EW =W/n (2)
式中 :W為一個元素原子的原子量 ;n為在腐蝕過程中氧化一個元素原子所需要的電子數(shù)目 ,即元素的原子價。
(2)合金當(dāng)量權(quán)
對合金 ,當(dāng)量權(quán)比較復(fù)雜。通常假設(shè)氧化過程是均勻的 ,同時不會對合金的任一成分產(chǎn)生選擇性。如果不是這樣 ,計算方法就需要加以調(diào)整以反映觀察到的實際過程。同時 ,在賦于合金元素的 n值時 ,必須采用某種原理 ,因為許多元素具有一個以上的原子價。
為計算合金當(dāng)量權(quán) ,認為一單位質(zhì)量的合金被氧化 ,對于 1g合金氧化當(dāng)量的電子數(shù)為
Q= ∑nifi (3)
Wi 式中 :f i為合金中第 i種元素的質(zhì)量因子 ;W i為合
nif i∑Wi
通常 ,計算中僅包括各合金元素的質(zhì)量百分比。當(dāng)一種合金的實際數(shù)據(jù)不可用時 ,通常使用規(guī)定的對各元素成分平均值。
(3)多原子價元素的當(dāng)量權(quán)
對于有多個原子價的元素 ,其當(dāng)量權(quán)值有不確定性。可以通過分析腐蝕產(chǎn)物建立這種原子價。或者通過測量和估算腐蝕表面的電位 [ 627 ],查出每種元素在一定溫度、電位和電介質(zhì) PH值下的穩(wěn)定的原子價。
(4)金屬和合金的典型 EW值部分金屬和合金的典型 EW值列在表 1中[3 ]。
11 3 腐蝕率計算
腐蝕率利用法拉第定律計算 ,可以用穿透率
(δhcor )或質(zhì)量損失率 (δwcor ) [8 ]表示。
δhcor = K1 icor ρ EW (5)
δwcor = K2 icor EW (6)
式中 :的單位為 mm/ a ;icor;
δhcor的單位為 μA/ cm2 K1 =31 27 ×10 -3 , mm ·g/ (μA ·cm ·a) ;ρ為密度 , g/ cm3 (對于腐蝕測試中使用的許多金屬和合金的密度值見 ASTM G1[9 ])。δwcor單位為 g/ (m2
·d) ; K2 =81954 ×10 -3 , g ·cm 2 /μA ·m2 ·d)。
在這些計算中 EW是無量綱的。對于其他不同單位系統(tǒng) ,K1和 K2值列于表 2中。
表 1 各種金屬和合金的當(dāng)量權(quán)( EW)值 ①(部分 )
Table 1 Equivalent weight values for a variety of metals and alloys ( Part)
最低第二第三普通名稱 UNS元素 /常原子價 ②③可變原子價當(dāng)量權(quán)可變原子價當(dāng)量權(quán)元素 /原子價當(dāng)量權(quán)
鋁合金 A92024 A1/ 3 ,Mg/ 2 AA2024 AA2219 A92219 A1/ 3 AA7075 A97075 A1/ 3 ,Zn/ 2 AA7079 A97079 A1/ 3 ,Zn/ 2 銅合金 C11000 CDA110 CDA220 C22000 Zn/ 2 不銹鋼 304 S30400 Ni/ 2 410 S41000 鎳合金 200 N02200 600 N06600 Ni/ 2 碳鋼 G N06007 Ni/ 2
(1) =Fe/2,Cr/3,Mo/3,Cu/1,Nb/4,Mn/2
其他金屬
Mg M14142 Mg/ 2
Mo R03600
Ag P07016
Ta R05210
Ta/ 5 Sn Ti Zn Zr
Zr/ 4 Pb L50045
Cu/1 91 38 Cu/2 9132
Cu/1 91 51 Cu/2 9142
Cu/1 91 58 Cu/2 9155
91 37
Cu/1 631 55 Cu/2 311 77
