金属和合金的腐蚀 双金属大气暴露腐蚀评定 征求意见稿

金属和合金的腐蚀双金属大气暴露腐蚀评定本文件规定并比较了大气腐蚀试验中金属和有覆盖层金属的双金属腐蚀评定方法。本文件适应于确定在自然大气环境中不同金属接触产生的腐蚀类型和程度。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T9797金属及其他无机覆盖层镍、镍+铬、铜+镍和铜+镍+铬电镀层（GB/T9797—2022，ISO1456:2009,MOD)GB/T9799金属及其他无机覆盖层钢铁上经过处理的锌电镀层（GB/T9799—2024，ISO2081:2018,MOD)GB/T10123金属和合金的腐蚀基本术语和定义（GB/T10123—2022，ISO8044:2020，GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法（GB/T228.1—2021，ISO6892-1:2019，MOD）GB/T16545金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除（GB/T16545—2015ISO8407:2009，IDT）GB/T14165金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要求（GB/T14165—2008，ISO8565:1992，IDT）ISO7599铝和铝合金的阳极氧化铝合金阳极氧化膜的一般规范（Anodizingofaluminiumanditsalloys—Generalspecificationsforanodicoxidationcoatingsonaluminium）ISO15510不锈钢化学成分（Stainlesssteels—Chemicalcomposition）ASTMG116大气电流腐蚀用线绕螺栓试验3术语和定义GB/T10123界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1测试试样testspecimens用于不同材料接触造成的双金属腐蚀评定的暴露试样。3.2对比试样referencespecimens与测试试样相同结构和设计，但制备、暴露和评定不遭受双金属腐蚀的试样，如与惰性、不导电材料或相同材料（非不同的材料）接触。3.3标准试样standardspecimens用于确定有双金属腐蚀的试验环境腐蚀性的试样。3.4空白试样controlspecimens与测试试样制备和评定方式相同，存放在不腐蚀可控环境下（而非在试验环境中）的试样。4方法概述和对比大气暴露腐蚀试验双金属腐蚀评定有几种方法。本文件对比并描述了其中三种方法。——矩形样板试验——垫圈试验——线绕螺栓试验表1给出了这几种方法的概述和对比。每种结构都有自己的优点，试验方法的选择应根据试验项目需要。矩形样板试验的主要优点是能够评定机械性能。垫圈试验的优点是不需要提前知道那种材料是阳极的唯一的方法。线绕螺栓试验的主要优点是暴露时间短。表1用于评估大气中双金属腐蚀的矩形样板、垫圈和线绕螺栓导电试验≥1年>90天无无需要提前知道那种材料不需要提前知道那种材需要提前知道那种材料在暴露试验过程中维持在暴露试验过程中维持在不拉断金属线情况下保持足够的金属线张力5试样准备5.1试样类型5.1.1概述当确定依赖于特定试验的双金属腐蚀风险时，试样不仅仅遭受因双金属影响而增长的腐蚀。例如，金属线螺栓试验中金属线张力可能影响依赖于特定应用的试验结果。所以，需要在第3章定义的哪几种类型的试样（测试试样、对比试样、标准试样和空白试样）取决于测试项目的目的。注：测试试样和对比试样影响的对比给出了双金属腐蚀相对的风险，但是当因为特定试样设计而没有如GB/T14165所述的平的或不规则的试样的使悬挂的金属线可以用作标准试样，如果容易获得，平板和与未来用途更加相似如测试项目中部分涉及机械性能评价，应使用空白试样。除非有其他规定，检测试样、对比试样和空白试样的材料、尺寸、切割方向、表面处理方法和其他阳极板参数应相同。5.1.2矩形样板测试试样见图1或图2。阳极板厚度应为1mm～6mm，长度应满足GB/T228.1拉伸试样要求。阴极板厚度应为1mm～6mm，对于贵金属，可在惰性材料，如塑料上铺上金属箔。在这种情况下，金属箔和惰性材料总厚度应为1mm～6mm。如果不知道哪种金属相对不活泼，那么两种金属中每种金属都要有一整套作为阳极的试样和一整套作为阴极的试样进行试验。试样表面应无可见缺陷，如轧制不均匀性、锈皮、分层、裂纹、孔隙、砂眼、划伤、凹痕。