室内环境加速腐蚀试验技术

国内外普遍认为室内环境加速腐蚀试验不能简单代替自然环境腐蚀暴露试验，实验室加速腐蚀试验的评价标准依赖于室内外腐蚀试验的相关性。

由于理论性强、环境多样、影响因素多、数据和案例积累不足，具有良好室内外相关性的加速腐蚀试验技术长期发展迟滞。因此，发展系列化材料环境加速腐蚀评价新理论和新技术具有重大实用价值和科学意义，也是钢铁材料环境试验技术研究中的重点之一。下面分别从大气、海水和土壤环境腐蚀室内模拟加速试验技术的发展进行介绍。

早期的大气腐蚀室内模拟加速方法主要采用湿热试验法， 包括通入 SO2、 H2S 、 CO2等进行模拟腐蚀性气体的加速腐蚀试验。ASTM 在 1962 年制定了三种盐雾试验标准 , 即中性盐雾试验、醋酸盐雾试验和醋酸氯化铜盐雾试验。目前，盐雾试验仍然是海洋性大气腐蚀加速模拟试验最常用的方法。但大量试验证明， 盐雾试验方法仅能作为一种人工加速腐蚀的试验方法， 并不能很好地对海洋等含氯离子的环境进行模拟。各种单一的盐雾试验对大气暴露的模拟性都不好，其主要原因是盐雾试验不具有“湿润 -干燥”循环过程，在自然大气条件下，试样上由雨、雾等形成的液膜有一个由厚变薄、 由湿变干的周期性循环过程。因此，有学者提出了带干燥过程周期性盐水喷雾的盐雾复合试验方法。日本学者在 1980 年提出一种周期浸润复合循环试验的方法， 这种加速模拟方法具有良好的再现性。Pourbaix 采用这种方法研究大气腐蚀， 通过周期性浸入蒸馏水、 NaHSO3或 NaCl 溶液，分别模拟加速乡村气氛、工业气氛和海洋气氛下的大气腐蚀情况，研究表明，几个星期的实验可与一年或更长时间的自然曝晒相匹配。

近年来，国外学者又将周期喷雾、周期浸润等试验综合起来，出现了多种环境因子循环复合腐蚀试验。不仅实现了对温度、相对湿度、干湿频率、干 /湿交替、污染物 SO2、 CO2含量和风速等环境因子的控制， 还可以模拟多种气象条件下的大气腐蚀，获得与真实大气暴露试验相近的数据。目前，国际上对模拟大气腐蚀加速试验的研究已从获得单一或几个环境因素向多因子复合加速腐蚀的方向发展。在进行加速试验研究时， 并不是对大气腐蚀现象的模拟，而是对大气腐蚀本质规律的模拟。多年来材料大气环境当量加速试验环境谱的研究一直受到国内外学术界和工程界的高度重视， 特别是发达国家关于腐蚀环境对飞机结构等装备寿命影响规律， 腐蚀环境下寿命预计方法， 结构的腐蚀控制以及结构模拟件试验室加速腐蚀试验技术及环境谱等方面进行了许多卓有成效的研究 。

采用室内模拟加速实验方法， 在大量腐蚀数据积累基础上， 国家材料环境腐蚀平台综合研究中心针对现场条件，特别是西沙高温、高湿、高盐雾的海洋大气，确定符合西沙大气环境特征的模拟溶液，设计了周期浸润 + 盐雾腐蚀环境谱室内加速试验方法，设计了周期浸润腐蚀试验箱、 微量腐蚀性气体环境试验箱等系列大气腐蚀加速试验装置， 简便快速的电化学测试装置及可自动控制薄液厚度的电解池装置， 开发了适用于薄层溶液电化学测试的参比电极等大气腐蚀机理研究测试技术。在大气腐蚀加速腐蚀试验系列化技术基础上， 对大气室外暴露材料的实际情况、影响因素、灰色关联分析、环境谱编制和室内加速试验进行了系统研究，建立了一套较为系统、可靠的环境谱加速试验方法和寿命评估理论体系，先后在航空、航天、电子、汽车等行业获得广泛应用。

