收稿日期 :2007208214 ;修訂日期 :2007212214定基礎。
基金項目 “:十五”海裝預研課題 (401090201)
通訊作者 :曹定國 E2mail : caodg605 @1631com重要術語簡述如下 :
環境類型指大環境 ,如大氣、海水、化學、熱等 ,通常含有多種環境要素 ;環境要素指大環境包含的環境成分或特征量 ,如大氣包含溫度、濕度、鹽霧等 ,它們由相應的環境要素強度表示 ;環境要素強度指環境要素的含量、烈度、濃度等 ,如大氣濕度從 0變到 100 %;而綜合環境指實際自然環境、使用環境或人造環境 ,一般由多種環境類型以不同加權百分數組成。如民用飛機艙底、廚房和盥洗室區域內的內部結構件 ,室溫占 15 %,潮濕空氣占 50 %, 31 5%鹽水占 15 %和積存水占 20 %[5]。
腐蝕損傷量描述腐蝕損傷的宏觀機械量 ,如腐蝕深度、直徑、面積、質量 /重量損失等。而腐蝕損傷率描述在單位時間內發生的腐蝕損傷量。式中 :W為一個元素原子的原子量 ;n為在腐蝕過程中氧化一個元素原子所需要的電子數目 ,即元素的原子價。
(2)合金當量權
對合金 ,當量權比較復雜。通常假設氧化過程是均勻的 ,同時不會對合金的任一成分產生選擇性。如果不是這樣 ,計算方法就需要加以調整以反映觀察到的實際過程。同時 ,在賦于合金元素的 n值時 ,必須采用某種原理 ,因為許多元素具有一個以上的原子價。
為計算合金當量權 ,認為一單位質量的合金被氧化 ,對于 1g合金氧化當量的電子數為
Q= ∑nifi (3)
Wi
1
EW =(4)
nif i∑Wi
通常 ,計算中僅包括各合金元素的質量百分比。當一種合金的實際數據不可用時 ,通常使用規定的對各元素成分平均值。
(3)多原子價元素的當量權
對于有多個原子價的元素 ,其當量權值有不確定性。可以通過分析腐蝕產物建立這種原子價。或者通過測量和估算腐蝕表面的電位 [ 627 ],查出每種元素在一定溫度、電位和電介質 PH值下的穩定的原子價。
(4)金屬和合金的典型 EW值部分金屬和合金的典型 EW值列在表 1中[3 ]。
11 3 腐蝕率計算
腐蝕率利用法拉第定律計算 ,可以用穿透率 (δhcor )或質量損失率 (δwcor )[8 ]表示。
icor
δhcor =K1 EW (5)
ρ
δwcor =K2 icor EW (6)式中 :的單位為 mm/ a ;icor;
δhcor的單位為 μA/ cm2 K1 =31 27 ×10 -3 , mm ·g/ (μA ·cm ·a) ;ρ為密度 , g/ cm3 (對于腐蝕測試中使用的許多金屬和合金的密度值見 ASTM G1[9 ])。δwcor單位為 g/ (m2
·d) ; K2 =81954 ×10 -3 , g ·cm 2 /μA ·m2 ·d)。
在這些計算中 EW是無量綱的。對于其他不同單位系統 ,K1和 K2值列于表 2中。
表 1 各種金屬和合金的當量權( EW)值 ①(部分 )
Table 1 Equivalent weight values for a variety of metals and alloys ( Part)
最低第二第三普通名稱 UNS元素 /常原子價 ②③可變原子價當量權可變原子價當量權元素 /原子價當量權
鋁合金 A92024 A1/ 3 ,Mg/ 2 AA2024 AA2219 A92219 A1/ 3 AA7075 A97075 A1/ 3 ,Zn/ 2 AA7079 A97079 A1/ 3 ,Zn/ 2 銅合金 C11000 CDA110 CDA220 C22000 Zn/ 2 不銹鋼 304 S30400 Ni/ 2 410 S41000 鎳合金 200 N02200 600 N06600 Ni/ 2 碳鋼 G N06007 Ni/ 2
(1) =Fe/2,Cr/3,Mo/3,Cu/1,Nb/4,Mn/2
其他金屬
Mg M14142 Mg/ 2
Mo R03600
Ag P07016
Ta
Sn
Ti
Zn
Zn/ 2 Zr R60701 Zr/ 4 Pb L50045
Cu/1 91 38 Cu/2
Cu/1 91 51 Cu/2 Cu/1 91 58 Cu/2 91 37
Cu/1 631 55 Cu/2
Cu/1 581 07 Cu/2
Fe/2,Cr/3 251 12 Fe/3,Cr/3
Fe/2,Cr/3 251 94 Fe/3,Cr/3
Ni/2 291 36 Ni/3
Fe/2,Cr/3 261 41 Fe/3,Cr/3
(1) 251 46 (2)
(2) =Fe/2,Cr/3,Mo/4,Cu/2,Nb/5,Mn/2
Ti/2 23195 Ti/3
32168
22180
Pb/ 2 103159 Pb/4
59134 Sn/4 291 67
9132
9142
9155
311 77
311 86181 99 Fe/3,Cr/6 151 72 181 45 Fe/3,Cr/6 161 28191 57 251 44 Fe/3,Cr/6 201 7322
1 22 (3) 221 04
(3) =Fe/3,Cr/3,Mo/6,Cu/2,Nb/5,Mn/2
231 98 Mo/6 151 99
151 97 Ti/4 111 98
511 80
注 : ① EW值不依賴所選的單位系統 ,是無量綱量。
②合金元素含量假設取為中值。計算中不包括質量含量低于 1%的合金元素。
③僅常原子價組使用。
腐蝕率計算的誤差討論 :
(1)原子價不正確會導致誤差 [ 10 ]。
(2)
計算中假設產生的腐蝕是均勻腐蝕 ,對產生的非均勻腐蝕 ,使用此方法會在一定程度上低估實際值。
(3)
大多數非金屬或包括已氧化材料的合金可能不能用上述方法處理。
(4)
由上述方法計算出的腐蝕率 ,對于磨蝕或浸蝕為金屬損失的主要原因時 ,會明顯地低估金屬損失率。
2 腐蝕量計算
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