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1、装备与自然环境试验提高篇,制作：胥泽奇,2012年10月,目录,大规模专业培训,BZ,概述 1.1 金属腐蚀试验 1.2 腐蚀试验设计 1.3 腐蚀检测和评定方法 腐蚀试验与腐蚀评定方法,大规模专业培训,BZ,第1章 装备用金属材料腐蚀试验方法,2.5 晶间腐蚀试验与评定 2.6 应力腐蚀试验与评定 2.7 腐蚀疲劳试验与评定 2.8 海水环境试验,2.1 均匀腐蚀试验与评定 2.2 点蚀试验与评定 2.3 缝隙腐蚀试验与评定 2.4 电偶腐蚀试验与评定,1.1 金属腐蚀试验,大规模专业培训,BZ,1 概述,筛选评定材料的耐蚀性；测定某一新材料对各种环境的耐蚀性；为研制新材料品种，选择最佳成分
2、和配方进行筛选试验；测定防腐蚀措施的有效性及寻找最佳参数,第1章,腐蚀试验研究方法的分类,大规模专业培训,BZ,按不同自然环境分类：,按不同的环境分类：,大气环境试验海水环境试验土壤环境试验,自然环境试验实验室试验,ISO/DIS 8565金属和合金 大气腐蚀试验 野外试验的一般要求GB/T 141652008金属和合金 大气腐蚀试验 现场试验的一般要求GB/T 197472005金属和合金的腐蚀 双金属室外暴露试验 ,ASTM G522006金属及合金在表层海水中暴露和评定规范GB/T 57761986金属材料在表层海水中常规暴露腐蚀试验方法和GB/T 63841986船舶及海洋工程用金属材
3、料在天然海水环境中的海水腐蚀试验方法,第1章,大规模专业培训,BZ,1.2 腐蚀试验设计,明确腐蚀研究目的理解试验方法的原理，实验技术和限制条件选用符合腐蚀机理的腐蚀科学理论严格地规定有关因素，保证试验结果的复现性正确地采集数据、处理结果,第1章,2.1 均匀腐蚀大气环境试验,20钢户外暴露 a.7天 b.15天 c.30天,该类试验通常在户外暴露场进行试验。试验样品多为平板状。金属及其覆盖层、涂层试验样品等表面应无划痕、裂纹、剥离、结疤、明显压凹痕等任何缺陷。,2 腐蚀试验与腐蚀评定方法,第1章,户外暴露场,2.1 均匀腐蚀实验室试验,盐雾试验、湿热试验及其组合试验试验样品：不锈钢裸板，75
4、mm150mm0.60mm。参照标准：JASO M609汽车材料锈蚀试验方法。,原始形貌 26小时 336小时 1000小时 1440小时 1600小时,不锈钢裸板盐雾试验和湿热试验不同循环周期的宏观形貌,第1章,2.1 均匀腐蚀腐蚀评定,质量指标是把金属因腐蚀而发生的质量变化换算成单位金属表面积在单位时间内质量变化的数值，通常用腐蚀率表示，见公式,第1章,式中： V腐蚀速率，g/(m2a)； Wo金属的初始质量，g； Wt金属表面除去腐蚀产物后的质量，g； S金属的表面积，m2； t腐蚀进行的时间，a。,2.1 均匀腐蚀腐蚀评定,深度指标是指金属的厚度因腐蚀而减少的量，以线量单位表示，并换算
5、成单位时间内的减少的量，还可按公式将腐蚀的质量损失指标换算成腐蚀深度指标。,第1章,式中：VL腐蚀深度，mm/a； V腐蚀速率，g/(m2a)； 密度，g/cm3。,2.2 点蚀大气环境试验,30,200,铝合金7A52在海洋环境下点蚀形貌,点蚀的发生和分布具有随机性，根据点蚀现象可评价金属材料发生点蚀的倾向，判断已发生点蚀产品的剩余使用寿命，了解各种信息，研发新的耐点蚀材料，寻求防止点蚀的途径。,第1章,2.2 点蚀实验室试验,三氯化铁试验法用于测定不锈钢及含铬的镍基合金在氧化性的氯化物介质中的耐点蚀性能。,具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化曲线和点蚀特征电位,电化学试验方法测定点蚀