海洋环境是材料腐蚀最严酷的自然环境之一。实海腐蚀挂片试验是海洋环境下可靠的腐蚀试验方法，但这种试验周期长、耗资大，为了短时间取得大量的试验数据，制定了海洋腐蚀室内模拟加速试验方法和评价技术，作者团队研制了一系列新型的海洋腐蚀室内模拟加速试验装置和深海环境腐蚀性能模拟加速试验装置，并对浅海及深海环境下的材料的腐蚀加速试验进行了研究。

海洋腐蚀模拟加速试验技术及系列装置

海洋腐蚀室内模拟加速试验装置实现了干湿交替、不同腐蚀性气体环境控制及模拟不同海洋腐蚀区带（海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区）的功能， 可同时进行多种因素复杂海洋环境条件下的室内模拟 / 加速腐蚀试验和电化学测试，适用于实验室内开展多种金属材料在海洋环境下的腐蚀模拟加速试验。

经验证， 模拟加速试验装置可模拟海洋多区带腐蚀及海洋冲刷腐蚀行为， 图 3 中的材料深海环境腐蚀性能试验装置， 利用流动循环系统控制海水的物理化学参数（如溶解氧、温度、压力和盐度等），压力可以加至 50 MPa 以上（仅以压力换算，相当于 5 000 m 深海）。该装置真实地模拟钢铁材料在实际深海环境中低温高压工况，解决现有深海试验获取实验数据时间长， 数据类型单一，以及静态高压釜不能真实模拟实际深海环境等的问题。使用该装置可以了解典型金属材料在模拟深海环境不同压力、介质等特征下的腐蚀行为，图 4 给出了 X70 管线钢在模拟不同深度海水环境下表面腐蚀行为 。

（ a ） 0 m 表面 （ b ） 0 m 内层锈 （ c ） 860 m （ d ） 1 200 m

图 4 X70 钢 U 形弯试样在不同模拟深度条件下浸泡后的宏观形貌照片

影响钢铁材料土壤腐蚀的环境因素复杂，利用短期加速腐蚀试验结果预测钢铁材料长期的腐蚀行为及使用寿命一直是环境腐蚀试验与评估技术的难点之一。目前，我国已研发出系列钢铁土壤腐蚀试验用装备与评价方法，开发了土壤腐蚀模拟加速试验箱，以及用于沟槽腐蚀敏感性测试和评价技术，这些方法及其相关标准已在工业界推广应用，促进了新型耐蚀高强管线钢的评价与研发。

国家材料环境腐蚀平台选择具有代表性的鹰潭土壤和库尔勒地区土壤为主要研究对象， 另选国内其它 6 种典型地区的土壤作为对比， 对钢质管道在典型土壤环境中的腐蚀类型进行分析。通过对 Q235 钢、 X70 钢 ～X120 钢等材料的腐蚀数据分析，从均匀腐蚀、点蚀和应力腐蚀三个角度分别建立和甄别土壤腐蚀性评价指标，应用灰度关联模型， 结合遗传算法等数据关联性分析手段，遴选出土壤电阻率、含水量、土壤 pH 值、土壤质地、氧化还原电位、管地电位、含盐量和 Cl-含量等作为土壤腐蚀性关键环境参数，进而建立了基于这 8 项土壤性质指标的“埋地钢质管道土壤腐蚀性综合评价方法”。经过 8 个国家级土壤站的既有数据验证，上述方法与实际数据高度吻合。与国外方法（ DIN-50929 和 ANSI A21.5 ）相比，该方法不仅采用了国际通用的多指标土壤腐蚀性评价方法， 还弥补了国际主流标准中土壤腐蚀性评价方法实用性差的不足， 提高了多指标土壤腐蚀性综合评价方法的实用性和评估的准确性 。

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