一种准确测量金属材料腐蚀增重的方法及应用与流程

(cn201520148367.8、cn201420802745.5)、腐蚀速率测量(cn201510114343.5)、使用牺牲探针的腐蚀速率测量(cn201410788042.6)、使用多变量传感器的腐蚀速率测量 (cn201510931578.3)等。另外其他专利，如一种腐蚀速率测量装置(cn201620368268.5)、管道阴极保护及外腐蚀速率监测探头(cn201620668591.4)、一种腐蚀速率测量装置及测量方法(cn201610270025.2)、一种大气环境中金属腐蚀速率测量探头及方法 (cn201010209506.5)等，也都是采用的该类技术。该类技术能通过腐蚀发生过程中的电化学信号改变在线监测设备腐蚀状况，属于采用间接方法测量计算等效腐蚀速率的方法，无法准确给出腐蚀导致的材料流失情况。专利薄膜静态腐蚀速率测量方法(cn201210496284.9) 则提供了一种通过轮廓仪测量界面处的高度差来测量腐蚀速率的方法，但该方法只适用于测量晶片在薄液膜中的腐蚀速率，无法用于金属材料宏观腐蚀速率的测量。


技术实现要素：

10.因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种增重法测量金属材料户外挂片腐蚀速率以评价其耐蚀性的方法。
11.本发明的技术方案是，一种准确测量金属材料腐蚀增重的方法，通过增重法对金属材料的腐蚀进行衡量，包括如下步骤：
12.步骤a：制备样板，样板下方放置收集装置，使之能承接全部脱落物，在户外模拟腐蚀，模拟周期结束后，直接将带腐蚀产物的样板烘干后称取其总质量，计算周期内的质量增重δ wa；
13.步骤b：从收集装置中收集从样板脱落的腐蚀产物及其他物质，周期结束后将收集装置及其上腐蚀产物烘干后称取其总质量，计算周期内的质量增重δwb；
14.步骤c：每种环境下每种尺寸的样板设置参考样板，周期结束后将参考样板烘干表面吸附的水分后称取其总质量，计算周期前后质量增重δwc；
15.步骤d：在参考样板下方设置于步骤b一样的收集装置，收集从参考样板上脱落的杂质，周期结束后将装置及其上腐蚀产物烘干后称取其总质量，计算周期内的质量增重δwd；
16.步骤e：根据如下公式计算周期内样板的腐蚀增重δw：
17.δw＝δwa+δwb-(δwc+δwd)。
18.根据腐蚀增重，结合腐蚀产物的构成，即可计算出参与反应的金属单质的质量，也就是通常所说的腐蚀失重，进而即可计算出腐蚀速率。
19.上述样板和收集装置无接触。本发明尤其适合于户外评价腐蚀增重。
20.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，所述方法是通过将金属样板置于收集装置上方，设定收集装置和收集方法，同时设定同样大小尺寸的参考样板，参考样板下方设置同样的收集装置，通过衡量样板在户外模拟腐蚀周期的增重，扣除参考样板在周期内的增重，来衡量腐蚀增重的质量。
21.在步骤a中，样板完成周期实验后无需清洗更无需去除腐蚀产物，直接烘干后称重。
22.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，本发明通过收集装
置和放置方式将从样板脱落的腐蚀产物全部收集。列举了两种可供参考的装置及实验方法：其中方式i是：
23.所述收集装置由漏斗形敞口玻璃容器和锥形窄口容器嵌套组合成，所述收集装置放于样板下方，样板的腐蚀产物经漏斗进入锥形窄口容器后被收集。该收集装置和收集方法容易实现。
24.优选的是，其中方式ii是：所述收集装置采用过滤材质制作成过滤皿，放于样板下方，样板的腐蚀产物被过滤皿收集，水份自动排出。该收集装置和收集方法可减少容器烘干时间。
