CN102841050A

CN102841050A - 一种材料耐蚀性快速检测方法

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Publication number: CN102841050A
Application number: CN2012103200354A
Authority: CN
Inventors: 张永君; 赵杰; 董连军; 莫锦添; 高世杰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN102841050B

Abstract

本发明公开了一种材料耐蚀性（抗降解性）快速检测方法：将被测材料按容面比

浸入测试溶液，作用时间

后取出被测材料并对测试溶液进行吸光度测试，以测试溶液的空白吸光度

作为基准，以

Description

一种材料耐蚀性快速检测方法

技术领域

本发明属于材料性能监、检测技术领域，特别涉及一种材料耐蚀性（抗降解性）快速、精确检测方法。

背景技术

材料性能检测在材料科学与工程、腐蚀防护与表面工程等技术领域占有十分重要的地位。材料耐蚀性（抗降解性）检测结果直接影响材料制备方法的优化方向，如以增强材料耐蚀性（抗降解性）为主要任务的高纯化、合金化、热处理及表面改性技术等等，耐蚀性（抗降解性）均为检测指标体系的重要组成部分。

材料耐蚀性（抗降解性）评价方法很多，如①动电位极化、交流阻抗谱、循环伏安法等现代电化学测试技术，②全浸、半浸和间浸模拟浸泡试验和动态浸泡试验方法，以及③盐雾试验、电解加速试验等加速腐蚀试验方法，等等。上述测试方法在评价材料的耐蚀性方面各具千秋，却也存在如下主要缺陷：1）依赖价格昂贵的测试仪器/设备且测试者必须具备系统、扎实的专业基础知识，如①、②和③，其中方法①的设备成本最高；2）测试周期长，如②和③的测试周期一般在24h以上，部分测试最长达数周之久；3）对测试结果的解析非常复杂，如①。

针对上述缺陷，直观、经济、简单而有效的检测方法应运而生。典型的如点滴试验法。所谓点滴试验，就是在洁净的试样表面滴加腐蚀溶液，从溶液颜色出现特定变化所需时间作为材料耐蚀性考核指标的方法。点滴试验法简便易行，却也存在以下主要不足之处：其一，液滴量受取液工具及人为因素影响较大；其二，腐蚀液对不同材料或表面状态不同的相同材料具有不同的浸润性；其三，过少的腐蚀液体积、多变的材料表面颜色、侵蚀发生时气泡的产生等容易影响测试者对“终点”的准确判断。上述不足导致点滴试验的灵敏度和测试结果的准确度、重现性差，无法满足高水平研究对检测质量的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法的缺陷，提供一种材料耐蚀性（抗降解性）快速、精确检测方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种材料耐蚀性快速检测方法：将被测材料按容面比θ浸入测试溶液，作用时间t后取出被测材料并对测试溶液进行吸光度A_t测试，以测试溶液的空白吸光度A₀作为基准，以

作为判据，定量评价材料的耐蚀性好坏；所述容面比θ为测试溶液体积与被测材料表面积之比；所述

为基准因子，其中

为对照溶液在与对照材料作用时间t_c后的吸光度，A_c0为对照溶液的空白吸光度，θ_c为对照溶液体积与对照材料表面积之比；同一对照条件下，所述γ值越大，被测材料的耐蚀性越好。

所述测试溶液和对照溶液分别为能与被测材料和对照材料发生化学或电化学反应且随反应进行自身颜色发生改变的溶液。包括公知的或商业上可获得的适合黑色金属的硫酸铜溶液、硫酸铜/氯化钠复配液等，适合有色金属如镁合金、铝合金等的重铬酸钾/盐酸复配液、氯化钠/酚酞酒精溶液复配液，以及硝酸/高锰酸钾复配液等。

所述对照溶液与测试溶液组分相同，各组分浓度相同或不同。一般情况下，最好选择相同的组分浓度。但当对照材料与被测材料的耐蚀性差距过大时，如选用同一溶液，则在同一测试条件下，可能出现在对照材料致对照溶液颜色转变至稳定状态所需的最短时间t_max内，被测材料还不足以使测试溶液的颜色发生吸光度测试仪可测得的转变。因此，在这种情况下，可适当降低对照溶液中侵蚀性成分的含量，或同时提高测试溶液中侵蚀性成分的含量。

