晶间腐蚀怎么检测
晶间腐蚀检验在进行检测的时候都要按照标准进行测试的,首先需对其加工标准进行检测,其次就是对测试材料的性能进行检测,晶间腐蚀是材料的一种性能,那么对于它的取样方法和对结果的判定,我们其实就可以根据以下内容来操作:
(1)晶间腐蚀检验的试样是有表面粗糙度的要求的,可以根据要求进行加工,因为试样尺寸有要求,所以建议在加工试样时就可以将试样加工到需要要求,而不用自己再去用砂纸打磨;
(2)晶间腐蚀后有通常有两种方法检测,一种是弯曲法,也就是对折法,就是试样进行晶间腐蚀检验后在弯曲试验机上进行弯曲180°,用放大镜观察弯曲表面,根据表面是够有裂纹来判断是否有晶间腐蚀发生,另一种是金相法,根据晶间腐蚀后试样进行磨抛+化学腐蚀,通过金相显微镜观察腐蚀深度,通过晶间腐蚀深度来判断是否发生晶间腐蚀;其实还有第三种办法,就是有经验的师傅还可以通过听声法来判断,这个主观影响较大,不建议使用。
(3)金相试样横向和纵向都是允许的,因为是判断试样腐蚀的深度,所以横向还是纵向影响不大的。
晶间腐蚀检验的简单检验方法,就是以上几点,大家在日后的测试的时候不妨可以酌情的考虑尝试一下,那么大家在日后的使用时就能更好地操作和利用了
国内和国际上现有关于晶间腐蚀的试验标准主要有以下几种方法:
GB/T 4334.(1~5)—2000不锈钢晶间腐蚀敏感性试验方法标准(根据不同材料敏感性选择相应标准)
GB/T 15260—1994《镍合金晶间腐蚀敏感性试验方法标准》
GB/T 21433-2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》
CB/T 3949-2001 《船用不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验方法》
ASTM G28 - 02(2008) Standard Test Methods for Detecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought, Nickel Rich, Chromium Bearing Alloys (中文名称:《锻造高镍铬轴承合金晶间腐蚀敏感性的检查用标准试验方法》
GB/T 7998-2005 《铝合金晶间腐蚀测定方法》
HG/T 3173-2002 《尿素级超低碳铬镍鈅奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向试验》
检验金属材料晶间腐蚀敏感性的加速金属腐蚀试验方法,
目的是了解材料的化学成分、
热处理和加工工艺是否合理。
其原理是采用可使金属的腐蚀电位处在恒电位阳极极化曲线特定区间的各种试验溶液,
利用金属的晶粒和晶界在该电位区间腐蚀电流的显著差异加速显示晶间腐蚀。
不锈钢、铝合金等的晶间腐蚀试验方法在许多国家均已标准化。
各标准对试验细节均有详细规定。
所以要不要做试验主要看购进方或进口方的要求。
腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的邻近区域发展,晶粒本身腐蚀很轻微,这种腐蚀便称为晶间腐蚀。
这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱,严重时可使机械强度完全丧失。
例如遭受这种腐蚀的不锈钢,表面看起来还很光亮,但经不起轻轻敲击便破碎成细粒。
由于晶间腐蚀不易检查,所以廷民设备的突然破十,它的危害性很大。
不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等都是晶间腐蚀敏感性高的材料。
在受热情况下使用或焊接过程都会造成晶间腐蚀的问题。
以晶间腐蚀为起源,在应力和介质的共同作用下,可使不锈钢、铝合金等诱发晶间应力腐蚀,所以晶间腐蚀有时是应力腐蚀的先导。
在通常腐蚀条件下,钝化合金组织中的晶界活性不大,但当它具有晶间腐蚀的敏感性时,晶间活性很大,即晶格粒与晶界之间存在着一定的电位差,这主要是合金在受热不当时,组织发生改变而引起的。