25.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，所述样板为平行四边形样板，样板旋转之后尖角朝下放置，尽量确保样板朝下尖角的角平分线与下方收集器中心线位于同一直线上，并在确保样板与漏斗壁无接触的情况下尽量让样板朝下的尖角深入漏斗或与过滤皿边缘所在平面相切。
26.这样的放置方式可以确保雨水经尖角脱离样板后全部进入下方收集器内，以确保腐蚀产物被收集。进一步地，为了获得更标准的结果，样板板面与水平成某一标准角度倾斜放置，该角度可为30-60度。
27.收集器中心线，方式i为漏斗中心线，方式ii为过滤皿中心线。
28.进一步地，所述样板为矩形样板。
29.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，所述参考样板尺寸和形状与样板一致，表面粗糙度需与样板一致或接近；发现参考样板和/或样板的收集装置里有会显著影响称重的杂物时需要清理。
30.上述提到的收集装置里有会显著影响称重的杂物包括落叶、碎石、羽毛、昆虫尸体等；在步骤c、d中，对于环境基本一致的同一场地同一区域同样尺寸的样板，可以选择一组参考样板，用于对材料杂质附着情况进行修正。
31.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，在所述步骤b、c、d中，涉及的所有收集装置、参考样板选取的材质在所处腐蚀环境中质量保持基本稳定。
32.所述参考样板选择的材质或者收集装置的材质在所处腐蚀环境中不会发生质量的明显改变。譬如玻璃、陶瓷或耐蚀合金类材质。
33.进一步地，收集装置由漏斗形敞口玻璃容器和锥形窄口容器嵌套组合成，收集装置则采用玻璃材质。如果收集装置采用过滤材质制作成过滤皿，收集装置则推荐氧化铝陶瓷膜过滤材质。
34.根据本发明的准确测量金属材料腐蚀增重的方法，优选的是，烘干温度为100-120℃，烘干后待对象恢复室温质量稳定后称重。更好的是，多次烘干并比较每次烘干后的质量变化，至前后质量变化在2毫克以内时停止烘干。所有的称重均需至少精确至毫克。
35.在所述步骤a、b、c、d中，所有的烘干均需确保对象表面的水全部去除，而对象本身无其他改变。
36.优选的是，在方式i的收集方式和收集方法中，所述收集装置的烘干必须在储液装置盛满之前进行。这样以确保没有液体溢出，方式ii采用过滤皿的则没有这个要求。
37.本发明还提供了上述准确测量金属材料腐蚀增重的方法在评价锈板热轧板腐蚀性能方面的应用。特别适用于本身就带有保护性锈层的钢铁产品的耐蚀性评价。
38.本发明是一种通过增重法测量金属材料户外挂片腐蚀速率以评价其耐蚀性的方法，特别适用于本身就带有保护性锈层的钢铁产品(譬如带锈层的耐候钢、带氧化皮的热轧板等)的耐蚀性评价。采用本发明的技术，可通过增重法测量金属材料腐蚀速率，有效避免腐蚀产物脱落、杂物吸附等因素对结果准确性的影响，无需去除腐蚀产物即可获得材料腐蚀速率，而且可通过直观结果对材料腐蚀产物脱落流淌情况进行表征。该方法不仅所需样片量小、结果准确性高、适应性广，而且所获得的评价结果全面，能更全面客观的表征材料的方面腐蚀性能，填补了现有方法的短板。
39.本发明的有益效果是：
40.通过本发明，可准确获得金属材料的腐蚀增重，进而推算出材料的腐蚀速率，可更简单、直接、客观的表征金属包括带锈产品的耐蚀性。
41.对比常规采用的失重法，本发明涉及的方法存在以下显著优点：
42.1、可对带锈层的钢铁产品耐蚀性进行评价。如前所述，常规失重法测样品腐蚀速率必须首先通过酸洗或其他方法去除腐蚀产物，因而不适用于附带锈层的钢铁产品。采用本专利方法，样板无需去除表面腐蚀产物，因而对于附带锈层的钢铁产品也仍然适用。
