專利名稱：一種原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，尤其涉及一種原位全場(chǎng)檢測(cè)早期不銹鋼點(diǎn)蝕的方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼因表面能形成致密的氧化鉻層而具有優(yōu)良的耐腐蝕能力，因此得以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域以及日常生活。然而，在抗均勻腐蝕的同時(shí)，不銹鋼的局部點(diǎn)狀腐蝕(即點(diǎn)蝕)卻難以避免。點(diǎn)蝕外觀隱蔽，難以被探測(cè)，但破壞性極大，若任其發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致不銹鋼材料穿孔直到整個(gè)結(jié)構(gòu)被破壞。自上世紀(jì)30年代開始至今，人類對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕形核機(jī)制的探索就從未間斷，點(diǎn)蝕成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的經(jīng)典問題之一。盡管研究人員普遍認(rèn)為，點(diǎn)蝕的發(fā)生起因于不銹鋼中硫化錳夾雜的局域溶解，但由于缺乏微小尺度的結(jié)構(gòu)與成分信息，點(diǎn)蝕最初的形核位置被描述為“隨機(jī)和不可預(yù)測(cè)的”。點(diǎn)蝕初始位置的“不明確”一直制約著人們對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及抗點(diǎn)蝕措施的改進(jìn)。人們希望在點(diǎn)蝕剛開始， 即在點(diǎn)蝕萌生階段就能發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕發(fā)生部位，觀察其腐蝕行為，研究其腐蝕機(jī)理，并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行防護(hù)。對(duì)于不銹鋼早期點(diǎn)蝕來(lái)說(shuō)，由于蝕點(diǎn)尺寸很小，只有微米級(jí)，并且蝕點(diǎn)數(shù)量一般較少，有時(shí)每平方厘米只有幾個(gè)，因此采用傳統(tǒng)技術(shù)手段難以原位獲得全場(chǎng)早期點(diǎn)蝕萌生位置、數(shù)量及出現(xiàn)時(shí)間等研究點(diǎn)蝕機(jī)理所需的重要信息。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員只能在有限的視場(chǎng)范圍內(nèi)采用“守株待兔”的方式對(duì)早期點(diǎn)蝕進(jìn)行原位觀察，研究手段從早期的光學(xué)顯微鏡，到最近的原子力顯微鏡和電化學(xué)掃描隧道顯微鏡等均為如此，這些微觀監(jiān)測(cè)手段觀察范圍很小，無(wú)法在同一時(shí)刻對(duì)試樣表面點(diǎn)蝕行為進(jìn)行全場(chǎng)監(jiān)測(cè)，由于不銹鋼點(diǎn)蝕萌生表現(xiàn)為隨機(jī)分布，在點(diǎn)蝕以外區(qū)域不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，這些研究手段檢測(cè)精度越高，觀察視場(chǎng)越小，檢測(cè)到點(diǎn)蝕的幾率就越低，因此這些微觀監(jiān)測(cè)手段在檢測(cè)早期點(diǎn)蝕時(shí)受到很大限制。目前不銹鋼點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法主要有化學(xué)浸泡法、電化學(xué)測(cè)量法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)三類。通?；瘜W(xué)浸泡法主要以美國(guó)ASTM G48-76標(biāo)準(zhǔn)為代表，以重量百分比為6%的三氯化鐵浸泡不銹鋼試樣，對(duì)材料單位面積上的孔蝕數(shù)目、蝕孔大小和深度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種方法測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，通常需要M小時(shí)至72小時(shí)，并且無(wú)法對(duì)不銹鋼早期點(diǎn)蝕進(jìn)行檢測(cè)。電化學(xué)測(cè)量方法，如穩(wěn)態(tài)法、暫態(tài)法及交流阻抗技術(shù)等均是以整個(gè)電極為研究對(duì)象，以電信號(hào)(電位、電流或電荷)為激勵(lì)和檢測(cè)手段，通過解釋而獲得有關(guān)電極過程間接、統(tǒng)計(jì)和面積平均的研究信息，這種方法不能對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕等電極局部腐蝕信息進(jìn)行直接觀察檢測(cè)，無(wú)法對(duì)不銹鋼表面復(fù)雜的點(diǎn)蝕體系進(jìn)行深入研究?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，如射線照相法、聲學(xué)法等檢測(cè)的分辨率較低，無(wú)法對(duì)早期不銹鋼點(diǎn)蝕造成的點(diǎn)蝕孔進(jìn)行檢測(cè)?？傊?，目前已有的不銹鋼點(diǎn)蝕檢測(cè)方法無(wú)法兼顧全場(chǎng)與早期。