不銹鋼在兩種腐蝕試驗方法的結果比較

文 | 廣州威凱檢測技術研究院 駱漢英

不銹鋼在兩種腐蝕試驗方法的結果比較

文 | 廣州威凱檢測技術研究院 駱漢英

通過標準GM 9540P和GMW 14872兩種方法的試驗，評價了不銹鋼SUH 409L、B409和409DG的耐蝕性，兩種方法的結果表明三種不銹鋼的耐蝕性能由強至弱依次為SUH 409L〉B409〉409DG。

不銹鋼；循環腐蝕；失重

金屬材料腐蝕是一個普遍的問題，存在于國民經濟的各個領域。金屬制件成品前后存放于自然環境，其腐蝕環境即為大氣自然環境。汽車零部件制造的材料以金屬為主，車輛的金屬零件的腐蝕，不僅會影響其品質及壽命，而且因其腐蝕異常的零件極易引發交通事故，甚至造成車毀人亡的慘劇。因此對材料的耐蝕性評估尤其顯為重要。大氣腐蝕是一個漫長而復雜的過程，材料的壽命評估可能要經過幾年甚至十幾年。受經濟成本制約，評估材料壽命方法分為自然大氣腐蝕試驗和人工加速腐蝕試驗。目前人工加速腐蝕試驗常作為評估材料耐蝕性的一種快速有效而經濟的試驗方法。

溫度、濕度和腐蝕介質是引起材料腐蝕的三個因素。目前試驗室常用的加速腐蝕試驗方法如中性鹽霧試驗、銅加速乙酸鹽霧試驗和循環腐蝕試驗等方法，它們都具備了溫度、濕度和腐蝕介質三種基本要素，但是中性鹽霧和銅加速乙酸鹽霧試驗中的溫度、濕度和腐蝕介質是單一的，且僅僅模擬了大氣環境

一、中性鹽霧和循環腐蝕試驗參數對比

中濕的過程，其腐蝕機理與大氣腐蝕機理不完全一致。我們知道現實的大氣環境是復雜而多變的，一年有四季之分，有晴、雨、陰天之分，且還受周圍的污染物影響，所以一種理想循環腐蝕試驗方法應該盡量模擬大氣環境的干、潮、濕三種過程，重點應模擬干濕交替轉化過程，并能較快地、重現性良好地體現最終腐蝕結果。隨著對腐蝕機理深入研究，上世紀六七十年代，發展了循環腐蝕試驗，以期對腐蝕的評估更為準確。

循環腐蝕試驗主要影響因素有腐蝕介質、噴霧、濕熱周期和干燥周期。通過不同組合與循環來模擬汽車零部件在大氣腐蝕環境中的不同腐蝕過程。

通過對中性鹽霧、循環腐蝕試驗和戶外自然狀態下試驗結果對比，結果表明循環腐蝕試驗比中性鹽霧試驗更加接近戶外自然狀態下腐蝕情況。目前許多世界先進的汽車制造公司都將循環腐蝕試驗方法作為評價汽車零部件耐腐蝕性能的認可方法。

通過表1可以得知：中性鹽霧試驗僅僅模擬了大氣腐蝕過程中濕的過程，其試驗結果與戶外自然狀態下的腐蝕情況存在一定的差異。GM 9540P和GMW 14872兩種試驗方法的條件是極其相似，都模擬了大氣環境腐蝕的全部三個過程，是一種相對較理想的評價汽車零部件耐自然環境下的腐蝕試驗方法。

表1.

二、試驗部分

1.材料： 不銹鋼SUH 409L，409DG，B409

2.主要試驗設備：CCX3000循環腐蝕試驗箱

3.試驗方法：

排氣系統中的部件是汽車腐蝕最嚴重的部件。其外部受到沙礫的沖擊，內部受到高溫廢氣和低溫冷凝水的腐蝕，其腐蝕穿孔是常見的事。就排氣管在不同環境條件的腐蝕情況，本試驗選用了兩種循環腐蝕試驗方法進行腐蝕評估。

3.1.M 9540P方法option Ⅸ示意圖：（如圖1）

1循環=24h,共80個循環。此方法是用來模擬排氣管在工作狀態下的腐蝕情況。

3.2.MW 14872方法option 5示意圖：（如圖2）

1循環=24h,共70個循環。此方法用來模擬排氣管在汽車停止工作之后尚有廢氣的情況下的腐蝕情況。

4.試驗過程

將試樣用丙酮除油，蒸餾水沖洗，酒精脫水，干燥后放入干燥器內靜置24小時，稱重，精確至0.1mg。按照上述試驗方法進行試驗。試驗結束后，將試樣用去離子水清洗，吹干并輕輕打磨掉表面的銹層。用50%HCl溶液+35g/L EDTA配成的試劑去除腐蝕產物，再用去離子水清洗，酒精脫水，吹干放入干燥器內靜置24小時，稱重，計算腐蝕失重。

5.試驗結果

5.1.面腐蝕形貌（如圖3、圖4）

5.2.蝕失重（如圖5、圖6）

三、結果討論與分析

圖3 為SUH409L、409DG和B409不銹鋼樣品經過GM 9540P方法option Ⅸ循環腐蝕試驗后的表觀。可以看出腐蝕產物覆蓋了整個樣品表面，綜合腐蝕失重數據看，其腐蝕程度比圖4的嚴重。這是因為樣品經歷了兩種腐蝕過程，即干腐蝕（高溫氧化）和水溶液腐蝕（濕腐蝕）。

圖1.

