金屬和合金的腐蝕 雙金屬大氣暴露腐蝕評(píng)定 征求意見稿

金屬和合金的腐蝕雙金屬大氣暴露腐蝕評(píng)定本文件規(guī)定并比較了大氣腐蝕試驗(yàn)中金屬和有覆蓋層金屬的雙金屬腐蝕評(píng)定方法。本文件適應(yīng)于確定在自然大氣環(huán)境中不同金屬接觸產(chǎn)生的腐蝕類型和程度。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T9797金屬及其他無(wú)機(jī)覆蓋層鎳、鎳+鉻、銅+鎳和銅+鎳+鉻電鍍層（GB/T9797—2022，ISO1456:2009,MOD)GB/T9799金屬及其他無(wú)機(jī)覆蓋層鋼鐵上經(jīng)過處理的鋅電鍍層（GB/T9799—2024，ISO2081:2018,MOD)GB/T10123金屬和合金的腐蝕基本術(shù)語(yǔ)和定義（GB/T10123—2022，ISO8044:2020，GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法（GB/T228.1—2021，ISO6892-1:2019，MOD）GB/T16545金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除（GB/T16545—2015ISO8407:2009，IDT）GB/T14165金屬和合金大氣腐蝕試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的一般要求（GB/T14165—2008，ISO8565:1992，IDT）ISO7599鋁和鋁合金的陽(yáng)極氧化鋁合金陽(yáng)極氧化膜的一般規(guī)范（Anodizingofaluminiumanditsalloys—Generalspecificationsforanodicoxidationcoatingsonaluminium）ISO15510不銹鋼化學(xué)成分（Stainlesssteels—Chemicalcomposition）ASTMG116大氣電流腐蝕用線繞螺栓試驗(yàn)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T10123界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1測(cè)試試樣testspecimens用于不同材料接觸造成的雙金屬腐蝕評(píng)定的暴露試樣。3.2對(duì)比試樣referencespecimens與測(cè)試試樣相同結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，但制備、暴露和評(píng)定不遭受雙金屬腐蝕的試樣，如與惰性、不導(dǎo)電材料或相同材料（非不同的材料）接觸。3.3標(biāo)準(zhǔn)試樣standardspecimens用于確定有雙金屬腐蝕的試驗(yàn)環(huán)境腐蝕性的試樣。3.4空白試樣controlspecimens與測(cè)試試樣制備和評(píng)定方式相同，存放在不腐蝕可控環(huán)境下（而非在試驗(yàn)環(huán)境中）的試樣。4方法概述和對(duì)比大氣暴露腐蝕試驗(yàn)雙金屬腐蝕評(píng)定有幾種方法。本文件對(duì)比并描述了其中三種方法?！匦螛影逶囼?yàn)——墊圈試驗(yàn)——線繞螺栓試驗(yàn)表1給出了這幾種方法的概述和對(duì)比。每種結(jié)構(gòu)都有自己的優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)方法的選擇應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目需要。矩形樣板試驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠評(píng)定機(jī)械性能。墊圈試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不需要提前知道那種材料是陽(yáng)極的唯一的方法。線繞螺栓試驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是暴露時(shí)間短。