专利名称：一种原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测不锈钢点蚀的方法，尤其涉及一种原位全场检测早期不锈钢点蚀的方法。
背景技术：
不锈钢因表面能形成致密的氧化铬层而具有优良的耐腐蚀能力，因此得以广泛应用于现代工业领域以及日常生活。然而，在抗均勻腐蚀的同时，不锈钢的局部点状腐蚀(即点蚀)却难以避免。点蚀外观隐蔽，难以被探测，但破坏性极大，若任其发展，会导致不锈钢材料穿孔直到整个结构被破坏。自上世纪30年代开始至今，人类对不锈钢点蚀形核机制的探索就从未间断，点蚀成为材料科学与工程领域中的经典问题之一。尽管研究人员普遍认为，点蚀的发生起因于不锈钢中硫化锰夹杂的局域溶解，但由于缺乏微小尺度的结构与成分信息，点蚀最初的形核位置被描述为“随机和不可预测的”。点蚀初始位置的“不明确”一直制约着人们对不锈钢点蚀机理的认识以及抗点蚀措施的改进。人们希望在点蚀刚开始， 即在点蚀萌生阶段就能发现点蚀发生部位，观察其腐蚀行为，研究其腐蚀机理，并及时采取有效措施进行防护。对于不锈钢早期点蚀来说，由于蚀点尺寸很小，只有微米级，并且蚀点数量一般较少，有时每平方厘米只有几个，因此采用传统技术手段难以原位获得全场早期点蚀萌生位置、数量及出现时间等研究点蚀机理所需的重要信息。长期以来，研究人员只能在有限的视场范围内采用“守株待兔”的方式对早期点蚀进行原位观察，研究手段从早期的光学显微镜，到最近的原子力显微镜和电化学扫描隧道显微镜等均为如此，这些微观监测手段观察范围很小，无法在同一时刻对试样表面点蚀行为进行全场监测，由于不锈钢点蚀萌生表现为随机分布，在点蚀以外区域不发生腐蚀或腐蚀很轻微，这些研究手段检测精度越高，观察视场越小，检测到点蚀的几率就越低，因此这些微观监测手段在检测早期点蚀时受到很大限制。目前不锈钢点蚀试验方法主要有化学浸泡法、电化学测量法和现场试验三类。通常化学浸泡法主要以美国ASTM G48-76标准为代表，以重量百分比为6%的三氯化铁浸泡不锈钢试样，对材料单位面积上的孔蚀数目、蚀孔大小和深度等指标进行评价。这种方法测试时间长，通常需要M小时至72小时，并且无法对不锈钢早期点蚀进行检测。电化学测量方法，如稳态法、暂态法及交流阻抗技术等均是以整个电极为研究对象，以电信号(电位、电流或电荷)为激励和检测手段，通过解释而获得有关电极过程间接、统计和面积平均的研究信息，这种方法不能对不锈钢点蚀等电极局部腐蚀信息进行直接观察检测，无法对不锈钢表面复杂的点蚀体系进行深入研究。现场试验，如射线照相法、声学法等检测的分辨率较低，无法对早期不锈钢点蚀造成的点蚀孔进行检测。总之，目前已有的不锈钢点蚀检测方法无法兼顾全场与早期。因此对不锈钢点蚀过程，特别是早期点蚀行为进行快速、全场连续监测，获得早期点蚀位置、点蚀数量及点蚀出现时间等信息将成为不锈钢点蚀研究以及不锈钢点蚀敏感性评价的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种快速、原位、全场、早期检测不锈钢点蚀的方法，其原理是将不锈钢浸入含指示剂的点蚀促进液，不锈钢发生点蚀后腐蚀产物与指示剂作用显色，采用长距离工作显微镜、数字摄像头与显示器在全场范围对试样表面进行原位实时观察，当观察到试样表面出现蓝点，即为点蚀开始，蓝点出现时间可用来评价不锈钢点蚀敏感性，采用金相显微镜或扫描电子显微镜对蓝点进行观察，获得蚀孔大小，形貌等信息。该方法为不锈钢早期点蚀研究、检测及尽早采取相应防护措施提供有价值的参考，还可以用于不锈钢点蚀敏感性快速评价。本发明是这样来实现的，该方法包括以下步骤
(1)将不锈钢试样绝缘封装并将工作面机械抛光；
(2)配制含指示剂的点蚀促进液；