43.2、大大减少样片数，单片样片所能获得腐蚀数据更多。传统失重法在去除腐蚀产物后，样板表面状态已发生改变，因此无法继续进行实验跟踪，除非有特殊的测试需求，需要对去除腐蚀产物后的表面耐蚀性进行研究。因此，采用失重法测腐蚀速率，一个样品只能获得一个数据点。采用本专利方法，由于测试过程中始终不改变样板表面状态，因此可以进行连续测试，一块样品不仅可测多个数据点，而且可可动态跟踪一个样品得腐蚀速率随时间的变化情况。
44.3、更绿色环保。常规失重法在去除腐蚀产物过程中为了保证不造成金属材料的流失，往往需要使用添加了缓蚀剂的酸或碱，存在废液回收问题，不可避免会对环境产生影响。本专利方法不涉及使用任何腐蚀性介质，过程对环境无任何影响。
45.4、可对金属材料腐蚀产物脱落情况进行专门评价。本专利方法采用特殊装置收集了从样板脱落的腐蚀产物，因而可对脱落腐蚀产物进行专门分析评价。不仅可通过称重获得脱落腐蚀产物的质量，还可将脱落的腐蚀产物提取出来之后进行专门的成分分析、组织分析及物理化学性能分析，有助于进一步揭开腐蚀产物脱落的神秘面纱。传统失重法腐蚀产物被选择性溶解，无法进行专门分析。
附图说明
46.图1是本发明准确测量金属材料腐蚀增重的装置示意图(方式i)。
47.图2是本发明准确测量金属材料腐蚀增重的另一种装置示意图(方式ii)。
具体实施方式
48.下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的准确测量金属材料户外挂片腐蚀增重的装置及方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
49.下述实施例采用以下步骤测量金属材料户外挂片腐蚀增重，各步骤的主要作用及必要性如下：
50.1、清洗。制作收集器b和d。采用70℃2％的中性脱脂剂清洗样板a、参考样板c及对应的收集器b和d，之后用大量清水清洗表面，至能形成均匀连续水膜。
51.2、烘干。之后将样板a及对应的收集器b放入烘干箱，在120℃下烘干10分钟以上，至没有液滴残留。参考样板c及其收集器d采取同样操作。
52.3、称重。待样板a及其收集器b冷却至室温并稳定后，称取其总质量，精确至毫克。参考样板c及其收集器d采取同样操作。重复步骤2和3，直至前后质量损失在2毫克以内。
53.4、上架。将样板a旋转45度后倾斜安装在挂片架上，确保样板a的一个尖角朝下，尖角平分线竖直。在样板a朝下尖角正下方固定收集器b，确保b中心线与样板a朝下尖角的角平分线位于同一直线上，以确保雨水经尖角脱离样板a后全部经漏斗1进入锥形2 窄口容器内。参考样板c及其对应收集器d的固定与样板完全相同。
54.5、下架称重。周期结束后将样板a和对应的收集器b在不清洗的情况下直接重复步骤 2、3进行多次烘干称重，直至质量结果无明显改变。参考样板c及其收集器d采取同样操作。
55.6、计算增重。用每个周期后样板a及其对应的收集器b的总质量减去周期前的总质量，得到周期内样板a及其收集器b的总增重。采用同样方法得到参考样板c及其对应的收集器d的总增重，由于参考样板c本身在周期前后质量不会发生改变，其放置、面积及粗糙度等与样板a均接近，因此该增重可代表样板周期内因杂物附着等非腐蚀因素导致的增重量。二者相减，即可较为准确地得到周期内样板a因腐蚀而导致的增重。
56.周期内样板腐蚀增重δw＝δwa+δwb-δwc-δwd
57.实施例1
58.取边长10cm的06cupcrnimo耐候钢热轧酸洗板，按上述步骤在上海地区进行户外挂片实验并采用上述方法测量其3个月内因腐蚀而发生的质量增重，选择同样尺寸的316l热轧酸洗板作为参考样板，采用玻璃漏斗和锥形瓶制作简易的收集器，如图1所示。