表1用于評(píng)估大氣中雙金屬腐蝕的矩形樣板、墊圈和線繞螺栓導(dǎo)電試驗(yàn)≥1年>90天無(wú)無(wú)需要提前知道那種材料不需要提前知道那種材需要提前知道那種材料在暴露試驗(yàn)過程中維持在暴露試驗(yàn)過程中維持在不拉斷金屬線情況下保持足夠的金屬線張力5試樣準(zhǔn)備5.1試樣類型5.1.1概述當(dāng)確定依賴于特定試驗(yàn)的雙金屬腐蝕風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，試樣不僅僅遭受因雙金屬影響而增長(zhǎng)的腐蝕。例如，金屬線螺栓試驗(yàn)中金屬線張力可能影響依賴于特定應(yīng)用的試驗(yàn)結(jié)果。所以，需要在第3章定義的哪幾種類型的試樣（測(cè)試試樣、對(duì)比試樣、標(biāo)準(zhǔn)試樣和空白試樣）取決于測(cè)試項(xiàng)目的目的。注：測(cè)試試樣和對(duì)比試樣影響的對(duì)比給出了雙金屬腐蝕相對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)，但是當(dāng)因?yàn)樘囟ㄔ嚇釉O(shè)計(jì)而沒有如GB/T14165所述的平的或不規(guī)則的試樣的使懸掛的金屬線可以用作標(biāo)準(zhǔn)試樣，如果容易獲得，平板和與未來(lái)用途更加相似如測(cè)試項(xiàng)目中部分涉及機(jī)械性能評(píng)價(jià)，應(yīng)使用空白試樣。除非有其他規(guī)定，檢測(cè)試樣、對(duì)比試樣和空白試樣的材料、尺寸、切割方向、表面處理方法和其他陽(yáng)極板參數(shù)應(yīng)相同。5.1.2矩形樣板測(cè)試試樣見圖1或圖2。陽(yáng)極板厚度應(yīng)為1mm～6mm，長(zhǎng)度應(yīng)滿足GB/T228.1拉伸試樣要求。陰極板厚度應(yīng)為1mm～6mm，對(duì)于貴金屬，可在惰性材料，如塑料上鋪上金屬箔。在這種情況下，金屬箔和惰性材料總厚度應(yīng)為1mm～6mm。如果不知道哪種金屬相對(duì)不活潑，那么兩種金屬中每種金屬都要有一整套作為陽(yáng)極的試樣和一整套作為陰極的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。試樣表面應(yīng)無(wú)可見缺陷，如軋制不均勻性、銹皮、分層、裂紋、孔隙、砂眼、劃傷、凹痕。如沒有裸眼觀察到的可見表面缺陷，在交付或處理后，應(yīng)按材料（產(chǎn)品）相關(guān)要求對(duì)表面進(jìn)行檢驗(yàn)。如果通過機(jī)械方式去除缺陷，試樣的表面粗糙度（Ra)在應(yīng)至少優(yōu)于2.5μm，推薦為0.4μm～0.5μm包括切口邊緣。有覆蓋層金屬板表面條件（包括切口邊緣）應(yīng)與相符合GB/T9797、GB/T9799、ISO7599或其他合適的與特定涂層相關(guān)正在制定中的國(guó)際、國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。如果金屬與有覆蓋層的金屬接觸進(jìn)行試驗(yàn)，只允許在陽(yáng)極板的切口邊緣有覆蓋層的缺損。應(yīng)使用墊圈和套管將螺栓和金屬板隔離。兩塊金屬板接觸應(yīng)通過壓力實(shí)現(xiàn)。推薦使用陶瓷和其他長(zhǎng)期不能退化的絕緣材料作為墊片材料。推薦使用聚乙烯或聚丙烯套管。螺栓應(yīng)懸緊直到在樣板之間獲得良好的電連接。沒有足夠的扭矩會(huì)導(dǎo)致墊圈之間電阻過高，過高的扭矩會(huì)使套管破裂。當(dāng)擰緊螺栓時(shí)，所有試樣使用的扭矩應(yīng)相同，典型的扭矩值為(1.0±0.1)Nm-1。除此之外，螺母擰緊一個(gè)好的規(guī)則是當(dāng)所有組件接觸后再額外擰四分之一圈。組裝完成后，應(yīng)使用電阻計(jì)驗(yàn)證螺栓和墊片之間電絕緣10kΩ)和試板之間的電因現(xiàn)場(chǎng)勘察，如果組裝試件是干燥的，應(yīng)重復(fù)進(jìn)行電阻檢測(cè)。如果電阻增加或其他松弛跡象，在不破壞組裝試件的情況下，繼續(xù)擰緊螺栓。接觸損失的原因可能是使它們分開的墊片固體腐蝕產(chǎn)物積累造成的。