(3)将含有实验浸泡溶液(按步骤二配制)的烧杯放入恒温水浴槽中，设置好测试温度为10-60°C，将不锈钢试样工作面向上放入烧杯，同时用长距离工作显微镜和数字摄像头对试样表面进行原位全场观察，当显示器中试样表面出现蓝点，即为点蚀开始；
(4)将试样取出后采用金相显微镜或扫描电子显微镜对蓝点进行观察，获得蚀孔大小、 形貌等信息。所述指示剂由组分1和组分2溶液混合而成，组分1为纯水配制的质量分数为 5-20%铁氰化钾溶液，组分2由酚酞溶解于酒精获得，浓度为0.02-0. 2 g/ml，将体积比 10-50 :1的组分1和组分2溶液混合，即得到实验要用的指示剂，该指示剂即配即用，点蚀促进液为纯水配制的NaCl溶液，浓度为0. 5-5%。所采用的长距离工作显微镜放大倍数为10-150倍，数字摄像头像素为100-3300 万，显示器分辨率为1024X768-7680X4320。所采用的金相显微镜或扫描电子显微镜放大倍数不低于400倍。本发明的技术效果是上述方法克服了传统技术手段在检测早期不锈钢点蚀时存在的缺点，即无法全场原位获得早期点蚀萌生位置、点蚀数量及点蚀出现时间等研究点蚀机理所需的重要信息，上述方法能在全场范围内快速对试样表面早期蚀点进行微米级的检测，检测信息包括不锈钢点蚀位置、点蚀数量、点蚀出现时间以及早期蚀孔的大小与形貌， 这些点腐蚀信息有着重要的学术价值和实际应用价值。此外，该方法还具有快速，准确、直观及分辨率高等优点。
图1为经过水磨砂纸由粗到细打磨至400#的304不锈钢在本体溶液为3% NaCl 中发生点蚀前(a)后(b)的表面显微镜照片。图2为经过水磨砂纸由粗到细打磨至800#的304不锈钢在本体溶液为3% NaCl 中发生点蚀前(a)后(b)的前后的表面显微镜照片。图3为经过水磨砂纸由粗到细打磨至1200#的304不锈钢在本体溶液为3% NaCl 中发生点蚀前(a)后(b)的前后的表面显微镜照片。图4为图3(b)中红框所示蚀点的金相显微镜照片。图5为经过水磨砂纸由粗到细打磨至1200#的316不锈钢在本体溶液为3% NaCl中发生点蚀前(a)后(b)的前后的表面显微镜照片。
具体实施例方式以下结合实例对本发明的具体实施方式
做详细描述 实施例1
步骤一样品的准备，首先将304不锈钢加工成Φ5πιπι，厚度为4 mm的圆片。采用金相试样镶嵌机对不锈钢圆片进行封装(镶嵌用料采用酚醛树脂粉)，经过水磨砂纸由粗到细打磨至400#，用丙酮对试样工作面进行清洗除油，干燥后短时置于干燥皿中备用。步骤二 配制实验浸泡溶液，实验浸泡液分为指示剂和本体溶液，其中指示剂由组分1和组分2溶液混合而成，组分1为纯水配制的10%铁氰化钾溶液，组分2由酚酞溶解于酒精获得，浓度为0.1 g/ml，将体积比50 :1的组分1和组分2溶液混合，即得到实验要用的指示剂，该指示剂即配即用，本体溶液为纯水配制的NaCl溶液，浓度为3%。步骤三将含有浸泡溶液(按步骤二配制)的烧杯放入恒温水浴槽中，设置好实验温度，范围在25°C，将不锈钢试样工作面向上放入烧杯，同时用放大倍数为30倍的长距离工作显微镜、130万像素数字摄像头与分辨率1400X900的显示器，对试样表面进行原位全场观察，当试样表面出现蓝点，即为点蚀开始，从试样放入烧杯开始记录试样表面出现蓝点时间，采用金相显微镜对蚀点形貌、大小进行观察。实验结果如图1所示，出现点蚀的时间是345 S。实施例2
除将水磨砂纸由粗到细打磨至800#，其它同实施例1，实验结果如图2所示，出现点蚀的时间是402 S。实施例3
除将水磨砂纸由粗到细打磨至1200#，其它同实施例1，实验结果如图3所示，出现点蚀的时间是463 S。将蚀点进行金相观察，发现该蚀点口径约为10 μπι左右。实施例4