所以晶间腐蚀是一种由组织电化学不均匀性引起的局部腐蚀蚀。
此外晶界存在杂质时,在一定介质也也会引起晶间腐蚀。
一般来说,工业铝型材铝及铝合金腐蚀的基本类型:点腐蚀,电偶腐蚀缝隙腐蚀,晶间腐蚀,应力腐蚀,剥落腐蚀,疲劳腐蚀,丝状腐蚀等,在此,仅介绍集中铝建设工业铝型材在生产和使用中常见的腐蚀现象。
点腐蚀,点腐蚀又称为孔腐蚀,是金属上产生针尖状,点状,孔状的一种极为局部的腐蚀形态。点腐蚀是阳极反应的一种独特形式,是一种自催化过程。 铝在大气,淡水,还是以及中性水溶液中都会发生点腐蚀,严重的还可以导致穿孔,不过腐蚀孔最终可能停止发展,腐蚀量保持一个极限值。点腐蚀在极限程度与介 质合金有关,如氯离子,氟离子等。还必须存在促进阴极反应的物质,如水溶液中的溶解氧,铜离子等。从工业铝型材铝合金细来看,
铝型材高纯铝一般难以发生点腐蚀,含铜的铝合金点腐蚀最明显。
电偶腐蚀也是铝的特征性腐蚀形态,铝的自然电位很负,当铝与其他金属接触时,铝总是处于阳极使其腐蚀加速。电偶腐蚀又称为双金属腐蚀,其腐蚀的严重程度是由两个金属电位序中的相对为位置决定的。他们的电位差愈大,则电偶腐蚀愈严重,几乎所有铝合金都不能避免电偶腐蚀。
缝隙腐蚀,工业铝型材铝 本身或铝与其他材料的表面接触时存在缝隙,由于差异充气电池作用,缝隙内腐蚀加速,而缝隙外没有影响。缝隙腐蚀与合金类型关系不大,即使非常耐蚀的合金也 会产生缝隙腐蚀。近年来对于缝隙腐蚀的机理有了更深入的研究,缝隙顶端酸性环境是腐蚀的原动力。沉积物下腐蚀是缝隙腐蚀的一种形式。
晶间腐蚀,纯铝不繁盛晶间腐蚀,晶间腐蚀的原因与热处理不当有关系,合金化元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出,相对于晶粒是阳极构成腐蚀电池,引起晶间腐蚀加速。
丝状腐蚀,丝状腐蚀是一种膜下腐蚀,呈蠕虫状在膜下发展,这种膜可以使漆膜,也可以使其他图层,一般不发生在阳极氧化膜下面。丝状腐蚀最早在航空器的图层下发现,今年在欧洲陆续报道在建筑工业铝型材喷涂膜下也发生。丝状腐蚀与合金成分,
铝型材涂层前预处理和环境因素有关环境因素有湿度,温度,氯化物等。
1微弧氧化陶瓷层
微弧氧化(Microarcoxidation,MAO)又称微等离子体氧化(Microplasmaoxidation,MPO),是通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。由于在微弧氧化过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,微弧氧化工艺将工作区域引入到高压放电区域,极大地提高了膜层的综合性能。微弧氧化膜层与基体结合牢固,结构致密,韧性高,具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。该技术操作简单和易于实现膜层功能调节,而且工艺不复杂,不造成环境污染,是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术,在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。
合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的进行,而Si元素则有碍于微弧氧化。侯朝辉等[1]对含硅量为8%~12%的ZL系列铸铝合金的微弧氧化工艺条件、膜层结构以及成膜过程进行了研究。结果表明:铸铝合金在水玻璃复合体系中进行微弧氧化,可以得到一层细腻、均匀、较厚、显微硬度较高的陶瓷氧化膜;微弧氧化电解液体系中,水玻璃能够使铸铝合金的微弧氧化顺利进行;Na2WO4和EDTA二钠复配可提高膜层硬度;该研究条件下获取ZL109合金微弧氧化膜的工艺条件为NaOH:2~4g/L,水玻璃:5~7mL/L,Na2WO4:2~4g/L,EDTA二钠:2~4g/L,微弧氧化电流密度30~40A/dm2,溶液温度30~40℃,强搅拌。此外,龚建飞等[2]也对ZL109的微弧氧化进行了研究,获得了致密层厚度76μm以上,显微硬度HV1600均匀氧化陶瓷膜层。