Cu/1 581 07 Cu/2 311 86Fe/2,Cr/3 251 12 Fe/3,Cr/3 181 99 Fe/3,Cr/6 151 72 Fe/2,Cr/3 251 94 Fe/3,Cr/3 181 45 Fe/3,Cr/6 161 28
Ni/2 291 36 Ni/3 191 57 Fe/2,Cr/3 261 41 Fe/3,Cr/3 251 44 Fe/3,Cr/6 201 73
(1) 251 46 (2) 221 22 (3) 221 04
(2) = Fe/ 2 ,Cr/ 3 ,Mo/ 4 ,Cu/ 2 ,Nb/ 5 ,Mn/ 2 (3)
= Fe/ 3 ,Cr/ 3 ,Mo/ 6 ,Cu/ 2 ,Nb/ 5 ,Mn/ 2
12115
Mo/ 3
151 99 Ag/ 1
Sn/4 291 67 23195 Ti/3 151 97 Ti/4 111 98 32168 22180
Pb/ 2 103159 Pb/4 511 80
注 : ① EW值不依賴所選的單位系統(tǒng) ,是無量綱量。
②合金元素含量假設(shè)取為中值。計算中不包括質(zhì)量含量低于 1%的合金元素。
③僅常原子價組使用。
腐蝕率計算的誤差討論 :
(1)原子價不正確會導(dǎo)致誤差 [ 10 ]。
(2)
計算中假設(shè)產(chǎn)生的腐蝕是均勻腐蝕 ,對產(chǎn)生的非均勻腐蝕 ,使用此方法會在一定程度上低估實際值。
(3)
大多數(shù)非金屬或包括已氧化材料的合金可能不能用上述方法處理。
(4)
由上述方法計算出的腐蝕率 ,對于磨蝕或浸蝕為金屬損失的主要原因時 ,會明顯地低估金屬損失率。
2 腐蝕量計算
材料腐蝕量應(yīng)是材料腐蝕率對環(huán)境類型 /要素/強度作用時間的積分。在工程應(yīng)用中 ,在假定材料腐蝕率 (或腐蝕電流密度 icor )在一段時間內(nèi)不隨時間變化或分段變化的情況下 ,材料腐蝕量就是材料腐蝕率與環(huán)境作用時間乘積之和。對某單一環(huán)境類型 /要素 /強度 ,材料腐蝕量 2穿透量 (hcor )或質(zhì)量損失量 (wcor )表示為
icor
hcor =K1 EWt(7)
ρ
wcor =K2 icor EWt(8)式中 :t為環(huán)境作用時間 ;穿透量單位與質(zhì)量損失量單位見表 2。
表 2 法拉第方程中使用的常值 Table 2 Values of constants for use in Faraday’s equation
A
穿透率 icor ρ K1 K1
mpy μA/cm2 g/cm3 01 128 8 mpy ·g/ (μA ·cm) mm/a A/m2 kg/m3 3271 2 mm ·kg/ A ·m ·a
3
mm/ a μA/cm2 g/cm3 3127 ×10 -mm ·g/μA ·cm ·a B
質(zhì)量損失率 icor K2 K2
2
g/ (m·d) A/m2 018953 g/ (A ·d) mg ·cm2/
mg/ (dm2 ·d) ( mdd) μA/cm2 01089 5
(μA ·dm2 ·d) mg ·m2/
3
mg/ (dm2 ·d) ( mdd) A/ m2 81953 ×10 -(A ·dm2 ·d)
材料所處的真實環(huán)境往往是由多種不同環(huán)境類型 /環(huán)境要素 /環(huán)境要素強度及其作用時間 2即環(huán)境譜組成 ,從工程應(yīng)用上 ,可認為并假定大多數(shù)材料在不同環(huán)境下所產(chǎn)生的腐蝕不相關(guān)或弱相關(guān) ,即為相互獨立并可線性疊加的 [5 ,11] ,在同一時 間內(nèi)同時作用時也是這樣 (如果不是這樣 ,計算方法就需要加以適當(dāng)調(diào)整以反映實際的作用過程)。那么 ,材料腐蝕量可表示為
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