6、电位Eb和保护电位Ep法、擦伤电极法、小孔发展速率法,第1章,2.2 点蚀腐蚀评定,点蚀的检查： 外观检查 金相检查 无损检查,点蚀的评定：标准图表法 最大点蚀深度 统计分析方法 力学性能损失,点蚀程度的测定： 失重测量 点蚀深度测量,第1章,2.3 缝隙腐蚀大气环境试验,缝隙腐蚀属于局部腐蚀，一旦在某一区域产生严重的局部腐蚀后，由于小阳极大阴极效应，反而抑制了其它地区腐蚀的发生，因此，垫片朝下面缝隙腐蚀严重而朝上面完好。,铆（螺）搭接缝隙试样,第1章,2.3 缝隙腐蚀实验室试验,浸泡试验方法 三氯化铁试验 缝隙腐蚀的加速试验方法 多缝隙腐蚀试验 其它试验方法,电化学试验方法 标准试验方法 其
7、它电化学试验方法,浸泡试验用的几种简缝隙试样,第1章,2.3 缝隙腐蚀腐蚀评定,缝隙腐蚀的发生非常复杂，具有不可预测性，应用统计的方法进行评估才能科学解释试验数据。发生缝隙腐蚀的概率P（%）用公式计算：,式中：P发生缝隙腐蚀的概率，%； Np发生缝隙腐蚀的试样数； N试样总数。,第1章,2.4 电偶腐蚀大气环境试验,户外暴露的偶对试验样品,偶接试样的结构可采用叠加、搭接、缠绕等多种形式。一般片状试片组成的偶接试样宜采用叠加形式的偶接结构。,1-阳极试片；2-阴极试片；3-螺栓；4-金属垫圈；5-绝缘垫圈；6-绝缘套筒；7-螺母 采用矩形试片和螺栓连接的偶接试样,第1章,2.4 电偶腐蚀实验室试
8、验,将两种不同金属按规定的面积比例制成一定形状的试样，紧固在一起，构成一组电偶对试样，放入恒温水浴的电解液（化学纯氯化钠和蒸馏水或去离子水配制的3.5%NaCl水溶液）中进行试验。,第1章,测量偶接试样的电偶电位和电偶电流，同时测量对比试样的腐蚀电位。,2.4 电偶腐蚀腐蚀评定,将电偶电流测量结果绘制成电偶电流-时间曲线，以便了解电偶腐蚀速度变化过程和某一瞬时的电偶腐蚀速度。平均电偶腐蚀速度按公式计算：,式中：kc电偶平均腐蚀速度，g/(m2h)； Wc0阳极组元偶接试样试验后重量，g； Wc1阳极组元偶接试样试验前重量，g； W0阳极组元对比试样试验后重量，g； W1阳极组元对比试样试验前重
9、量，g； S阳极组元试样表面积，m2； t试验时间，h。,第1章,2.5 晶间腐蚀大气环境试验,晶间腐蚀只发生在特定的材料-环境体系，它的发生应同时满足两个基本条件，一是金属或合金本身晶粒与晶界的化学成份不同，进而导致两者之间存在一定的电位差；二是环境中存在一定的腐蚀介质，如Cl-、SO2等。,7B04铝合金海南万宁棚下暴露不同时间的腐蚀形貌,3个月 6个月 24个月,第1章,2.5 晶间腐蚀实验室试验, 酸性硫酸铜试验法 沸腾硝酸试验法 硫酸-硫酸铁试验法 硝酸-氢氟酸试验法 草酸电解浸蚀试验法,晶间腐蚀试验方法,供不同试验目的和不同材料的晶间腐蚀检测评定。,第1章,2.5 晶间腐蚀腐蚀评定
10、,a. 对经过规定暴露时间的试样，采用金相检查其有无晶间腐蚀，作为材料晶间腐蚀倾向的评定指标； b. 利用测微目镜测量晶间腐蚀的深度（点蚀和晶间腐蚀的总深度），按大小对多组试验材料进行排序。,第1章,考核金属材料在不同环境下发生晶间腐蚀的倾向以及敏感程度,评定方式,2.6 应力腐蚀大气环境试验,应力腐蚀试验类型和适用范围,第1章,第1章,2.6 应力腐蚀大气环境试验,户外暴露2D12铝合金预制裂纹DCB试样,户外暴露30CrMnSiNi2高强钢预制裂纹WOL试样,2.6 应力腐蚀实验室试验,介质：3.5%NaCl溶液中的交替沉浸试验：加载应力的试样在3.5%NaCl水溶液中浸泡10min，接着