ADC12压铸铝合金广泛应用于汽车、摩托车和仪器等行业的活塞、带轮等零部件和结构件。张金彬等[3]研究了ADC12铝合金表面微等离子体氧化法制备黑色陶瓷膜的电解液成分和电参数等对膜层性能的影响,结果表明,磷酸钠浓度较低,表面粗糙,浓度过高易析盐和膜层崩落,最佳浓度为12~15g/L;添加剂M1和M2组分中的金属元素氧化物K在膜层中的比重越大,膜层黑色饱和度越高越稳定,其最佳浓度分别为10.0~11.0g/L和15.0~18.0g/L;使膜层黑色均匀的最佳pH值为8.0~9.0;形成饱和深黑色的最佳电流密度为3.0~4.0A/dm2;采用最佳的电解液配方制备的黑色膜层厚度在20~30μm,硬度HV500~700,黑色饱和度在0.8~1.0。
王宗仁等[4]将等离子体增强的电化学表面陶瓷化(PECC技术)工艺应用在Y112压铸铝合金表面强化处理上,使其表面生成α-Al2O3和γ-Al2O3相的陶瓷膜。据称该膜性能均优于特富隆技术涂层。
金玲等[5]对ZL109合金和SiCp/ZL109复合材料表面进行微弧氧化,研究发现,ZL109合金和SiCp/ZL109复合材料都可以进行表面微弧氧化,其微弧氧化层由两层结构组成,分别为疏松层和致密层。ZL109合金微弧氧化层主要由不同结构的Al2O3相组成,SiCp/ZL109复合材料微弧氧化层由Al2O3和MgAl13O40组成。
交流电源恒流条件下铝合金表面微弧氧化-黑化一体化处理[6]研究显示,钒酸盐对微弧氧化陶瓷膜的黑化效果具有决定性作用;黑色陶瓷膜色泽稳定,具有较高的显微硬度,并能对基体金属提供有效的腐蚀防护;黑色陶瓷膜主要元素组成包括O、Al、Si、V和P,膜中化合物主要以无定形态和/或微晶态形式存在,只发现少量的γ-Al2O3和ε-Al2O3晶体;黑色陶瓷膜为较为疏松的单层结构,其表面在微观尺度上粗糙不平,存在较为密集的尺寸为μm量级的微孔,并有明显的高温烧结痕迹和微裂纹;黑色陶瓷膜的微观结构与其形成机制有关。
ZL101铸造铝2硅合金微弧氧化陶瓷膜[7]生长分为3个阶段,氧化初期,电流密度较高,但膜层生长较慢。在膜快速生长阶段,膜生长速率达到极大值;膜生长进入平稳期后,基本保持恒定,样品的外部尺寸不再增加,膜逐渐转向基体内部生长;合金化元素硅的影响主要表现为氧化初期对膜生长的阻碍作用;铸造铝合金经过微弧氧化处理后,腐蚀电流大幅下降,极化电阻增加了几个数量级;较薄的微弧氧化膜同样大幅度提高了铝-硅合金的耐蚀性。
中性盐雾腐蚀试验法研究高强度铸造铝合金ZL205微弧氧化陶瓷膜[8]的结果表明,微弧氧化处理能显著提高ZL205的耐腐蚀性能,随着厚度的增加,陶瓷膜的耐腐蚀性能提高,但在厚度达到一定值后,陶瓷膜的耐腐蚀性能提高不明显;随着厚度的增加,微弧氧化膜的表面形貌和相结构都发生变化,从而导致微弧氧化膜的耐腐蚀性能发生变化。
2电沉积层
电沉积(electrodeposition)是金属或合金从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中电化学沉积的过程。是金属电解冶炼、电解精炼、电镀、电铸过程的基础。这些过程在一定的电解质和操作条件下进行,金属电沉积的难易程度以及沉积物的形态与沉积金属的性质有关,也依赖于电解质的组成、pH值、温度、电流密度等因素。吴向清等[9]利用电化学方法对ZL105铝合金表面电沉积Ni2SiC复合镀层的耐蚀性能进行了研究。结果表明,Ni2SiC复合镀层的表面形貌与纯Ni镀层截然不同,耐蚀性能优于纯Ni镀层,经过300℃×2h热处理后,耐蚀性能进一步得到提高。
3多弧离子镀层
多弧离子镀是真空室中,利用气体放电或被蒸发物质部分离化,在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时,将蒸发物或反应物沉积在基片上。离子镀把辉光放电现象、等离子体技术和真空蒸发三者有机结合起来,不仅能明显地改进了膜质量,而且还扩大了薄膜的应用范围。