除将将304不锈钢材料改为316不锈钢，另外水磨砂纸由粗到细打磨至1200#，其它同实施例1，实验结果如图5所示，出现点蚀的时间是796 S。实施例5
除本体溶液为纯水配制的NaCl溶液，浓度为0. 5%。，其它同实施例1，实验结果如图2 所示，出现点蚀的时间是1456 S。实施例6
除本体溶液为纯水配制的NaCl溶液，浓度为洲。，其它同实施例1，实验结果如图2所示，出现点蚀的时间是602 S。由以上实例发现，不锈钢表面粗糙度越大，点蚀促进液浓度越高，出现点蚀的时间越短，并且在相同条件下，316不锈钢表面出现点蚀的时间比304不锈钢要长得多，这些数据基本与前人文献资料研究结果一致，说明了本试验方法在检测评价不锈钢点蚀敏感性以及研究早期不锈钢点蚀方面的有效性。从图4可知，采用放大倍数为30倍的长距离工作显微镜、130万像素数字摄像头与分辨率1400X900的显示器，即可在Φ 5mm试样全场范围内观察到10 μ m左右蚀点，倘若提高设备长距离工作显微镜放大倍数，提高摄像头和显示器的硬件参数，必可对更小尺寸的蚀点进行全场观察，即将检测分辨率提高到微米级。
权利要求
1.一种原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将不锈钢试样绝缘封装并将工作面机械抛光；(2)配制含指示剂的点蚀促进液；(3)将含有实验浸泡溶液的烧杯放入恒温水浴槽中，设置好测试温度为10-60°C，将不锈钢试样工作面向上放入烧杯，同时用长距离工作显微镜和数字摄像头对试样表面进行原位全场观察，当显示器中试样表面出现蓝点，即为点蚀开始；(4)将试样取出后采用金相显微镜或扫描电子显微镜对蓝点进行观察，获得蚀孔大小、 形貌等信息。
2.根据权利要求1所述的原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法，其特征在于指示剂由组分1和组分2溶液混合而成，组分1为纯水配制的质量分数为5-20%铁氰化钾溶液，组分 2由酚酞溶解于酒精获得，浓度为0. 02-0. 2 g/ml，将体积比10-50 1的组分1和组分2溶液混合，即得到实验要用的指示剂，该指示剂即配即用，点蚀促进液为纯水配制的NaCl溶液，浓度为0. 5-5%。
3.根据权利要求1所述的原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法，其特征在于所采用的长距离工作显微镜放大倍数为10-150倍，数字摄像头像素为100-3300万，显示器分辨率为 1024X768-7680X4320 ο
4.根据权利要求1所述的原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法，其特征在于所采用的金相显微镜或扫描电子显微镜放大倍数不低于400倍。
全文摘要
一种原位全场早期检测不锈钢点蚀的方法，方法步骤为步骤一将不锈钢试样封装并将工作面机械抛光；步骤二配制实验浸泡溶液；步骤三将含有浸泡溶液(按步骤二配制)的烧杯放入恒温水浴槽中，设置好测试温度，将不锈钢试样工作面向上放入烧杯，同时用长距离工作显微镜和数字摄像头对试样表面进行原位全场观察，当显示器中试样表面出现蓝点，即为点蚀开始，记录试样放入烧杯到出点时间。本发明的技术效果是上述方法能快速、原位检测不锈钢点蚀行为，所检测的不锈钢点蚀位置，数量，点蚀大小以及出现点蚀的时间，这些点蚀信息有着重要的学术价值和实际应用价值。
文档编号G01N21/84GK102313695SQ20111021230
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者李光东, 王梅丰 申请人:南昌航空大学