CSTM-金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法编制说明

《金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法》团体标准编制说明（征求意见稿）《金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法》项目工作组2021年5月7日《金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法》团体标准（征求意见稿）一、目的意义腐蚀、磨损及断裂是工程材料失效的三大主要方式，它们往往交互存在。学者们把腐蚀环境中结构件因摩擦而出现的表面材料流失现象称为腐蚀磨损(corrosiveabrasion/erosioncorrosion)，简称磨蚀，其中磨料磨损尤为常见，其在矿山冶金、水利电力、石油化工、海洋工程、核电工业等关系国家经济命脉的关键工业行业中普遍存在。区别于单一的腐蚀及磨料磨损行为，腐蚀磨料磨损作用由于存在腐蚀与磨料磨损的交互作用而对金属材料的破坏性更强。以矿山湿磨工况为例，为了提高矿石球磨效率，多采用湿态磨损的方法。然而据比较，湿态条件下材料的磨蚀失重约为干态条件下的5-7倍，这使得湿式球磨机用衬板使用寿命大幅降低。在水利行业中，水轮机遭受明显的冲刷腐蚀磨损作用，腐蚀磨料磨损交互作用最高可占到金属材料总损伤的60%以上。作为目前腐蚀磨损领域的研究热点，测量金属材料腐蚀磨料磨损的交互作用是判定金属材料在服役工况下损伤原因的主要依据，也是揭示金属材料失效机理的重要基础。对腐蚀磨料磨损工况下的服役金属材料成分-性能设计有重要实际意义，同时也是促进材料腐蚀/磨损学科发展的关键。目前，对于各种形式的腐蚀磨料磨损行为，已形成了不同种类的分析测试方法，如振动空蚀试验方法、钢铁材料冲击腐蚀磨损试验方法等，极大推进了材料腐蚀磨损测试的规范化。然而，国内外尚缺乏相关标准来规范金属材料腐蚀磨损交互作用试验。出现在各种金属材料腐蚀磨损失效分析中的交互作用试验方法五花八门，缺乏横向可比性，给阅读相关文献的读者可能产生一定的误导。因此，有必要建立相关标准来规范金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验方法，为行业提供更有参考意义的试验结果，助力耐腐蚀磨损金属新材料的设计与开发，促进国内耐磨材料行业的健康快速发展。二、预期的社会经济效益本团体术语和定义标准从一般原则、材料、试验介质、试验设备、试验一般方法和试验报告等全方面明确规范金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法，力图为相关领域的研究者、企业等群体提供一套具体可行的金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用测试、评价方法，以帮助从业人员更加清晰地获得金属材料磨蚀过程中的损伤行为及机制，进而促进磨料磨损工艺改进及新材料、产品研发，进而促进我国耐磨材料行业的健康快速发展。同时，本标准的制定为金属材料磨料磨损性能评价标准体系的建立和完善奠定基础，有益于完善和健全我国磨损试验标准架构，促进材料研究的发展，提高可靠性评价水平，具有重要的社会效益。三、工作简况3.1任务来源本项目是依据中国材料与试验团体标准委员会发布的材试标字[2020]072号CSTM标准《金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法》立项计划（项目编号CSTMLX990100648-2021）编制，项目名称“金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法”。3.2主要工作过程（1）立项阶段立项之前，标准起草单位对国内的大专院校、科研院所、复合材料企业等单位进行了大量调研，对标准的检测理论、方法及设备进行了广泛研究。2020年5月，按照中国材料与试验团体标准委员会金属磨损控制与成型技术委员会的通知，针对《金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法》的标准制定任务，广东省科学院材料与加工研究所成立了标准起草组，确定了参编单位和人员分工，制定了标准编制计划，标准制定正式开始。（2）起草阶段2020年5月，广东省科学院材料与加工研究所标准编制起草小组进行标准情况调研和任务落实，完成标准草案的初步修改，并且对外征集参加标准制定意向的单位。2020年7月，广东省科学院材料与加工研究所标准编制小组讨论了标准文本内容，讨论了术语及定义、评价测试的一般原则、试验设备及试验的一般方法等技术问题，并做了修改。2020年9月，编制起草小组经过前期技术验证与理论推导，完善修改标准中的部分参数，同时，积极与行业协会，与团体成员单位进行研讨，明确了各家单位的任务分工，由广东省科学院材料与加工研究所负责整个标准项目的统筹策划，标准草案撰写等，其他几家单位提供测试样品，提出修改意见，共同修改完善标准。