其优点是薄膜附着力强,绕射性好,膜材广泛等。离子镀种类很多,蒸发远加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等。多弧离子镀采用的是弧光放电,而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。简单的说,多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源,通过靶与阳极壳体之间的弧光放电,使靶材蒸发,从而在空间中形成等离子体,对基体进行沉积。在ZL201铝合金表面多弧离子镀Ti-Cr-N涂层,并在Ti-Cr-N涂层上制备一层脂类薄膜[10]。结果表明:Ti-Cr-N涂层中的Cr以固溶体的方式存在于TiN晶体中,没有形成单独的CrN相;涂层可以有效提高ZL201铝合金的抗盐雾腐蚀的能力。
4化学复合镀层
在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒,使其与主体金属共同沉积形成镀层的工艺称之为复合镀。若采用电镀的工艺则称之为复合电镀;若采用化学镀的工艺则称之为复合化学镀。所得镀层称为复合镀层。原则上,凡可镀覆的金属均可作为主体金属,但研究和应用较多的是镍、铬、钴、金、银、铜等几种金属。作为固体微粒主要有两类,一类是提高镀层耐磨性的高硬度、高熔点的微粒;一类是提高镀层自润滑特性的固体润滑剂微粒。在铸铝表面制备Ni-P-金刚石化学复合镀层[11],结果表明,硫酸高铈能促进金刚石微粒进入镀层,随硫酸高铈含量增加镀液稳定性大幅提高后趋于平稳,Ni-P-金刚石复合镀层耐磨性优于Ni-P镀层,添加2mg/L硫酸高铈后进一步显著提高,与Ni-P镀层相比,复合镀层耐蚀性差,添加硫酸高铈后有所改善。
5化学转化膜
化学转化膜是使金属与特定的腐蚀液相接触,在一定条件下发生化学反应,在金属表面形成一层附着力良好的、难溶的生成物膜层。这些膜层,或者能保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响,或者能提高有机涂膜的附着性和耐老化性,或者能赋予表面其它性能。化学转化膜由于是基体金属直接参与成膜反应而生成,因而与基体的结合力比电镀层和化学镀层大的多。几乎所有的金属都可以在选定的介质中通过转化处理,得到不同应用目的的化学转化膜,但目前工业上应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金。化学转化膜同金属上别的覆盖层(例如金属的电沉积层)不一样,它的生成必须有基底金属的直接参与,与介质中阴离子生成自身转化的产物(MmAn),因此也可以说化学转化膜的形成实际上可看作是受控的金属腐蚀的过程。化学转化膜按膜的主要组成物的类型分为:氧化物膜,磷酸盐膜,铬酸盐膜,草酸盐膜等。
铝合金在大气环境下容易发生晶间腐蚀而破坏。目前应用的高强度铸造铝合金一般含有硅、铜、镁等元素,这些元素的加入增加了合金的腐蚀敏感性。其次是表面硬度低,容易磨损,外表光泽不能保持长久,所以要求有较高的保护措施。其中在铝合金表面上生成化学转化膜具有设备简单、成本低、投资省等优点。彭靓等[12]采用铬酸盐法在Y112合金上生成化学转化
膜,实验结果表明,该转化膜具有高的耐腐蚀性,并具有美观的金黄色外表面。
以锰酸盐和锆盐为主盐,在铝合金表面化学氧化得到的化学氧化膜[13]的腐蚀电位比铝合金试样的腐蚀电位正0.45V左右,腐蚀电流密度仅0.286μA/cm2;交流阻抗谱图低频端的阻抗值比铝合金试样的值大一个数量级;铝合金化学氧化膜外观呈金黄色,具有规则排列的柱状生长结构。
葛圣松等[14]用无铬化学方法在铸铝合金表面制得黑色转化膜,利用点滴试验评价了膜的耐蚀性能。分别采用扫描电镜及电子探针观察膜的形貌、测定其组成元素,最后提出了黑色膜的形成机理和耐蚀机理。