所述对照溶液与测试溶液的温度、暴露方式以及运动方式和速度相同。如利用恒温箱或恒温水槽进行液温控制，溶液可置于敞口或封口容器（如烧杯、广口瓶等）中保持静止或利用震摇/旋转设备按设定参数进行运动等。

所述空白吸光度是指溶液在温度、暴露方式相同但无材料浸入情况下以相同的方式和速度运动相同时间后的吸光度。以测试溶液为例，如果其吸光度测试是在25℃、封闭状态、被测试样完全浸入后以100r/m的旋转速度运动60sec后进行的，则其空白吸光度测试同样需要在25℃、封闭状态、以100r/m的旋转速度运动60sec后进行，不同之处在于：后者无被测试样浸入测试溶液。

所述被测材料与测试溶液、对照材料与对照溶液的作用时间介于材料浸入后溶液颜色发生吸光度测试仪可测得的转变所需的最短时间t_min与溶液颜色转变至稳定状态所需的最短时间t_max之间。如果溶液/材料间作用时间小于t_min或大于t_max，则材料的耐蚀性差异将无法判断，即出现判据γ因同值而失效的情况。因溶液体系及其具体配方，溶液/材料间反应速度的不同，t_min和t_max各不相同。

上述对照材料可与被测材料相同，典型的如腐蚀防护与表面工程技术领域常见的空白材料，即基体成分、结构与被测材料完全相同但表面仅经过打磨、清洗等预处理的材料；亦可与被测材料不同，如性能公知的其它材料，譬如研究合金化对金属材料性能的影响时，可以对应的纯金属为对照材料。

上述θ和θ_c、t和t_c可根据所选溶液体系及其具体配方、溶液/材料间反应速度快慢以及测试效率和灵敏度要求等的不同，进行灵活控制。一般情况下，可优选θ=θ_c、t=t_c。但当对照材料与被测材料的耐蚀性差距过大时，如测试溶液与对照溶液相同，则需通过降低θ或延长t，或者同时提高θ_c或缩短t_c以确保测试结果的准确性和精确度。

根据分光光度法理论，单色光辐射穿过被测物质溶液时，被该物质吸收的量与该物质的浓度和液层的厚度即光路长度成正比，即吸光度A=-lg(I/I₀)=-lgT=kLc，式中I₀为入射的单色光强度，I为透射的单色光强度，T为物质的透射率，k为摩尔吸收系数，L为被分析物质的光程，即比色皿的边长，c为物质的浓度。本发明方法基于以下原理：当材料与特定溶液间发生化学或电化学反应时，随着溶液中具有特征颜色的物质的消耗或生成，溶液的吸光度必然做出相应的响应，因此，通过检测溶液吸光度的变化幅度，即可反推材料/溶液间的反应程度，即材料的耐蚀性好坏。考虑到测试结果同时受到溶液/材料相互作用时间、容面比以及溶液温度及其暴露方式以及溶液/材料间相对运动方式、速度等诸多因素的影响，因此，除将θ和θ_c、t和t_c引入判据γ的计算公式外，实际测试时，溶液温度及其暴露方式以及溶液/材料间相对运动方式、速度等宜作相同控制。

本发明方法中溶液的吸光度可以任何公知的设备如分光光度计进行测试。判据γ无量纲，同一对照条件下，即对照材料、对照溶液及其吸光度测试条件（包括容面比以及溶液温度及其暴露方式，溶液/材料间相对运动方式、速度及作用时间等）完全相同的情况下，所得γ值越大，即测试期间测试溶液吸光度变化越小，则材料耐蚀性越好。

为更直观地以吸光度数据反映材料的耐蚀性能，可以经典腐蚀试验方法测得对照材料在特定测试条件下的基础腐蚀数据υ₀（如平均失重率、平均腐蚀速率、腐蚀电流密度等等），并确定函数关系式υ=f(γ,υ₀)。在此基础之上，即可根据γ值获得被测材料耐蚀性能的绝对指标。

与现有方法相比较，本发明具有如下优点：

一、灵敏度及精确度高——由于利用溶液吸光度的变化衡量溶液/材料间的反应程度（即材料耐蚀性能的好坏），即使是材料耐蚀性的微小差异，也可通过高灵敏度的吸光度测试仪精确反馈出来。