如没有裸眼观察到的可见表面缺陷，在交付或处理后，应按材料（产品）相关要求对表面进行检验。如果通过机械方式去除缺陷，试样的表面粗糙度（Ra)在应至少优于2.5μm，推荐为0.4μm～0.5μm包括切口边缘。有覆盖层金属板表面条件（包括切口边缘）应与相符合GB/T9797、GB/T9799、ISO7599或其他合适的与特定涂层相关正在制定中的国际、国家或地区标准。如果金属与有覆盖层的金属接触进行试验，只允许在阳极板的切口边缘有覆盖层的缺损。应使用垫圈和套管将螺栓和金属板隔离。两块金属板接触应通过压力实现。推荐使用陶瓷和其他长期不能退化的绝缘材料作为垫片材料。推荐使用聚乙烯或聚丙烯套管。螺栓应悬紧直到在样板之间获得良好的电连接。没有足够的扭矩会导致垫圈之间电阻过高，过高的扭矩会使套管破裂。当拧紧螺栓时，所有试样使用的扭矩应相同，典型的扭矩值为(1.0±0.1)Nm-1。除此之外，螺母拧紧一个好的规则是当所有组件接触后再额外拧四分之一圈。组装完成后，应使用电阻计验证螺栓和垫片之间电绝缘10kΩ)和试板之间的电因现场勘察，如果组装试件是干燥的，应重复进行电阻检测。如果电阻增加或其他松弛迹象，在不破坏组装试件的情况下，继续拧紧螺栓。接触损失的原因可能是使它们分开的垫片固体腐蚀产物积累造成的。另外一种原因可能是导致蠕变的长期应力造成非金属组件松弛。金属螺栓和垫圈应使用1.4301/X5CrNi18-10/304或含铬量更高的不锈钢制造，见ISO15510。试样应按照上述要求通过视觉和合适检测设备进行检查。在试验前，应立即使用有机溶剂（如乙醇、白节油）对试样表面和组装试件的其他部分进行脱脂处理。脱脂完成后，当带棉制或橡胶手套进行试验操作时，仅能接触试样的切口边缘。脱脂完成后，对于要通过失重进行腐蚀行为评价的测试试样和对比试样，除油后保存在有干燥剂（如硅胶）的干燥器中，时间不少于24h。在制备试样时，在表层应有一薄层有机涂层、胶、漆，例如可溶解在丙酮中的醋酸纤维素，以便阻止发生缝隙腐蚀。这层涂层应涂于阳极板除油表面，完全密封阳极板和阴极板之间缝隙，并且不会在阴极板上产生凸起。干燥后的涂层厚度不应超过10μm。在装配试样时，为了使金属板之间能够接触，涂层不能覆盖螺栓孔邻近区域。图1用于非失重标准进行评价的测试试样图2用于非机械性能标准进行评价的测试试样本试验用于组成试样的组件说明列于表2和图3。垫圈直径对于保持通过几何方式固定1：1的面积比是至关重要的。如果需要，厚度应通过表面打磨的方式进行调整。表2用于垫圈组装的组件直径 M6SM5×40A4————— ————— ———图3垫圈组件组成示意图可使用大气环境中整个试验期间内不发生退化的任何材料制作螺栓、垫圈、锁紧垫圈和螺母。不应直接按最终直径制作垫圈，因为这样会造成近边缘处变形。垫圈制作方法：先截取至少超过3mm垫圈直径的圆盘，加工至最终尺寸，然后在圆盘中间钻孔。试样表面应无可见缺陷，如轧制不均匀性、锈皮、分层、裂纹、孔隙、砂眼、划伤、凹痕。如没有裸眼观察到的可见表面缺陷，在交付或处理后，应按材料（产品）相关要求对表面进行检验。如果通过机械方式去除缺陷，试样的表面粗糙度（Ra)在应至少优于2.5μm，推荐为0.4μm～0.5μm包括切口边缘。应额外准备阳极材料垫圈制作对比试样，对比试样的四个垫圈由阳极材料制成，并暴露于与测试试样相同的条件下。对比试样是用于评估非电流影响。在组装前，所有部分都应进行清洗和除油。除油后，当带棉制或橡胶手套进行试验操作时，仅能接触垫圈的边缘。如果试验开始时不知道阳极和阴极材料的关系，在组装前应对内垫圈进行称重，否则，只需对阳极板进行称重。螺栓应悬紧直到在样板之间获得良好的电连接。没有足够的扭矩会导致垫圈之间电阻过高，过高的扭矩会使套管破裂。当拧紧螺栓时，所有试样使用的扭矩应相同，典型的扭矩值为(1.0±0.1)Nm-1。除此之外，螺母拧紧一个好的规则是当所有组件接触后再额外拧四分之一圈。组装完成后，应使用电阻计验证螺栓和垫片之间电绝缘10kΩ)和试板之间的电因现场勘察，如果组装试件是干燥的，应重复进行电阻检测。如果电阻增加或其他松弛迹象，在不破坏组装试件的情况下，继续拧紧螺栓。接触损失的原因可能是使它们分开的垫片固体腐蚀产物积累造成的。另外一种原因可能是导致蠕变的长期应力造成非金属组件松弛。注2：接触损失的原因可能是使它们分开的垫片固体腐蚀产物积累造成的。另外一种原因可能是导致5.1.3线绕螺栓应参考ASTMG116进行线绕螺栓测试。线绕螺栓试验由三部分组成：一是将阳极材料的金属线缠绕在作为阴极的螺栓或螺纹杆的螺纹上；二是将组装件暴露于大气环境中；三是暴露试验结束后测试阳极金属线的腐蚀失重。