2021年1月，编制起草小组重点对标准名称、范围、术语和定义、一般原则、材料、试验介质、试验设备、试验一般方法和试验报告等部分进行了逐句修改。2021年4月，编制起草小组仔细研讨本标准的内容，最终确定标准的全部内容，形成了标准征求意见稿。四、标准编制的原则本标准本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行制定，按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草，参照用户的需求，规定了金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验一般方法关于术语和定义、一般原则、材料、试验介质、试验设备、试验一般方法和试验报告的技术要求，适用于金属材料在电化学腐蚀磨料磨损服役工况下的腐蚀与磨料磨损交互作用的测定。此外，积极采用国内外先进技术指标，本着促进耐磨材料行业技术进步，提高产品质量；合理利用资源，提高经济效益；满足用户要求，促进对外贸易的原则编写。五、标准编制内容说明（1）关于标准规定的“范围”。结合材料损伤理论及其实际服役情况，经过讨论，本标准主要用于测试分析矿山、水利、石油、化工、海工等行业中遭受腐蚀磨损损伤的金属材料的主导损伤因素。规定了术语和定义、一般原则、材料、试验介质、试验设备、试验一般方法和试验报告等。（2）“规范性引用文件”。经过讨论，引用现行有效标准，规范了该部分的描述，与最新的标准制定要求一致。（3）关于“术语和定义”。现行标准GB/T17754中界定的术语适用于本标准，另外给出了3.1“电化学腐蚀磨料磨损交互作用”、3.2“纯电化学腐蚀作用”、3.3“纯磨料磨损作用”的定义。（4）关于“一般原则”。概述了电化学腐蚀磨料磨损试验的特点与过程，以及试验过程中可能存在的情况。（5）关于“材料”。5.1、5.2、5.3、5.4和5.5分别描述了试验试样的详情、加工情况、清晰、打磨以及标记情况。（6）关于“试验介质”。6.1、6.2、6.3、6.4、6.5分别明确了试验介质的组成、介质特性、实验室配置、固液含量配比以及试验过程中对试验介质的控制。（7）关于“试验设备”。7.1明确了试验测量仪器的一般要求。7.2明确了试验设备选择与使用。7.3明确了腐蚀磨损试验设备的加装与改进情况。（8）关于“试验一般方法”。8.1明确了试验的一般要求，包括对主要试验组成、试验控制、电化学腐蚀试验方法、磨料磨损试验和电化学腐蚀磨料磨损试验过程及操作、磨料磨损试验、试验时间、温度等进行了规范。8.2明确了试验结果及数据处理，包括对试验结果的表示及单位、电化学腐蚀失重速率计算、磨料磨损试验失重测量、电化学腐蚀磨料磨损交互作用分析计算、交互作用结果分析及后续表面损伤表征。（9）关于“试验报告”。规定了试验报告中应该明确给出的信息。六、主要试验（或验证）结果说明本标准为新标准制定，统计分析了相关科技学术文献，并对标准中所涉及的性能指标都进行了验证试验，在试验样品的选择上，尽量做到数量充分，具有代表性。以下是采用本标准进行的低碳中铬合金钢及高锰钢材料在PH为4.2的铜矿浆溶液中的电化学腐蚀磨料磨损交互作用试验测试结果。表交互作用测试结果钢种总失重速率(gm-2h-1)纯电化学腐蚀失重速率(gm-2h-1)纯磨料磨损失重速率(gm-2h-1)交互作用损伤速率(gm-2h-1)合金钢12.990.012.300.68合金钢21.540.101.350.09高锰钢3.310.232.810.27由此可知，这些钢种在铜矿浆介质的电化学腐蚀磨料磨损作用下，纯磨料磨损作用是造成其损伤最主导的因素，因此建议在选择或设计新材料时采用耐磨性能更好的钢种。上述试验结果表明本标准所规定的内容切实可行。七、与国际、国外标准对比情况早在19世纪中期，腐蚀磨损现象就引起了学者的注意。到20世纪60年代，逐渐有系统的学术论文公开发表。早期，研究者们多通过宏观方法，如失重及表面损伤表征等对磨蚀过程进行分析，并重点解释损伤现象，而在磨蚀机理研究方面较为欠缺。直到80年代中后期，研究者们才开始真正系统地研究腐蚀磨损的内在机制，并形成了腐蚀磨损交互作用的研究方法。这一研究方法是将腐蚀磨损损伤分解为纯腐蚀、纯磨损及交互作用损伤，由此可分析腐蚀磨损作用关系，国外学者在运用该方法研究腐蚀-磨损交互作用方面经验丰富。有学者长期致力于腐蚀磨损交互作用机制图的构建，建立了多种材料在不同环境中的腐蚀磨损交互作用机制图，并与环境参数相关联，将磨蚀机理归纳为腐蚀主导型、磨损主导型及交互作用主导型。当前腐蚀磨损交互作用分析方法逐渐开始被广泛应用，但腐蚀与磨损种类较多，不同形式腐蚀磨损之间存在明显差异，且尚未形成针对金属材料电化学腐蚀磨料磨损交互作用分析的专有标准。因此也导致试验方法多种多样，且部分试验方法存