另外一種原因可能是導(dǎo)致蠕變的長(zhǎng)期應(yīng)力造成非金屬組件松弛。金屬螺栓和墊圈應(yīng)使用1.4301/X5CrNi18-10/304或含鉻量更高的不銹鋼制造，見ISO15510。試樣應(yīng)按照上述要求通過視覺和合適檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查。在試驗(yàn)前，應(yīng)立即使用有機(jī)溶劑（如乙醇、白節(jié)油）對(duì)試樣表面和組裝試件的其他部分進(jìn)行脫脂處理。脫脂完成后，當(dāng)帶棉制或橡膠手套進(jìn)行試驗(yàn)操作時(shí)，僅能接觸試樣的切口邊緣。脫脂完成后，對(duì)于要通過失重進(jìn)行腐蝕行為評(píng)價(jià)的測(cè)試試樣和對(duì)比試樣，除油后保存在有干燥劑（如硅膠）的干燥器中，時(shí)間不少于24h。在制備試樣時(shí)，在表層應(yīng)有一薄層有機(jī)涂層、膠、漆，例如可溶解在丙酮中的醋酸纖維素，以便阻止發(fā)生縫隙腐蝕。這層涂層應(yīng)涂于陽(yáng)極板除油表面，完全密封陽(yáng)極板和陰極板之間縫隙，并且不會(huì)在陰極板上產(chǎn)生凸起。干燥后的涂層厚度不應(yīng)超過10μm。在裝配試樣時(shí)，為了使金屬板之間能夠接觸，涂層不能覆蓋螺栓孔鄰近區(qū)域。圖1用于非失重標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)試試樣圖2用于非機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)試試樣本試驗(yàn)用于組成試樣的組件說明列于表2和圖3。墊圈直徑對(duì)于保持通過幾何方式固定1：1的面積比是至關(guān)重要的。如果需要，厚度應(yīng)通過表面打磨的方式進(jìn)行調(diào)整。表2用于墊圈組裝的組件直徑 M6SM5×40A4————— ————— ———圖3墊圈組件組成示意圖可使用大氣環(huán)境中整個(gè)試驗(yàn)期間內(nèi)不發(fā)生退化的任何材料制作螺栓、墊圈、鎖緊墊圈和螺母。不應(yīng)直接按最終直徑制作墊圈，因?yàn)檫@樣會(huì)造成近邊緣處變形。墊圈制作方法：先截取至少超過3mm墊圈直徑的圓盤，加工至最終尺寸，然后在圓盤中間鉆孔。試樣表面應(yīng)無(wú)可見缺陷，如軋制不均勻性、銹皮、分層、裂紋、孔隙、砂眼、劃傷、凹痕。如沒有裸眼觀察到的可見表面缺陷，在交付或處理后，應(yīng)按材料（產(chǎn)品）相關(guān)要求對(duì)表面進(jìn)行檢驗(yàn)。如果通過機(jī)械方式去除缺陷，試樣的表面粗糙度（Ra)在應(yīng)至少優(yōu)于2.5μm，推薦為0.4μm～0.5μm包括切口邊緣。應(yīng)額外準(zhǔn)備陽(yáng)極材料墊圈制作對(duì)比試樣，對(duì)比試樣的四個(gè)墊圈由陽(yáng)極材料制成，并暴露于與測(cè)試試樣相同的條件下。對(duì)比試樣是用于評(píng)估非電流影響。在組裝前，所有部分都應(yīng)進(jìn)行清洗和除油。除油后，當(dāng)帶棉制或橡膠手套進(jìn)行試驗(yàn)操作時(shí)，僅能接觸墊圈的邊緣。如果試驗(yàn)開始時(shí)不知道陽(yáng)極和陰極材料的關(guān)系，在組裝前應(yīng)對(duì)內(nèi)墊圈進(jìn)行稱重，否則，只需對(duì)陽(yáng)極板進(jìn)行稱重。螺栓應(yīng)懸緊直到在樣板之間獲得良好的電連接。沒有足夠的扭矩會(huì)導(dǎo)致墊圈之間電阻過高，過高的扭矩會(huì)使套管破裂。當(dāng)擰緊螺栓時(shí)，所有試樣使用的扭矩應(yīng)相同，典型的扭矩值為(1.0±0.1)Nm-1。除此之外，螺母擰緊一個(gè)好的規(guī)則是當(dāng)所有組件接觸后再額外擰四分之一圈。組裝完成后，應(yīng)使用電阻計(jì)驗(yàn)證螺栓和墊片之間電絕緣10kΩ)和試板之間的電因現(xiàn)場(chǎng)勘察，如果組裝試件是干燥的，應(yīng)重復(fù)進(jìn)行電阻檢測(cè)。如果電阻增加或其他松弛跡象，在不破壞組裝試件的情況下，繼續(xù)擰緊螺栓。