将金属线缠绕在带螺纹不导电无孔棒上作为对比试样，用于区分普通/缝隙腐蚀和双金属腐蚀。用于测试的试样结构的组成示意图见图4。图4ASTMG116中线绕螺栓组成示意图[经ASTM组织允许复制获得]这项测试主要缺点是阳极材料应为金属线形式，而阴极为带螺纹的棒状形式。典型的金属线长度为1mm，一般直径为0.875mm。棒应为M12×100mm。也可以使用其他尺寸，但对比试样的尺寸和制备应和测试试样相同。如果金属拉力很重要，需要使用特殊装备（见ASTMG116）将金属线紧紧缠绕在棒上，使其在整个过程保持拉力恒定。6试样暴露除非特殊说明，应采用GB/T14165描述的暴露试验过程。测试试样和对比试样应采用相同的方式暴露。对于板状试验，测试试样和对比试样应采用朝向天空并与水平方向成45度角暴露（也可采用30度或其他测试项目要求的方向。对于垫圈试验和线绕螺栓试验，测试试样和对比试样应在样品架上水平暴露。对于平板试验，试验周期应不少于2年。对于垫圈试验，推荐试验周期为至少1年。对于线绕螺栓试验，推荐试验周期至少为90天。如果技术证明合适的，也可以采用更短周期试验。注2：对于线绕螺栓试验的一个原因是：是否特定试验点的腐蚀性足够高以致7试样评定7.1总则测试试样和对比试样应采用相同的方式评定。双金属耐蚀性评价应采用失重法（见7.2对于板状试验，也可以用其他评价方法（见7.3）。结果应按照7.4进行表示。7.2基于腐蚀失重的评定应按照GB/T16545所述方法去除腐蚀产物。在去除腐蚀产物前，需要去除用于阻止缝隙腐蚀的胶或清漆。通过暴露前初始重量、暴露后最终重量和去除腐蚀产物重量的不同计算腐蚀失重。应采用相同程序称量初始重量和最终重量。天平精度应好于单个（三种）试样典型质量损失：至少为0.0001g。对于线绕螺栓试验，换算为单位长度金属线的质量损失（见ASTMG116），而对于板状试验和垫圈试验，则换算为单位面积的质量损失。7.3其他应用矩形样板的评定方法7.3.1基于视觉检查的评定应在双金属腐蚀的区域进行评定，如，与阴极板直接接触区域的整个阳极板面积，宽度为10mm。选为评定的试样应在日光或人造散射灯进行视觉检查。可以使用光学设备。为了定性评定，应记录以下外观变化。——表面污点；——腐蚀产物颜色；——表面腐蚀分布情况（非均匀、均匀、局部等——腐蚀影响区域（点、斑等）。为了定量评定，应按照GB/T16545去除腐蚀产物后测定单单位面积的腐蚀量，如点蚀数量。把带有边长5mm方格的网格放在阳极板腐蚀区域，计算腐蚀量。使用表面光度仪、计量表、深度仪或金相检查测量每个试验试样和对比试样的腐蚀区域的腐蚀深度。金相切片不应少于两个。测量应在清除腐蚀产物后进行。由五个腐蚀深度最大值确定最大腐蚀深度平均值。腐蚀类型应通过阳极板微观结构的金相检查确定。应记录特殊的腐蚀类型（晶间腐蚀、点蚀、剥蚀等）。7.3.2基于力学性能的评定为了基于力学性能的双金属增长的腐蚀风险评定，除了对比试样还需要空白试样。注：通过确定试样的最终抗拉强度、屈服强度和伸长率，由力学性能的变化评定双金属耐蚀性。根据合适的标准，如GB/T228.1，由平板拉伸试样（见图1)确定力学性能。7.4双金属效应的计算板状试验、垫圈试验和线绕螺栓试验结果应以计算双金属效应相同形式表示。双金属效应是有比较双金属影响金属腐蚀和无双金属影响相同金属腐蚀的相对测量。双金属效应高不一定双金属腐蚀速率高，也可能没有双金属影响腐蚀率非常低。双金属效应不能应与它本身的风险分析，但宜作为从标准试样获得结果的补充。应计算3片或更多试样测量值平均值作为测试试样值和对比试样值。如果测试试样数值和对比试样数值关系符合最初的阳极和阴极材料假定，才可以计算双金属效应。在结果相反的情况下，应将相反组建的试验结果进行报道。双金属效应(β)数值在0~1之间，但也可以百分比形式报道。β的计算应在完成表现为极端情况下(β=0和β=1）的初始核查后进行。首先，应确定测试试样值和对比试样值是否有很大不同。应基于试验项目需要选择置信度，通常数值95%。不应仅用试验项目中测试试样值和对比试样值计算标准偏差，还需要考虑其他可能因素。如果测试试样值和对比试样值差距不大，双金属效应应报道为β=0或0%。其次，如果测试试样值和对比试样值有很大不同，应采用相同的置信度，确定对比试样值的是否偏离0很大。如果对比试样值偏离0不大，双金属效应应报道为β=1或100%。对于力学性能评定，应确定对比试样值和空白试样值有很大不同。如果对比试样值和空白试样值差距不大，双金属效应应报道为β=1或100%。如果对比试样值，或空白试样和对比试样力学性能值之间差异等于0，这表明，预期材料暴露时间过短以及双金属效应是非常不确定的。如果双金属效应报道为1或100%，应