均勻腐蝕

所謂均勻腐蝕是指腐蝕發生在整個金屬材料的表面，其結果是導致金屬表面均勻減薄。從電化學特點上講，均勻腐蝕屬於微電池效應，腐蝕過程沒有固定的陰極和陽極，即陰極部分和陽極部分在腐蝕過程中是交替變化的。

在均勻腐蝕過程中，金屬表面各處的減薄速率相同，用平均的腐蝕速率可以比較精確地計算金屬結構的腐蝕量，以估算構件的腐蝕壽命，從而在工程設計時通過預先考慮留出腐蝕裕量的措施，可以達到防止設備發生過早腐蝕破壞的目的。儘管均勻腐蝕會導致金屬材料的大量流失，但是由於易於檢測和察覺，通常不會造成金屬結構的突發性失效事故。

均勻腐蝕現象十分普遍，既可能由電化學腐蝕原因引起，例如均相電極（純金屬）或微觀復相電極（均勻的合金）在電解質溶液中的自溶解過程，也可能由純化學腐蝕反應造成，如金屬材料在高温下發生的一般氧化現象。各類腐蝕失效事故、事例的調查結果表明，均勻腐蝕僅佔約20%．其餘約80%為局部腐蝕破壞。 ^[2] 

金屬表面的大部分或全部普遍發生的化學反應或電化學反應稱為均勻腐蝕，亦稱全面腐蝕。這種腐蝕不易造成穿孔，腐蝕產物氧化鐵可以在整個金屬表面上形成，在一定的情況下有保護作用，但也可能形成嚴重的污垢。均勻腐蝕的陰、陽極不分離，陰極面積等於陽極面積，陰極電位等於陽極電位。均勻腐蝕是循環冷卻水中遇到的最普遍的問題。循環冷卻水在中性或鹼性條件下運行，引起均勻腐蝕的主要原因是溶解氧的陰極去極化作用。 ^[3] 

金屬材料的耐蝕性是其重要的性能指標之一，而均勻腐蝕是最能反映出金屬材料耐蝕性的一種普遍的腐蝕形態。均勻腐蝕試驗是為了考核金屬材料耐均勻腐蝕的能力而開展的，其目的是確定在一定時間內金屬材料的腐蝕失重或腐蝕深度的大小，為材料研發以及裝備設計時確定服役年限、強度、裕度和防護工藝等提供依據，是金屬材料設計使用的重要指標之一。

(1)試驗樣品

試驗樣品多為平板狀。平板試驗樣品各邊長應為50mm的整數倍。平板試驗樣品厚度應根據金屬類別、環境和試驗時間確定，原則上不出現腐蝕穿透。一般環境條件下，有色金屬厚度宜為1～3mm，黑色金屬厚度宜為2～4mm；嚴酷環境條件下，黑色金屬厚度宜為5~8mm。應採用相同機械方法進行加工，試驗樣品主試驗面的表面狀態為原軋製表面，粗糙度R。優於0.8¨m；金屬及其覆蓋層、塗層試驗樣品等表面應無劃痕、裂紋、剝離、結疤、明顯壓凹痕等任何缺陷。根據試驗需要也可選擇其他的表面狀態。平行試驗樣品的數量通常為奇數，一般應不少於5件。對有破壞性檢測項目的試驗樣品，試驗樣品的總數應不少於每組平行試樣數量與預期檢測次數的乘積。應留有足夠的空白樣品數量，一般每一類試驗樣品應預留1~3件。

(2)試驗方法

該類試驗通常在户外進行暴露試驗。試驗場應具有典型氣候類型的環境特點。試驗場應保證空氣流通，陽光不受遮擋；周圍障礙物至暴露場邊緣的距離至少是該障礙物高度的3倍以上；主風向上方附近不應有影響試驗的污染源存在。根據試驗目的、試驗類別、試驗方法、材料種類等不同，將試驗樣品安裝在無背襯的暴露架上，朝南

。

試驗期問，應按相關要求，在規定的檢測週期進行試樣外觀及性能的檢測，並將檢測結果記錄在試樣檔案卡中。應加強試驗早期的觀察和檢測，及時對結果進行分析，發現異常數據時，應立即組織複查並採取補救措施，確保數據的真實可靠。

