的腐蚀速度，还能够深入地研究材料的腐蚀机理。
电化学测试方法经过近50年的发展，按外加信号分类大致可以分为直流测试和交流测试；按体系状态分类可以分为稳态测试和暂态测试。直流测试包括动电位极化曲线、线性极化法、循环极化法、循环伏安法、恒电流/恒电位法、等等；而交流测试则包括阻抗测试和电容测试。对于稳态测试方法，通常包括动电位极化曲线、线性极化法、循环极化法、循环伏安法、电化学阻抗谱；而暂态测试包括恒电流/恒电位法、电流阶跃/电位阶跃法和电化学噪声法。在诸多的电化学测试方法中，动电位极化曲线法和循环极化法是最基本，也是最常用的方法。
从上一节的内容可以得知，根据材料的腐蚀电化学行为，可以将材料分为两大类：活性溶解材料和钝性材料。对于不同种类的材料，在评价其耐蚀性能时要采用不同的标准。
对于活性溶解行为的材料（镁合金、碳钢、低合金钢等）来说，仅仅采用腐蚀电位（Ecorr）的高低来评价材料的腐蚀性能是不对的。这种错误的认识来源于仅仅关注了材料腐蚀的热力学趋势，而忽略了材料的腐蚀动力学特征。在评价活性溶解材料的耐蚀能力时，首要的参数是腐蚀电流（icorr），腐蚀电流越小，材料的耐蚀性能越好，这是因为腐蚀电流是由材料的溶解所造成的。AZ91E和MEZ两种镁合金的极化曲线如图7所示，从图中可以看出：尽管MEZ合金的腐蚀电位远远低于AZ91E合金，但是考虑到MEZ合金的腐蚀电流要明显小于AZ91E合金，所以MEZ合金的耐蚀性能应当高于AZ91E合金，这一点从盐雾腐蚀失重和金相观察结果中都得到了证实。
图7
只要当两种材料的腐蚀电流大体相同时，腐蚀电位才是一个需要考虑的参数，腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好。举一个例子可以有助于更好的理解这句话，图8：当电位为a时，纯镁处在腐蚀电位，纯镁发生腐蚀；而AZ91D镁合金则处在阴极状态，没有发生腐蚀。当电位为b时，纯镁处在阳极电位而发生严重的腐蚀；与之对比，AZ91D镁合金则还处在阴极状态，没有发生腐蚀。当电位为c时，纯镁和AZ91D镁合金都处在阳极电位下，但是AZ91D镁合金的阳极电流则明显小于纯镁，此时AZ91D的腐蚀速度低于纯镁。从上述的三种典型的情况来看，AZ91D合金在各个电位下其溶解电流都小于纯镁，所以可以判断AZ91D合金的耐蚀能力优于纯镁。
综合上面的论述，可以对活性溶解材料耐蚀性能的评价标准做一下总结：
l
首先要看腐蚀电流的大小，腐蚀电流越小，材料的耐蚀性能越好；
l
当材料的腐蚀电流相差不大时，腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好。
对于钝性材料（铝合金、钛合金、不锈钢、镍合金、锆合金）来说，在评价此类材料的耐蚀性能时，应当评价材料钝化区的性能，而不是去比较材料的腐蚀电流和腐蚀电位。这是因为由于材料能够钝化，所以在工程应用过程中，人们都会将这些材料做钝化处理后才使用。
通过动电位极化曲线可以获得两个表征材料腐蚀性能的参数：击破电位Eb和维钝电流ipass。击破电位越高材料的耐蚀性能越好；维钝电流越低材料的耐蚀性能越好。例如，在0.1M
H3BO3+0.025M
Na2B4O7溶液中（图
9），纳米孪晶镍与铸态纯镍相比，击破电位升高，维钝电流减小，经过纳米孪晶后，镍的耐蚀能力得到了明显的提高。
图9
再比如，经过载波钝化处理之后，A890双相不锈钢的击破电位变化不大，但是维钝电流却显著下降，这说明载波后的双相不锈钢耐蚀能力明显增强。图10
图10
在评价工程材料的耐蚀能力时，有这样一种非常困扰的现象是经常遇到的，如图11所示。1Cr17Ni2不锈钢的击破电位低于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢，但是1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的维钝电流却高于1Cr17Ni2不锈钢。根据上面介绍的评价标准，很难判断那种材料的耐蚀性能更好。
图11
因此，需要引入评价钝性材料耐蚀性能的第三个标准，保护电位Ep。保护电位通过测试循环极化曲线获得，用于表征材料在发生点蚀之后的自钝化、自修补能力。按照ASTM循环极化曲线的测试标准，扫描电位从相对开路电位（OCP）-300mV开始，至电流密度达到1mA.cm-2时，开始负方向电位扫描，直至电位达到相对开路电位（OCP）-300mV时结束，扫描速度1mV/s。负方向扫描曲线与阳极极化曲线的交点即为保护电位。1Cr17Ni2不锈钢和1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的循环极化曲线如图12所示，可以发现1Cr17Ni2不锈钢的负方向扫描曲线与阳极极化曲线相交，而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的负方向扫描曲线则与阴极极化曲线相交，这说明1Cr17Ni2不锈钢具有保护电位，而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢则没有。也就是说，
1Cr17Ni2不锈钢在点蚀发生后，当电位下降时能够修复点蚀蚀孔，使之发生再钝化；而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢发生点蚀以后，点蚀会不断地发展，不能修复。结合循环极化的结果，可以判断：尽管1Cr17Ni2不锈钢的击破电位低于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢，由于1Cr17Ni2不锈钢具有保护电位，1Cr17Ni2不锈钢耐蚀性能优于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢。
图12
总结上面的论述，如何评价钝性材料的耐蚀性能有着三个评价标准：
l
击破电位越高，材料的耐蚀性能越好；
l
维钝电流越小，材料的耐蚀性能越好；
l
保护电位越高，材料的耐蚀性能越好；