EW =W/n (2)
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 式中 :f i為合金中第 i種元素的質量因子 ;W i為合
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。
δhcor = K1 icor ρ EW (5)
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 R05210
Ta/ 5 Sn Ti Zn Zr
Zr/ 4 Pb L50045
Cu/1 91 38 Cu/2 9132
Cu/1 91 51 Cu/2 9142
Cu/1 91 58 Cu/2 9155
91 37
Cu/1 631 55 Cu/2 311 77
Cu/1 581 07 Cu/2 311 86Fe/2,Cr/3 251 12 Fe/3,Cr/3 181 99 Fe/3,Cr/6 151 72 Fe/2,Cr/3 251 94 Fe/3,Cr/3 181 45 Fe/3,Cr/6 161 28
Ni/2 291 36 Ni/3 191 57 Fe/2,Cr/3 261 41 Fe/3,Cr/3 251 44 Fe/3,Cr/6 201 73
(1) 251 46 (2) 221 22 (3) 221 04
(2) = Fe/ 2 ,Cr/ 3 ,Mo/ 4 ,Cu/ 2 ,Nb/ 5 ,Mn/ 2 (3)
= Fe/ 3 ,Cr/ 3 ,Mo/ 6 ,Cu/ 2 ,Nb/ 5 ,Mn/ 2
12115
Mo/ 3
151 99 Ag/ 1
Sn/4 291 67 23195 Ti/3 151 97 Ti/4 111 98 32168 22180
Pb/ 2 103159 Pb/4 511 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
材料腐蝕量應是材料腐蝕率對環境類型 /要素/強度作用時間的積分。在工程應用中 ,在假定材料腐蝕率 (或腐蝕電流密度 icor )在一段時間內不隨時間變化或分段變化的情況下 ,材料腐蝕量就是材料腐蝕率與環境作用時間乘積之和。對某單一環境類型 /要素 /強度 ,材料腐蝕量 2穿透量 (hcor )或質量損失量 (wcor )表示為
icor
hcor =K1 EWt(7)
ρ
wcor =K2 icor EWt(8)式中 :t為環境作用時間 ;穿透量單位與質量損失量單位見表 2。
表 2 法拉第方程中使用的常值 Table 2 Values of constants for use in Faraday’s equation
A
穿透率 icor ρ K1 K1
mpy μA/cm2 g/cm3 01 128 8 mpy ·g/ (μA ·cm) mm/a A/m2 kg/m3 3271 2 mm ·kg/ A ·m ·a
3
mm/ a μA/cm2 g/cm3 3127 ×10 -mm ·g/μA ·cm ·a B
質量損失率 icor K2 K2
2
g/ (m·d) A/m2 018953 g/ (A ·d) mg ·cm2/
mg/ (dm2 ·d) ( mdd) μA/cm2 01089 5
(μA ·dm2 ·d) mg ·m2/
3
mg/ (dm2 ·d) ( mdd) A/ m2 81953 ×10 -(A ·dm2 ·d)
材料所處的真實環境往往是由多種不同環境類型 /環境要素 /環境要素強度及其作用時間 2即環境譜組成 ,從工程應用上 ,可認為并假定大多數材料在不同環境下所產生的腐蝕不相關或弱相關 ,即為相互獨立并可線性疊加的 [5 ,11] ,在同一時 間內同時作用時也是這樣 (如果不是這樣 ,計算方法就需要加以適當調整以反映實際的作用過程)。那么 ,材料腐蝕量可表示為
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