[發(fā)明專利]一種異種金屬材料電偶腐蝕的當量加速折算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011017822.2
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN113820266A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 龍開琳;劉風坤;黃毅;李作祥;朱化強
• 申請（專利權(quán)）人: 貴陽職業(yè)技術學院
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N17/02
• 代理公司: 貴州啟辰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52108
• 代理人: 趙彥棟

1.一種異種金屬材料電偶腐蝕的當量加速折算方法，其特征在于，該方法基于單一金屬材料腐蝕當量折算原理，推理至異種金屬材料相接觸電偶腐蝕當量折算，同時區(qū)分出純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕和非純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕的當量折算，具體折算方法如下：

I、基于單一金屬材料腐蝕當量折算原理；

(1)度量參量選取：由電化學原理可知，金屬腐蝕(包括電偶腐蝕等)主要是由電化學腐蝕引起，陽極失去電子發(fā)生氧化反應，陰極得電子發(fā)生還原反應。腐蝕電流I_c能夠較為準確地度量環(huán)境對金屬腐蝕的影響，有較為嚴格的當量關系；因而，本文采用腐蝕電流I_c作為度量參量進行服役環(huán)境與實驗室條件之間的當量折算。

(2)當量折算原理：假設裝備服役環(huán)境的作用時間t，則t時間內(nèi)的金屬電量為：

Q＝I_c·t (1)

由于服役環(huán)境因素的影響，金屬的腐蝕是時強時弱呈譜狀變化，腐蝕電流I_c也隨時間而變化；因此，在服役環(huán)境下，結(jié)合法拉第定律，在t1至t2時間內(nèi)金屬的腐蝕電量Q可用積分形式表示為：

式(2)中，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。

在實驗室條件下，對于同一金屬構(gòu)件，由選定的加速環(huán)境譜進行試驗，腐蝕電流為I′_c在t1′至t2′試驗時間內(nèi)金屬的腐蝕電量Q′用積分的形式可以表示為：

按腐蝕損失等效原理，對同種金屬材料構(gòu)件，使用服役環(huán)境條件中的腐蝕電量Q等于在實驗室條件下的腐蝕電量Q′，即可建立兩種環(huán)境下的等量關系，即：

為使問題簡化，將腐蝕電流I_c與I′_c作為常數(shù)討論，并設t＝t1-t2，t′＝t1′-t2′，則式(4)可以寫成：

I_c·t＝I′_C·t′ (5)

由式(5)可得：

由式(6)可知，可通過改變試驗條件，如改變溫度、濕度、鹽霧等方法提高腐蝕電流為I′_c，縮短試驗時間t1′，已到達實驗室條件下加速的目的；

(3)當量折算系數(shù)

令式(6)可以改寫成：

t′＝α·t (7)

α定義為當量折算系數(shù)，環(huán)境譜經(jīng)等損傷當量折算后，在實驗室加速環(huán)境譜的作用下，試驗時間縮短α倍，可實現(xiàn)與服役環(huán)境等腐蝕損傷加速試驗的目的；

無論是針對單一的金屬材料還是相接觸的異種金屬材料，依據(jù)法拉第定律，金屬腐蝕量總是與腐蝕電流密切相關，因此，以上的當量折算原理均使用；

II、異種金屬電偶腐蝕的當量加速折算

兩種不同腐蝕電位的金屬相互接觸形成電偶時，在腐蝕電位較低的金屬材料上除了它自身的發(fā)生腐蝕外，還由于同腐蝕電位高的金屬材料接觸所形成的短路的原電池的作用而使陽極溶解；依據(jù)腐蝕電化學原理可知，同腐蝕電位高的金屬材料接觸所形成的原電池本質(zhì)上是對腐蝕電位低的金屬材料的自身腐蝕進行加速，而不是引起新的腐蝕；因此，相對于單一金屬，異種金屬相接觸形成的電偶腐蝕是在加速陽極金屬材料自身的腐蝕；

綜上所述，異種金屬相接觸發(fā)生電偶腐蝕時的腐蝕電流I_c等于K倍的陽極的自腐蝕電流I_s，即：

I_c＝K·I_s (8)

式(8)中，I_c為腐蝕電流，I_s為金屬陽極的自腐蝕電流(未偶接前)；K為電偶腐蝕增大效應，數(shù)值大小與環(huán)境條件(溫度、濕度、鹽霧等)相關的因素。

因此，α可以改寫為：

式(9)中，I_c、I_s、K為溶液1的腐蝕電流、金屬陽極的自腐蝕電流(未偶接前)、環(huán)境條件(溫度、濕度、鹽霧等)相關的因素；I′_c、I′_s、K′為溶液2的腐蝕電流、金屬陽極的自腐蝕電流(未偶接前)、環(huán)境條件(溫度、濕度、鹽霧等)相關的因素；

a、純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕

異種金屬相接觸后，陽極金屬主要進行陽極氧化(溶解)反應，在它表面上去極化劑陰極還原反應的速度小到可以忽略不計；與此同時，在陰極金屬表面主要進行去極化劑的陰極還原反應，它的陽極氧化(溶解)反應速度小到可以忽略不記。腐蝕電流i_c，也即腐蝕電偶陽極的金屬陽極溶解電流與接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流I_g相等；

I_c＝K·I_s＝I_g (10)

式(10)中，I_g為接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流；K為電偶腐蝕增大效應，數(shù)值大小與環(huán)境條件(溫度、濕度、鹽霧等)相關的因素；

因此，式(9)可以改寫成：

式(11)中，I_g為溶液1的接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流；I′_g為溶液2的接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流；

b、非純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕

陽極、陰極金屬表面有雜質(zhì)，且雜質(zhì)含量不可忽略情況下，陽極金屬表面上去極化劑的陰極還原反應不可忽略，而且陰極還原反應速度由擴散控制了；在此種情況下，異種金屬接觸后，陽極金屬的溶解電流密度要比接觸腐蝕電偶的外電路中測得的陽極電流密度大，也即當陽極金屬面積相等的情況下，腐蝕電流I_c大于接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流I_g；

式(12)中，A₁為陽極金屬面積；A₂為陰極金屬面積；

因此，式(9)可以改寫成：

綜上所述，純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕情況下，當量折算系數(shù)α為兩不同溶液或環(huán)境條件下的接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流之比；非純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕情況下，當量折算系數(shù)α為兩不同溶液或環(huán)境條件下的金屬陽極的自腐蝕電流(未偶接前)之比；當量折算系數(shù)α可以表示為：

式(14)中，a為純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕情況；b為非純陽極和純陰極組成的電偶腐蝕情況；I_g、I′_g為兩不同溶液或環(huán)境條件下的接觸腐蝕電偶的外電路中測得的電流；I_s、I′_s為兩不同溶液或環(huán)境條件下的金屬陽極的自腐蝕電流(未偶接前)。