在實驗室試驗中，均勻腐蝕的試驗方法主要有鹽霧試驗、濕熱試驗及其組合試驗。鹽霧試驗、濕熱試驗的標準較多，包括國家標準、國家軍用標準、行業標準和國際標準等，可根據試驗的目的選用。以下為參照相關標準進行不鏽鋼的鹽霧和濕熱循環試驗示例，試驗僅26h不鏽鋼裸板就出現均勻腐蝕。試驗詳情如下。

試驗樣品：不鏽鋼裸板，75mm×150mm×0.60mm。

參照標準：JASO M609《汽車材料鏽蝕試驗方法》。

試驗程序和條件：

①鹽水噴霧2h，試驗温度35.0～35.3。C，鹽水濃度5%NaCl溶液，沉降量為(1.5～1.6)

，收集液pH值為6.7~6.8。

②乾燥4h，乾燥温度60.0～60.3℃，濕度RH24%～25%，鹽水噴霧到乾燥過程轉換時間小於5min。

③濕熱環境2h，試驗温度50.0～50.3℃，濕度RH97%～98%，從乾燥到濕熱環境試驗轉換過程小於15min。

以上①～③項試驗為一個循環，每個循環8h，試驗共進行200個循環，即1600h。從濕熱試驗到鹽水噴霧轉換過程小於5min。鹽霧試驗在FY-10E鹽霧腐蝕試驗箱內進行，乾燥和濕熱在EXl4023-HE高低温濕度試驗箱內進行。

根據試驗樣品厚度的減薄或單位面積上金屬損失的質量，可以測量出其腐蝕程度，藉此可以估算其壽命。工程應用中通常用質量指標和深度指標來表達均勻腐蝕速率。

(1)質量指標

質量指標是把金屬因腐蝕而發生的質量變化換算成單位金屬表面積在單位時間內質量變化的數值，通常用腐蝕率表示，見公式：

。

式中：

——腐蝕速率，

；

——金屬的初始質量，g；

——金屬表面除去腐蝕產物後的質量，g；

——金屬的表面積，

；

——腐蝕進行的時間，年。

(2)深度指標

深度指標是指金屬的厚度因腐蝕而減少的量，以線量單位表示，並換算成單位時間內減少的量，還可按公式：

將腐蝕的質量損失指標換算成腐蝕深度指標。

式中：

——腐蝕深度，mm/a；

——腐蝕速率，

；

——密度，

。 ^[4] 

按金屬材料腐蝕破壞形態可以將腐蝕分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類。在實際的腐蝕體系中，大多數金屬所發生的腐蝕是局部腐蝕。由於局部腐蝕發生在金屬表面的不大範圍內，所以絕大多數金屬表面腐蝕量很小，但是工程結構、構件及零件的使用壽命主要取決於局部腐蝕損傷的發展。

局部腐蝕是指腐蝕集中發生在金屬材料表面局部不大的面積內，而其餘大部分表面腐蝕十分輕微，甚至不發生腐蝕。

局部腐蝕是由於金屬本身（結構、組織、化學成分、表面狀態）和腐蝕介質不均勻，導致電化學性不均勻，即不同的部位具有不同的電極電位，從而造成電位差，成為局部腐蝕的驅動力，往往在電極電位低的部位優先發生腐蝕。在局部腐蝕過程中，腐蝕電池的陽極區和陰極區一般是截然分開的，可以用肉眼或微觀檢查方法加以區分和辨別，通常陽極的面積比陰極的面積小得多，即形成所謂的小陽極一大陰極的組態。對於這種組態，由於陰極的面積相對較大，陰極去極化的作用很大，結果很小的陽極區域腐蝕很嚴重，腐蝕集中在金屬表面的局部陽極區域。

發生局部腐蝕時，由於金屬表面各處的減薄程度不同，不能用平均的腐蝕速率估算局部腐蝕的程度。通常，局部腐蝕造成的金屬損失量比較小，但結構在發生局部腐蝕時具有隱蔽性，不易察覺，其危害性很大，往往會造成災難性事故。 ^[2]