CN103852415B - 用表面分形维数评价渗铬p110油套管钢耐蚀性的方法 - Google Patents

用表面分形维数评价渗铬p110油套管钢耐蚀性的方法 Download PDF

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Abstract

一种用表面分形维数评价渗铬P110油套管钢耐蚀性的方法，属于材料耐蚀性能评价领域，步骤如下：利用粉末包埋法对预处理好的P110油套管钢工件采用由质量百分比为45~49%的Cr粉、质量百分比为45~49%的Al2O3粉、质量百分比为1~5%的NH4Cl、质量百分比为1~5%的LaCl3组成的渗剂，在900~1100℃，保温2~8h条件下进行渗铬。对渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件进行浸泡腐蚀实验。采用扫描电子显微镜获取渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件在腐蚀前、后的表面形貌。用Matlab6.5软件渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件在腐蚀前、后的表面形貌进行图像处理，计算图像的表面分维数。通过对比腐蚀前后表面分形维数的差值，评价渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件的耐蚀性。本发明方法可以快速地评价渗铬P110油套管钢的耐蚀性。

Description

用表面分形维数评价渗铬P110油套管钢耐蚀性的方法
技术领域
本发明属于金属材料耐蚀性能评价技术领域，具体涉及一种用分形维数评价渗铬P110油套管钢耐蚀性的方法。
背景技术
腐蚀是指材料在特定环境介质的化学作用，包括电化学作用以及与物理因素的协同作用下发生破坏的现象。腐蚀是一种十分常见的失效形式，普遍存在于生活中的各个行业，且造成的危害和损失巨大，因而得到了广泛地研究与关注。常见的耐蚀性能评价方法有重量法、表面物相分析法和电化学测试法。上述方法存在实验周期长、评价过程复杂、非无损检测等问题。因此快速、准确地实现材料耐蚀性能的评价具有十分重要的意义。
材料发生腐蚀，往往经历了极为复杂的物理、化学和电化学等非线性过程，其表面也会出现各种腐蚀特征，如锈蚀、剥落、开裂、起泡、变色等。腐蚀后的表面也常常是不规则的、凹凸起伏的，同时在观察腐蚀形貌的过程中所得到的图像在不同的尺度下也表现出复杂的不规则的形状。材料腐蚀表面形貌在一定的标度范围内具有统计自相似性，可以用分维数进行描述。若材料耐蚀性好，则腐蚀前、后的表面分形维数变化不大，即差值小；若材料耐蚀性差，则腐蚀前、后的表面分形维数变化明显，即差值大。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用分形理论评价渗铬P110油套管钢耐蚀性能的方法，可有效地克服现有技术的缺点。
本发明的目的是这样实现的，其特征在于实施步骤为：
(1)对P110油套管钢工件预处理：将P110油套管钢工件表面除油后使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2)制备渗铬P110油套管钢工件：采用由质量百分比为45～49％的Cr粉、质量百分比为45～49％的Al2O3粉、质量百分比为1～5％的NH4Cl、质量百分比为1～5％的LaCl3组成的渗剂，利用粉末包埋法在900～1100℃，保温2～8h条件下对P110油套管钢工件进行渗铬；
(3)采用扫描电子显微镜获取渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(4)浸泡腐蚀实验：渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件留出1cm2的工作面，其余部分使用环氧树脂密封、干燥。试验前，腐蚀介质通入高纯N2以除去其中的O2，通气时间为12h，再通入CO2至饱和；试验温度为20～30℃。将渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件分别浸没入装有腐蚀介质的两个烧杯中；总浸泡腐蚀时间为480h，每24h更换一次腐蚀介质以保证溶液离子浓度；浸泡腐蚀实验过程中保证CO2的持续通入；
(5)浸泡腐蚀实验后，采用扫描电子显微镜获取腐蚀后的渗铬P110油套管钢工件和腐蚀后的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(6)利用Matlab6.5软件分别对已获取的渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件在腐蚀前、后的500、1000、3000倍放大表面形貌进行图像处理，先将原始表面形貌图转化灰度图象，再将所获得的灰度图象转换成二值图像，采用盒维数法计算各二值图像的表面分维数。通过对比腐蚀前后表面分形维数的差值，评价渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件的耐蚀性。
本发明的优点及积极效果是：采用本发明方法可快速、准确评价渗铬P110油套管钢的耐腐蚀性，而不需要进行称重、表面物相分析和电化学测试。
附图说明
图1a为预处理好的P110油套管钢工件与腐蚀P110油套管钢工件表面分形维数对比图；图1b为渗铬P110油套管钢工件与腐蚀渗铬P110油套管钢工件表面分形维数对比图；
具体实施方式
现以P110油套管钢工件为例，对本发明进行实施，如图1可示：
(1)对P110油套管钢工件预处理：将P110油套管钢工件表面除油后使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2)制备渗铬P110油套管钢工件：采用由质量百分比为49％的Cr粉、质量百分比为49％的Al2O3粉、质量百分比为1％的NH4Cl、质量百分比为1％的LaCl3组成的渗剂，利用粉末包埋法在1000℃，保温8h条件下对P110油套管钢工件进行渗铬；
(3)采用扫描电子显微镜获取渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(4)浸泡腐蚀实验：渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件留出1cm2的工作面，其余部分使用环氧树脂密封、干燥。试验前，腐蚀介质通入高纯N2以除去其中的O2，通气时间为12h，再通入CO2至饱和；试验温度为30℃。将渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件分别浸没入装有腐蚀介质的两个烧杯中；总浸泡腐蚀时间为480h，每24h更换一次腐蚀介质以保证溶液离子浓度；浸泡腐蚀实验过程中保证CO2的持续通入；
(5)浸泡腐蚀实验后，采用扫描电子显微镜获取腐蚀后的渗铬P110油套管钢工件和腐蚀后的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(6)利用Matlab6.5软件分别对已获取的渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件在腐蚀前、后的500、1000、3000倍放大表面形貌进行图像处理，先将原始表面形貌图转化灰度图象，再将所获得的灰度图象转换成二值图像，采用盒维数法计算各二值图像的表面分维数。
通过对比腐蚀前后表面分形维数的差值，评价渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件的耐蚀性。若耐蚀性好，则腐蚀前、后的表面分形维数差值小；若耐蚀性差，则腐蚀前、后的表面分形维数差值大。从实施结果可以看出，采用本发明方法可以实现渗铬P110油套管钢耐蚀性能的快速评价。