二、方便快捷——由于只需对测试溶液进行吸光度测试，整个检测过程十分方便；同时可通过控制测试溶液的成分配比，在测试效率与测试精度之间找到平衡点。

三、适用范围广——凡是能与特定化学试剂发生反应并最终导致其颜色发生转变的材料，包括基体及不同表面改性（表面处理）状态或热处理状态的材料，如黑色金属（典型材料如铁基合金）以及有色金属（典型材料如镁、铝合金）等，均可利用本发明方法进行耐蚀性（抗降解性）检测，从而为材料及其制备方法的优化或材料的甄别提供精确指导。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细描述，但需注意的是本发明的实施和保护范围不限于此。

实施例1

对不同材料的耐蚀性能进行快速评估。

以纯镁（记为HP-Mg，纯度99.9%）及镁合金AZ91、AZ31、AM60B和ZK60为评估对象，对机加工试样经水磨砂纸由粗到细依次打磨，自来水和蒸馏水依次漂洗后，无水乙醇中超声清洗。干燥，测量表面积后备用。

以蒸馏水为溶剂，按如下组成临用新配测试溶液：50mg/LKMnO₄+1ml/LHNO₃（ρ=1.4g/L）。恒温至30±1℃后，根据试样实际表面积，按容面比θ=2ml/cm²量取所需体积的测试溶液，移至干净的烧杯后浸入试样，敞口状态轻轻匀速震摇60sec后立即取出试样，将测试溶液倒入比色皿，以分光光度计测定波长525nm处的吸光度值A_t（见表1）。同时另取上述测试溶液在同一条件（温度、暴露方式、运动方式、速度等）下轻轻震摇60sec后倒入比色皿，以同一分光光度计测定同一波长处的吸光度值，即空白吸光度A₀（0.754）。以HP-Mg作为对照材料，计算得出各材料对应的γ值如表1所示。

表1 不同镁合金耐蚀性能评估

材料	HP-Mg	AZ91	AM60	AZ31	ZK60
						A_t	0.420	0.535	0.553	0.383	0.338
γ	1.000	1.525	1.662	0.900	0.803

由γ值得出材料耐蚀性排序如下：AM60>AZ91>HP-Mg>AZ31>ZK60，与经典腐蚀试验方法——全浸试验法在分别以3.5%NaCl溶液和Hank’s平衡盐溶液、SBF模拟体液为测试介质时所得结果一致。

实施例2

利用本发明方法对表面处理质量进行快速评价。

以6063铝合金为评估对象，首先对试样按实施例1方式进行预处理，然后对其中部分试样分别进行化学转化处理和微弧氧化陶瓷化处理，获得Al_blank、Al_CC和Al_MAO共三组试样。

以蒸馏水为溶剂，按如下组成临用新配测试溶液：20mg/LKMnO₄+2.0ml/LHNO₃（ρ=1.4g/L）。除测试时间t根据试样不同按表2所示进行不同控制外，其它测试条件同实施例1。吸光度A_t、对应空白吸光度A₀测试及γ值计算（以Al_blank作为对照试样）结果如表2所示。

表2：表面改性效果评估

由表2可见，化学转化和微弧氧化处理均使Al合金的耐蚀性能得到改善。但相比之下，微弧氧化的改善效果更为明显。这种结果符合常识，也与现代电化学测试方法——PDP（动电位极化）和EIS（电化学阻抗谱）测试结果一致。

Claims

1.一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：将被测材料按容面比θ浸入测试溶液，作用时间t后取出被测材料并对测试溶液进行吸光度A_t测试，以测试溶液的空白吸光度A₀作为基准，以作为判据，定量评价材料的耐蚀性好坏；所述容面比θ为测试溶液体积与被测材料表面积之比；所述

为基准因子，其中

2.根据权利要求1所述的一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：所述测试溶液和对照溶液分别为能与被测材料和对照材料发生化学或电化学反应且随反应进行自身颜色发生改变的溶液。

3.根据权利要求1所述的一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：所述对照溶液与测试溶液组分相同，各组分浓度相同或不同。

4.根据权利要求1所述的一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：所述对照溶液与测试溶液的温度、暴露方式以及运动方式和速度相同。

5.根据权利要求1所述的一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：所述空白吸光度是指溶液在温度、暴露方式相同但无材料浸入情况下以相同的方式和速度运动相同时间后的吸光度。

6.根据权利要求1所述的一种材料耐蚀性快速检测方法，其特征在于：所述被测材料与测试溶液、对照材料与对照溶液的作用时间介于材料浸入后溶液颜色发生吸光度测试仪可测得的转变所需的最短时间t_min与溶液颜色转变至稳定状态所需的最短时间t_max之间。