59.实验结束测得样板三个月前后的直接增重为0.344g，样板对应收集器增重0.171g，参考板增重0.017g，参考板对应的收集器增重0.045g，由此计算样板腐蚀增重为 0.344+0.171-0.017-0.045＝0.453g，按主要腐蚀产物为feo(oh)计算，对应的fe元素流失失重为0.768g，估算对应的年腐蚀率约为39.4um/a。
60.之后参考gb/t 16545标准，采用添加了六次甲基四胺作为缓蚀剂的稀盐酸对样板表面腐蚀产物进行了清洗，测量了因腐蚀而发生的质量失重。测得样板腐蚀失重为0.783g，对应的年腐蚀率约为40.2um/a。
61.06cupcrnimo耐候钢在大气环境下腐蚀产物绝大多数为feo(oh)。根据该产物组成，每失去0.783g的铁，需要消耗0.461g的氢元素和氧元素，与增重法所得数据基本吻合，误差在5％以内。采用增重法所得数据略低于失重法，原因在于过程中有极少部分腐蚀产物被风刮走，没能被收集到。但整体误差在可接受范围内，方法有效。如果不采用本专利所述方法，直接测量样板增重，则发现增重数据为0.344g，无法于失重数据吻合，误差超过25％，说明有大量腐蚀产物随着雨水冲刷离开了样片。采用本方法甚至可估计出经雨水冲刷后从样板脱落的腐蚀产物大约有0.126g(0.171-0.045＝0.126g)。
62.实施例2
63.取边长10cm已经在户外暴晒8年覆盖稳定锈层的06cupcrnimo耐候钢热轧板，在上
海地区进行3个月户外挂片实验后采用上述方法测量这3个月内因腐蚀而发生的质量增重，选择同样尺寸的316l热轧酸洗板作为参考样板，采用纳米陶瓷膜过滤材料制作图2所示的收集器。
64.实验结束测得样板三个月前后的直接增重为0.057g，样板对应收集器增重0.048g，参考板增重0.017g，参考板对应的收集器增重0.045g，由此计算样板腐蚀增重为 0.344+0.048-0.017-0.045＝0.043g。
65.之后参考gb/t 16545标准，采用添加了六次甲基四胺作为缓蚀剂的稀盐酸对样板表面腐蚀产物进行了清洗，测量了因腐蚀而发生的质量失重。测得样板腐蚀失重为5.013g。
66.从结果可以看出，如果采用失重法，由于钢板8年来形成的稳定锈层与之后3个月挂片所形成的腐蚀产物是同种物质，在进行腐蚀产物清洗时无法针对性清除，此时获得的失重为钢板8年零3个月腐蚀累计导致的材料流失，若以该结果计算材料最近3个月的腐蚀速率显然不科学。因此，采用失重法只能获得钢板8年零3个月的平均腐蚀速率，而无法获得钢板在获得稳定锈层保护后，最后3个月的腐蚀速率。
67.而采用本方法，则能较准确地获得具有锈层保护的06cupcrnimo耐候钢3个月内的腐蚀增重，进而计算出其腐蚀率。如果按腐蚀产物是feo(oh)计算，则该增重对应的材料失重应为0.073g，粗略估计对应的年腐蚀率为3.74um/a。按失重法计算的材料8年内的年均腐蚀率则为7.79um/a。受稳定锈层保护的耐候钢腐蚀率大大降低了。
68.通过该方法还能较准确的推算出从钢板淌落得腐蚀产物质量，仅约为0.03g (0.48-0.45＝0.03g)，远低于早期的0.126g。可见，经过稳定化以后，耐候钢腐蚀产物脱落情况也有显著改善。这与文献报道一致，但采用本方法可定量化地进行评价。
69.图1和图2通过该装置可将从样板脱落的液体全部收集，通过图示方法可有效扣除因杂质附着等带来的增重，增强称重的准确性。
70.本发明特别涉及一种准确测量金属材料腐蚀增重的装置及方法，特别适用于本身就带有保护性锈层的钢铁产品的耐蚀性评价。采用本发明专利的技术，可准确测量金属材料户外挂片的腐蚀增重，有效避免腐蚀产物脱落、杂物吸附等因素对结果准确性的影响，无需去除腐蚀产物即可通过增重法准确获得金属材料腐蚀速率，大大减少所需样片量，具有结果准确性高、适应性广等优点，而且更可以轻松获取样板腐蚀产物脱落情况等重要信息，便于更加全面的评价材料腐蚀特性，填补了现有方法的短板。