接觸損失的原因可能是使它們分開的墊片固體腐蝕產(chǎn)物積累造成的。另外一種原因可能是導(dǎo)致蠕變的長(zhǎng)期應(yīng)力造成非金屬組件松弛。注2：接觸損失的原因可能是使它們分開的墊片固體腐蝕產(chǎn)物積累造成的。另外一種原因可能是導(dǎo)致5.1.3線繞螺栓應(yīng)參考ASTMG116進(jìn)行線繞螺栓測(cè)試。線繞螺栓試驗(yàn)由三部分組成：一是將陽(yáng)極材料的金屬線纏繞在作為陰極的螺栓或螺紋桿的螺紋上；二是將組裝件暴露于大氣環(huán)境中；三是暴露試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試陽(yáng)極金屬線的腐蝕失重。將金屬線纏繞在帶螺紋不導(dǎo)電無(wú)孔棒上作為對(duì)比試樣，用于區(qū)分普通/縫隙腐蝕和雙金屬腐蝕。用于測(cè)試的試樣結(jié)構(gòu)的組成示意圖見圖4。圖4ASTMG116中線繞螺栓組成示意圖[經(jīng)ASTM組織允許復(fù)制獲得]這項(xiàng)測(cè)試主要缺點(diǎn)是陽(yáng)極材料應(yīng)為金屬線形式，而陰極為帶螺紋的棒狀形式。典型的金屬線長(zhǎng)度為1mm，一般直徑為0.875mm。棒應(yīng)為M12×100mm。也可以使用其他尺寸，但對(duì)比試樣的尺寸和制備應(yīng)和測(cè)試試樣相同。如果金屬拉力很重要，需要使用特殊裝備（見ASTMG116）將金屬線緊緊纏繞在棒上，使其在整個(gè)過程保持拉力恒定。6試樣暴露除非特殊說明，應(yīng)采用GB/T14165描述的暴露試驗(yàn)過程。測(cè)試試樣和對(duì)比試樣應(yīng)采用相同的方式暴露。對(duì)于板狀試驗(yàn)，測(cè)試試樣和對(duì)比試樣應(yīng)采用朝向天空并與水平方向成45度角暴露（也可采用30度或其他測(cè)試項(xiàng)目要求的方向。對(duì)于墊圈試驗(yàn)和線繞螺栓試驗(yàn)，測(cè)試試樣和對(duì)比試樣應(yīng)在樣品架上水平暴露。對(duì)于平板試驗(yàn)，試驗(yàn)周期應(yīng)不少于2年。對(duì)于墊圈試驗(yàn)，推薦試驗(yàn)周期為至少1年。對(duì)于線繞螺栓試驗(yàn)，推薦試驗(yàn)周期至少為90天。如果技術(shù)證明合適的，也可以采用更短周期試驗(yàn)。注2：對(duì)于線繞螺栓試驗(yàn)的一個(gè)原因是：是否特定試驗(yàn)點(diǎn)的腐蝕性足夠高以致7試樣評(píng)定7.1總則測(cè)試試樣和對(duì)比試樣應(yīng)采用相同的方式評(píng)定。雙金屬耐蝕性評(píng)價(jià)應(yīng)采用失重法（見7.2對(duì)于板狀試驗(yàn)，也可以用其他評(píng)價(jià)方法（見7.3）。結(jié)果應(yīng)按照7.4進(jìn)行表示。7.2基于腐蝕失重的評(píng)定應(yīng)按照GB/T16545所述方法去除腐蝕產(chǎn)物。在去除腐蝕產(chǎn)物前，需要去除用于阻止縫隙腐蝕的膠或清漆。通過暴露前初始重量、暴露后最終重量和去除腐蝕產(chǎn)物重量的不同計(jì)算腐蝕失重。應(yīng)采用相同程序稱量初始重量和最終重量。天平精度應(yīng)好于單個(gè)（三種）試樣典型質(zhì)量損失：至少為0.0001g。對(duì)于線繞螺栓試驗(yàn)，換算為單位長(zhǎng)度金屬線的質(zhì)量損失（見ASTMG116），而對(duì)于板狀試驗(yàn)和墊圈試驗(yàn)，則換算為單位面積的質(zhì)量損失。7.3其他應(yīng)用矩形樣板的評(píng)定方法7.3.1基于視覺檢查的評(píng)定應(yīng)在雙金屬腐蝕的區(qū)域進(jìn)行評(píng)定，如，與陰極板直接接觸區(qū)域的整個(gè)陽(yáng)極板面積，寬度為10mm。選為評(píng)定的試樣應(yīng)在日光或人造散射燈進(jìn)行視覺檢查?？梢允褂霉鈱W(xué)設(shè)備。為了定性評(píng)定，應(yīng)記錄以下外觀變化?！砻嫖埸c(diǎn)；——腐蝕產(chǎn)物顏色；——表面腐蝕分布情況（非均勻、均勻、局部等——腐蝕影響區(qū)域（點(diǎn)、斑等）。