圖2.

樣品首先經過高溫階段，發生高溫氧化形成氧化膜（樣品變成灰黑色），樣品冷卻至室溫，在降溫過程中氧化膜受熱應力和熱疲勞作用，會發生開裂和剝落。進入噴霧周期，這些疏松多孔的氧化膜為空氣中的氧和腐蝕介質提供了通道，當鹽水均勻地噴灑在樣品的表面，腐蝕介質很容易粘附在金屬表面進而發生反應形成腐蝕產物；在高濕條件下，腐蝕加速進行；當濕度下降到一定的程度后，樣品處于干燥狀態，水膜不斷蒸發，反應生成的腐蝕產物和鹽晶體沉積下來。因為高溫氧化加劇了金屬的腐蝕進程，所以樣品在第一個循環就出現均勻腐蝕（即腐蝕產物覆蓋整個樣品表面）。當樣品再次進入高溫階段，由于積鹽吸附在樣品表面，此時的氧化反應變成了熱腐蝕反應。具有保護作用的氧化膜在沉積的液體熔鹽不斷溶解而遭到破壞，結果造成材料的加速腐蝕。

圖7.GM 9540P方法option Ⅸ循環腐蝕順序圖

從第一個循環結束后樣品將按照圖7順序不斷循環腐蝕。腐蝕程度隨著時間的延長而不斷加劇，表面腐蝕產物為紅褐色呈顆粒狀或小片狀。樣品進入腐蝕加速期，腐蝕產物大量剝落。從圖3可以看出樣品均有銹層剝落現象，其腐蝕失重B409為13.2%，SUH409L為8.4%，409DG為16.6%。

圖4 為SUH409L、409DG和B409經過GMW 14872方法option 5循環腐蝕試驗后的表觀，可以看出腐蝕是從局部點開始。因為樣品沒有經過高溫階段，在自然環境下樣品表面有凝聚態水膜，對金屬具有一定的保護作用。當鹽水潤濕樣品，腐蝕介質容易吸附樣品的薄弱環節如縫隙、蝕坑、裂紋等內部積聚形成閉塞電池，產生局部腐蝕；進入濕熱階段，腐蝕加速進行；當濕度下降到一定的程度后，樣品處于干燥狀態，水膜不斷蒸發，反應生成的腐蝕產物和鹽晶體沉積下來。當干燥的銹層時，氧氣和鹽水比較容易進入底材，腐蝕進一步加劇。隨著時間的延長腐蝕面積不斷擴大，并逐漸發展為片狀腐蝕區，最后表面布滿腐蝕產物（如不銹鋼409DG）。表面腐蝕產物凹凸不平。腐蝕產物呈塊狀或粒狀。

從圖片和失重數據可以看出不銹鋼409DG在GMW 14872方法option 5中腐蝕比較嚴重，腐蝕失重達到25.4%，SUH409L為1.2%，B409為1.5%。

除去表面腐蝕產物后發現，兩組樣品均分布大量腐蝕坑，不銹鋼409DG局部出現大量孔洞，腐蝕比較嚴重。

四、結論

由以上試驗和測量數據得出：

（1）不銹鋼SUH409L、409DG和B409經過GM 9540P和GMW 14872兩種加速腐蝕試驗后，表面腐蝕產物隨腐蝕時間的延長不斷增多，腐蝕產物呈塊狀或顆粒狀。由于兩組試驗的腐蝕機理不同，出現的腐蝕形貌也不相同，經過GM 9540P方法option Ⅸ 試驗的樣品出現的是均勻腐蝕；而經過GMW 14872方法option 5 試驗的樣品出現的是局部腐蝕。

（2）針對排氣管在不同環境條件下的腐蝕情況，本試驗選用兩種試驗方法進行材料耐蝕性評估，從腐蝕失重數據可以看出兩種試驗方法的結果是一致的，三組不銹鋼的耐蝕性能由強至弱依次為SUH 409L〉B409〉409DG。

1.肖紀美，曹楚南《材料腐蝕學原理》，2002

2. GM 9540P《Accelerated Corrosion Test》

3. GMW 14872《Cyclic Corrosion Laboratory Test》

4. 朱純金，唐海龍《汽車零部件大氣環境腐蝕試驗技術探討》，2008

Result Contrast With Two Corrosion Test Method of Stainless Steel

According to the standards of GM 9540P and GMW 14872,this paper evaluates the corrosion resistance of three different kinds of stainless steel. The result of two test methods showed that corrosion resistance of stainless steel SUH 409L was best, while that of stainless steel 409DG was worst.

stainless steel；cyclis corrosion；mass loss

駱漢英，女，漢族，1979年2月生，助理工程師，于廣州威凱檢測技術研究院從事人工加速腐蝕試驗檢驗工作。