11、暴露于空气50min，使试样完全干燥，连续往复间浸试验。暴露20d90d或更长的时间，定期取下试样，观察裂纹的出现和开裂的时间。,第1章,主要数据类型： 试样的断裂寿命 应力寿命曲线 应力腐蚀开裂临界应力 裂纹扩展速率,2.7 腐蚀疲劳大气环境试验,影响腐蚀疲劳的主要因素为力学因素、环境因素和材料因素。,大气动态载荷腐蚀试验装置基本结构,动载荷加载模块在拉伸试样上产生正弦波形的交变张力。电控系统完成试验过程的程序控制、试样数据的显示、纪录、拉伸试样断裂的远程报警等。,第1章,2.7 腐蚀疲劳实验室试验,疲劳失效（诱发开裂）试验和裂纹扩展试验,腐蚀疲劳试验的加载系统,具体加载方法, 单轴拉-压或
12、拉-拉往复加载 往复弯曲加载 旋转弯曲加载 扭转弯曲加载 应用计算机模拟加载 超声疲劳试验,腐蚀疲劳试验的分类,第1章,2.8 海水环境试验, 表层海水暴露腐蚀试验 表层海水是指从水面以上飞溅区和潮汐区到水面以下与表面海水组成相近的深度的海域范围内的海水。 海水长尺试验 采用电连接的方式，将单元试验样品串连组成长尺试验样品，进行长尺试验区的试验，从而评价该材料在长尺区的耐腐蚀性能。,第1章,深海试验各部分示意图,2.8 海水环境试验, 深海试验,第1章,概述2 自然环境试验方法3 实验室试验方法4 性能试验与评价方法5 微观形貌与性能分析,大规模专业培训,BZ,第2章 装备用高分子材料老化试验
13、方法,1 概述,第2章,1.1 高分子材料的老化过程简述,高分子材料老化过程示意图,（温度、时间、光、应力）,第2章,1.2 高分子材料老化试验设计原则, 首先明确高分子材料老化研究的目的与任务 设计高分子材料老化试验时要遵循： a. 不能引入材料自然环境老化系统中不存在的因素； b. 不能改变材料在典型环境中老化的机理； c. 通过加速某个典型自然环境的主要因素和条件来建立模拟 加速试验，如辐射强度、温度、湿度、雨水、污染物等 设计要满足模拟性、加速性和重现性三个基本原则,开展高分子材料老化行为及机制的研究，需要遵循:,2 自然环境试验方法,第2章,2.1 大气环境试验,高分子材料常用大气环
14、境试验为大气暴露试验，是将高分子材料暴露于典型自然环境中进行环境试验。,户外暴露试验 棚下暴露试验 库内暴露试验,第2章,2.2 自然环境加速试验,黑箱暴露试验 玻璃框下暴露试验 周期喷淋户外暴露试验,自然环境加速试验,跟踪太阳暴露试验,跟踪太阳反射聚能加速试验,第2章,3 实验室试验方法,3.1 气候试验,模拟大气环境的因素是：光、氧、热、湿度和降雨,氙弧灯老化试验荧光紫外灯老化试验碳弧灯老化试验金属卤素灯老化试验,气候试验,第2章,3.2 热老化试验,采用热老化箱进行老化试验，根据材料的使用要求和试验目的确定试验温度。,温度上限可根据有关技术规范确定，一般对于热塑性材料应低于其维卡软化点，对于热固性材料应低于其热变形温度，或者通过探索试验，选取不致造成试样分解或明显变形的温度。,将试样置于选定条件的热烘箱内，周期性地检查和测试试样外观和性能的变化，从而评价试样的耐热性。,第2章,3.3 湿热老化试验,湿热老化试验一般使用湿热试验箱， 要求在一定温度下（4060），保持较高的相对湿度（90RH以上）。,湿热循环控制图,第2章,3.4 臭氧老化试验,臭氧老化法通过模拟和强化大气中的臭氧条件，将橡胶试样在静态或动态应变条件下置于含有一定浓度的臭氧和温、湿度的环境中暴露，研究臭氧对橡胶的作用规律。,