因此對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕過程，特別是早期點(diǎn)蝕行為進(jìn)行快速、全場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲得早期點(diǎn)蝕位置、點(diǎn)蝕數(shù)量及點(diǎn)蝕出現(xiàn)時(shí)間等信息將成為不銹鋼點(diǎn)蝕研究以及不銹鋼點(diǎn)蝕敏感性評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種快速、原位、全場(chǎng)、早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，其原理是將不銹鋼浸入含指示劑的點(diǎn)蝕促進(jìn)液，不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕后腐蝕產(chǎn)物與指示劑作用顯色，采用長(zhǎng)距離工作顯微鏡、數(shù)字?jǐn)z像頭與顯示器在全場(chǎng)范圍對(duì)試樣表面進(jìn)行原位實(shí)時(shí)觀察，當(dāng)觀察到試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，即為點(diǎn)蝕開始，藍(lán)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間可用來(lái)評(píng)價(jià)不銹鋼點(diǎn)蝕敏感性，采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對(duì)藍(lán)點(diǎn)進(jìn)行觀察，獲得蝕孔大小，形貌等信息。該方法為不銹鋼早期點(diǎn)蝕研究、檢測(cè)及盡早采取相應(yīng)防護(hù)措施提供有價(jià)值的參考，還可以用于不銹鋼點(diǎn)蝕敏感性快速評(píng)價(jià)。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟
(1)將不銹鋼試樣絕緣封裝并將工作面機(jī)械拋光；
(2)配制含指示劑的點(diǎn)蝕促進(jìn)液；
(3)將含有實(shí)驗(yàn)浸泡溶液(按步驟二配制)的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好測(cè)試溫度為10-60°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時(shí)用長(zhǎng)距離工作顯微鏡和數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)試樣表面進(jìn)行原位全場(chǎng)觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，即為點(diǎn)蝕開始；
(4)將試樣取出后采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對(duì)藍(lán)點(diǎn)進(jìn)行觀察，獲得蝕孔大小、 形貌等信息。所述指示劑由組分1和組分2溶液混合而成，組分1為純水配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5-20%鐵氰化鉀溶液，組分2由酚酞溶解于酒精獲得，濃度為0.02-0. 2 g/ml，將體積比 10-50 :1的組分1和組分2溶液混合，即得到實(shí)驗(yàn)要用的指示劑，該指示劑即配即用，點(diǎn)蝕促進(jìn)液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5-5%。所采用的長(zhǎng)距離工作顯微鏡放大倍數(shù)為10-150倍，數(shù)字?jǐn)z像頭像素為100-3300 萬(wàn)，顯示器分辨率為1024X768-7680X4320。所采用的金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡放大倍數(shù)不低于400倍。本發(fā)明的技術(shù)效果是上述方法克服了傳統(tǒng)技術(shù)手段在檢測(cè)早期不銹鋼點(diǎn)蝕時(shí)存在的缺點(diǎn)，即無(wú)法全場(chǎng)原位獲得早期點(diǎn)蝕萌生位置、點(diǎn)蝕數(shù)量及點(diǎn)蝕出現(xiàn)時(shí)間等研究點(diǎn)蝕機(jī)理所需的重要信息，上述方法能在全場(chǎng)范圍內(nèi)快速對(duì)試樣表面早期蝕點(diǎn)進(jìn)行微米級(jí)的檢測(cè)，檢測(cè)信息包括不銹鋼點(diǎn)蝕位置、點(diǎn)蝕數(shù)量、點(diǎn)蝕出現(xiàn)時(shí)間以及早期蝕孔的大小與形貌， 這些點(diǎn)腐蝕信息有著重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，該方法還具有快速，準(zhǔn)確、直觀及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至400#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點(diǎn)蝕前(a)后(b)的表面顯微鏡照片。圖2為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至800#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點(diǎn)蝕前(a)后(b)的前后的表面顯微鏡照片。圖3為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至1200#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點(diǎn)蝕前(a)后(b)的前后的表面顯微鏡照片。圖4為圖3(b)中紅框所示蝕點(diǎn)的金相顯微鏡照片。圖5為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至1200#的316不銹鋼在本體溶液為3% NaCl中發(fā)生點(diǎn)蝕前(a)后(b)的前后的表面顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)描述 實(shí)施例1