Claims (1)

1.一种用表面分形维数评价渗铬P110油套管钢耐蚀性的方法，其特征在于：包括下列步骤：
(1)对P110油套管钢工件预处理：将P110油套管钢工件表面除油后使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2)制备渗铬P110油套管钢工件：采用由质量百分比为49%的Cr粉、质量百分比为49%的Al2O3粉、质量百分比为1%的NH4Cl、质量百分比为1%的LaCl3组成的渗剂，利用粉末包埋法在1000℃，保温8h条件下对P110油套管钢工件进行渗铬；
(3)采用扫描电子显微镜获取渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(4)浸泡腐蚀实验：渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件留出1cm2的工作面，其余部分使用环氧树脂密封、干燥；试验前，腐蚀介质通入高纯N2以除去其中的O2，通气时间为12h，再通入CO2至饱和；试验温度为30℃；
将渗铬P110油套管钢工件和预处理好的P110油套管钢工件分别浸没入装有腐蚀介质的两个烧杯中；总浸泡腐蚀时间为480h，每24h更换一次腐蚀介质以保证溶液离子浓度；浸泡腐蚀实验过程中保证CO2的持续通入；
(5)浸泡腐蚀实验后，采用扫描电子显微镜获取腐蚀后的渗铬P110油套管钢工件和腐蚀后的P110油套管钢工件在500、1000、3000倍放大倍数下的表面形貌；
(6)利用Matlab6.5软件分别对已获取的渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件在腐蚀前、后的500、1000、3000倍放大表面形貌进行图像处理，先将原始表面形貌图转化灰度图象，再将所获得的灰度图象转换成二值图像，采用盒维数法计算各二值图像的表面分维数；通过对比腐蚀前后表面分形维数的差值，评价渗铬P110油套管钢工件和P110油套管钢工件的耐蚀性；若耐蚀性好，则腐蚀前、后的表面分形维数差值小；若耐蚀性差，则腐蚀前、后的表面分形维数差值大。
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