為了定量評(píng)定，應(yīng)按照GB/T16545去除腐蝕產(chǎn)物后測(cè)定單單位面積的腐蝕量，如點(diǎn)蝕數(shù)量。把帶有邊長(zhǎng)5mm方格的網(wǎng)格放在陽(yáng)極板腐蝕區(qū)域，計(jì)算腐蝕量。使用表面光度儀、計(jì)量表、深度儀或金相檢查測(cè)量每個(gè)試驗(yàn)試樣和對(duì)比試樣的腐蝕區(qū)域的腐蝕深度。金相切片不應(yīng)少于兩個(gè)。測(cè)量應(yīng)在清除腐蝕產(chǎn)物后進(jìn)行。由五個(gè)腐蝕深度最大值確定最大腐蝕深度平均值。腐蝕類型應(yīng)通過陽(yáng)極板微觀結(jié)構(gòu)的金相檢查確定。應(yīng)記錄特殊的腐蝕類型（晶間腐蝕、點(diǎn)蝕、剝蝕等）。7.3.2基于力學(xué)性能的評(píng)定為了基于力學(xué)性能的雙金屬增長(zhǎng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定，除了對(duì)比試樣還需要空白試樣。注：通過確定試樣的最終抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，由力學(xué)性能的變化評(píng)定雙金屬耐蝕性。根據(jù)合適的標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T228.1，由平板拉伸試樣（見圖1)確定力學(xué)性能。7.4雙金屬效應(yīng)的計(jì)算板狀試驗(yàn)、墊圈試驗(yàn)和線繞螺栓試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)以計(jì)算雙金屬效應(yīng)相同形式表示。雙金屬效應(yīng)是有比較雙金屬影響金屬腐蝕和無(wú)雙金屬影響相同金屬腐蝕的相對(duì)測(cè)量。雙金屬效應(yīng)高不一定雙金屬腐蝕速率高，也可能沒有雙金屬影響腐蝕率非常低。雙金屬效應(yīng)不能應(yīng)與它本身的風(fēng)險(xiǎn)分析，但宜作為從標(biāo)準(zhǔn)試樣獲得結(jié)果的補(bǔ)充。應(yīng)計(jì)算3片或更多試樣測(cè)量值平均值作為測(cè)試試樣值和對(duì)比試樣值。如果測(cè)試試樣數(shù)值和對(duì)比試樣數(shù)值關(guān)系符合最初的陽(yáng)極和陰極材料假定，才可以計(jì)算雙金屬效應(yīng)。在結(jié)果相反的情況下，應(yīng)將相反組建的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行報(bào)道。雙金屬效應(yīng)(β)數(shù)值在0~1之間，但也可以百分比形式報(bào)道。β的計(jì)算應(yīng)在完成表現(xiàn)為極端情況下(β=0和β=1）的初始核查后進(jìn)行。首先，應(yīng)確定測(cè)試試樣值和對(duì)比試樣值是否有很大不同。應(yīng)基于試驗(yàn)項(xiàng)目需要選擇置信度，通常數(shù)值95%。不應(yīng)僅用試驗(yàn)項(xiàng)目中測(cè)試試樣值和對(duì)比試樣值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，還需要考慮其他可能因素。如果測(cè)試試樣值和對(duì)比試樣值差距不大，雙金屬效應(yīng)應(yīng)報(bào)道為β=0或0%。其次，如果測(cè)試試樣值和對(duì)比試樣值有很大不同，應(yīng)采用相同的置信度，確定對(duì)比試樣值的是否偏離0很大。如果對(duì)比試樣值偏離0不大，雙金屬效應(yīng)應(yīng)報(bào)道為β=1或100%。對(duì)于力學(xué)性能評(píng)定，應(yīng)確定對(duì)比試樣值和空白試樣值有很大不同。如果對(duì)比試樣值和空白試樣值差距不大，雙金屬效應(yīng)應(yīng)報(bào)道為β=1或100%。如果對(duì)比試樣值，或空白試樣和對(duì)比試樣力學(xué)性能值之間差異等于0，這表明，預(yù)期材料暴露時(shí)間過短以及雙金屬效應(yīng)是非常不確定的。如果雙金屬效應(yīng)報(bào)道為1或100%，應(yīng)