[发明专利]一种带锈钢样锈层与基体结合性能的测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于钢铁腐蚀检测技术领域，涉及一种带锈钢样锈层与基体结合性能的测试方法及装置，特别适用于定量测试带锈钢样表面锈层与基体的结合程度。

背景技术

钢的腐蚀是一个普遍而严重的问题，其中大气腐蚀造成的损失约占全部腐蚀损失的一半。而每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%～4%。目前，全世界每年因钢结构腐蚀造成的经济损失已高达数千亿美元以上；因此，为了解决钢在大气中容易腐蚀的问题，人们研制开发了耐候钢。耐候钢相对于碳钢来说具有良好的耐大气腐蚀性能，主要原因之一是经过长期大气暴晒，在其表面上形成了与基体结合牢固、稳定致密的保护性锈层，其阻碍了腐蚀介质的进入；而在碳钢表面形成的锈层疏松，与基体结合性能不够牢固、易脱落、且有微裂纹存在，故对基体不能起到保护作用。

为了评价耐候钢及碳钢在不同类型大气环境中所形成锈层对基体的保护作用，特别是锈层与基体的结合性能，目前查到的相关方法有：张全成等人发表的“耐候钢表面保护性锈层与基体结合强度的研究”，他们是用压痕法测量耐候钢板锈层/基体体系的界面结合强度。此方法需要对钢样表面锈层进行减薄，之后用硬度计在施加一定的载荷下进行压痕试验，取其开裂或剥落直径以考察耐候钢锈层与基体结合性能。此方法需要固定的硬度计设备，测试后会破坏钢样的基体表面，不能继续开展下一步的腐蚀速率测试。刘国超等人发表的“Cu、Mn的协同作用对低合金钢在模拟海洋大气环境中腐蚀的影响”，他们是用增重法、扫描电镜、X射线衍射、电子探针和X射线光电子能谱等手段研究在模拟海洋大气干湿交替环境下16Mn钢和Cu-Mn耐候钢腐蚀锈层的增重规律、锈层的生长形态、物相、锈层中元素及其化学状态。增重法是在其锈层形成过程中体现出锈层的增长速度，并不能体现出锈层与基体的结合性能；扫描电镜是观察锈层的形貌；X射线衍射是测试锈层物质的物相结构；而电子探针和X射线光电子能谱分别是对锈层进行元素深度分析及合金元素的化学状态分析。它们都不能直接反应锈层与基体的结合性能，并且所用设备非常昂贵。邹妍等人发表的“海洋环境中碳钢表面锈层的性质及研究方法”，他们主要是论述碳钢表面锈层的形貌、组成及形成机理，分别利用电化学阻抗方法测量锈层的导电性和多孔性，利用重量法和电化学技术测量金属材料的腐蚀速度。与测试锈层与基体的结合性能关系不大。

综上所述，目前还没有可以不破坏金属基体表面，并且能够简便易行、定量地测试带锈钢样锈层与基体结合性能的方法及装置，以满足研究在不同环境中不同钢种表面形成的锈层与基体的结合性能，从中反应材料在其相应环境中的耐蚀性。

发明内容

针对上述测量金属基体表面带锈钢样锈层时存在的问题，本发明提供一种即不破坏金属基体表面又可以简便易行、定量地测试带锈钢样锈层与基体结合性能、并且兼顾到可以同时测试出其钢样的腐蚀速率的方法和装置。

本发明采取的具体技术方案如下：

第一步：取经过打磨的试验钢样进行脱脂和中和处理，清洗及脱水后测量试样长宽高，并计算其表面积为S（精确到0.01mm²），称量其质量为M₀（精确到0.1mg）。

第二步：将钢样放入周期浸润腐蚀设备等腐蚀环境中开展腐蚀试验。

第三步：经过一定周期试验后，将带锈钢样从腐蚀环境中小心取出，避免磕碰掉附在钢样表面的腐蚀产物。

第四步：将带锈钢样放入温度≥40℃的去离子水中，以20±2次/min.的速度左右摆动，溶解由腐蚀环境中的盐类带到钢样表面的物质，如NaCl、Na₂SO₄、Na₂SO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、NaF、MgCl₂、CaCl₂、KCl、KBr等，避免这些物质带入钢样锈层中形成杂质，影响测试数据的准确性。去离子水温度<40℃，钢样表面的盐类不易溶解；摆动速度高于22次/min.，会使带锈钢样表面的腐蚀产物脱落，摆动速度低于18次/min.，其钢样表面腐蚀产物上的盐类难以去掉。

第五步：将除盐后的带锈钢样用表面皿盛起放入105±1℃的恒温箱中，保温2h，去除钢样表面锈层中的水分。

第六步：从恒温箱中小心取出带锈钢样，放入干燥器中冷却至室温，再用天平称量带锈钢样的质量为M₁₁（精确到0.1mg）。