EW =W/n (2)
式中 :W为一个元素原子的原子量 ;n为在腐蚀过程中氧化一个元素原子所需要的电子数目 ,即元素的原子价。
(2)合金当量权
对合金 ,当量权比较复杂。通常假设氧化过程是均匀的 ,同时不会对合金的任一成分产生选择性。如果不是这样 ,计算方法就需要加以调整以反映观察到的实际过程。同时 ,在赋于合金元素的 n值时 ,必须采用某种原理 ,因为许多元素具有一个以上的原子价。
为计算合金当量权 ,认为一单位质量的合金被氧化 ,对于 1g合金氧化当量的电子数为
Q= ∑nifi (3)
Wi 式中 :f i为合金中第 i种元素的质量因子 ;W i为合
nif i∑Wi
通常 ,计算中仅包括各合金元素的质量百分比。当一种合金的实际数据不可用时 ,通常使用规定的对各元素成分平均值。
(3)多原子价元素的当量权
对于有多个原子价的元素 ,其当量权值有不确定性。可以通过分析腐蚀产物建立这种原子价。或者通过测量和估算腐蚀表面的电位 [ 627 ],查出每种元素在一定温度、电位和电介质 PH值下的稳定的原子价。
(4)金属和合金的典型 EW值部分金属和合金的典型 EW值列在表 1中[3 ]。
11 3 腐蚀率计算
腐蚀率利用法拉第定律计算 ,可以用穿透率
(δhcor )或质量损失率 (δwcor ) [8 ]表示。
δhcor = K1 icor ρ EW (5)
δwcor = K2 icor EW (6)
式中 :的单位为 mm/ a ;icor;
δhcor的单位为 μA/ cm2 K1 =31 27 ×10 -3 , mm ·g/ (μA ·cm ·a) ;ρ为密度 , g/ cm3 (对于腐蚀测试中使用的许多金属和合金的密度值见 ASTM G1[9 ])。δwcor单位为 g/ (m2
·d) ; K2 =81954 ×10 -3 , g ·cm 2 /μA ·m2 ·d)。
在这些计算中 EW是无量纲的。对于其他不同单位系统 ,K1和 K2值列于表 2中。
表 1 各种金属和合金的当量权( 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称 UNS元素 /常原子价 ②③可变原子价当量权可变原子价当量权元素 /原子价当量权
铝合金 A92024 A1/ 3 ,Mg/ 2 AA2024 AA2219 A92219 A1/ 3 AA7075 A97075 A1/ 3 ,Zn/ 2 AA7079 A97079 A1/ 3 ,Zn/ 2 铜合金 C11000 CDA110 CDA220 C22000 Zn/ 2 不锈钢 304 S30400 Ni/ 2 410 S41000 镍合金 200 N02200 600 N06600 Ni/ 2 碳钢 G N06007 Ni/ 2
(1) =Fe/2,Cr/3,Mo/3,Cu/1,Nb/4,Mn/2
其他金属
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值不依赖所选的单位系统 ,是无量纲量。
②合金元素含量假设取为中值。计算中不包括质量含量低于 1%的合金元素。
③仅常原子价组使用。
腐蚀率计算的误差讨论 :
(1)原子价不正确会导致误差 [ 10 ]。
(2)
计算中假设产生的腐蚀是均匀腐蚀 ,对产生的非均匀腐蚀 ,使用此方法会在一定程度上低估实际值。
(3)
大多数非金属或包括已氧化材料的合金可能不能用上述方法处理。
(4)
由上述方法计算出的腐蚀率 ,对于磨蚀或浸蚀为金属损失的主要原因时 ,会明显地低估金属损失率。
2 腐蚀量计算
材料腐蚀量应是材料腐蚀率对环境类型 /要素/强度作用时间的积分。在工程应用中 ,在假定材料腐蚀率 (或腐蚀电流密度 icor )在一段时间内不随时间变化或分段变化的情况下 ,材料腐蚀量就是材料腐蚀率与环境作用时间乘积之和。对某单一环境类型 /要素 /强度 ,材料腐蚀量 2穿透量 (hcor )或质量损失量 (wcor )表示为
icor
hcor =K1 EWt(7)
ρ
wcor =K2 icor EWt(8)式中 :t为环境作用时间 ;穿透量单位与质量损失量单位见表 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
质量损失率 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)
材料所处的真实环境往往是由多种不同环境类型 /环境要素 /环境要素强度及其作用时间 2即环境谱组成 ,从工程应用上 ,可认为并假定大多数材料在不同环境下所产生的腐蚀不相关或弱相关 ,即为相互独立并可线性叠加的 [5 ,11] ,在同一时 间内同时作用时也是这样 (如果不是这样 ,计算方法就需要加以适当调整以反映实际的作用过程)。那么 ,材料腐蚀量可表示为
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