步驟一樣品的準(zhǔn)備，首先將304不銹鋼加工成Φ5πιπι，厚度為4 mm的圓片。采用金相試樣鑲嵌機(jī)對(duì)不銹鋼圓片進(jìn)行封裝(鑲嵌用料采用酚醛樹脂粉)，經(jīng)過水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至400#，用丙酮對(duì)試樣工作面進(jìn)行清洗除油，干燥后短時(shí)置于干燥皿中備用。步驟二 配制實(shí)驗(yàn)浸泡溶液，實(shí)驗(yàn)浸泡液分為指示劑和本體溶液，其中指示劑由組分1和組分2溶液混合而成，組分1為純水配制的10%鐵氰化鉀溶液，組分2由酚酞溶解于酒精獲得，濃度為0.1 g/ml，將體積比50 :1的組分1和組分2溶液混合，即得到實(shí)驗(yàn)要用的指示劑，該指示劑即配即用，本體溶液為純水配制的NaCl溶液，濃度為3%。步驟三將含有浸泡溶液(按步驟二配制)的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)溫度，范圍在25°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時(shí)用放大倍數(shù)為30倍的長(zhǎng)距離工作顯微鏡、130萬(wàn)像素?cái)?shù)字?jǐn)z像頭與分辨率1400X900的顯示器，對(duì)試樣表面進(jìn)行原位全場(chǎng)觀察，當(dāng)試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，即為點(diǎn)蝕開始，從試樣放入燒杯開始記錄試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)時(shí)間，采用金相顯微鏡對(duì)蝕點(diǎn)形貌、大小進(jìn)行觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是345 S。實(shí)施例2
除將水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至800#，其它同實(shí)施例1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是402 S。實(shí)施例3
除將水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至1200#，其它同實(shí)施例1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是463 S。將蝕點(diǎn)進(jìn)行金相觀察，發(fā)現(xiàn)該蝕點(diǎn)口徑約為10 μπι左右。實(shí)施例4
除將將304不銹鋼材料改為316不銹鋼，另外水磨砂紙由粗到細(xì)打磨至1200#，其它同實(shí)施例1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是796 S。實(shí)施例5
除本體溶液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5%。，其它同實(shí)施例1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是1456 S。實(shí)施例6
除本體溶液為純水配制的NaCl溶液，濃度為洲。，其它同實(shí)施例1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間是602 S。由以上實(shí)例發(fā)現(xiàn)，不銹鋼表面粗糙度越大，點(diǎn)蝕促進(jìn)液濃度越高，出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間越短，并且在相同條件下，316不銹鋼表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間比304不銹鋼要長(zhǎng)得多，這些數(shù)據(jù)基本與前人文獻(xiàn)資料研究結(jié)果一致，說(shuō)明了本試驗(yàn)方法在檢測(cè)評(píng)價(jià)不銹鋼點(diǎn)蝕敏感性以及研究早期不銹鋼點(diǎn)蝕方面的有效性。從圖4可知，采用放大倍數(shù)為30倍的長(zhǎng)距離工作顯微鏡、130萬(wàn)像素?cái)?shù)字?jǐn)z像頭與分辨率1400X900的顯示器，即可在Φ 5mm試樣全場(chǎng)范圍內(nèi)觀察到10 μ m左右蝕點(diǎn)，倘若提高設(shè)備長(zhǎng)距離工作顯微鏡放大倍數(shù)，提高攝像頭和顯示器的硬件參數(shù)，必可對(duì)更小尺寸的蝕點(diǎn)進(jìn)行全場(chǎng)觀察，即將檢測(cè)分辨率提高到微米級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將不銹鋼試樣絕緣封裝并將工作面機(jī)械拋光；(2)配制含指示劑的點(diǎn)蝕促進(jìn)液；(3)將含有實(shí)驗(yàn)浸泡溶液的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好測(cè)試溫度為10-60°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時(shí)用長(zhǎng)距離工作顯微鏡和數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)試樣表面進(jìn)行原位全場(chǎng)觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，即為點(diǎn)蝕開始；(4)將試樣取出后采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對(duì)藍(lán)點(diǎn)進(jìn)行觀察，獲得蝕孔大小、 形貌等信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，其特征在于指示劑由組分1和組分2溶液混合而成，組分1為純水配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20%鐵氰化鉀溶液，組分 2由酚酞溶解于酒精獲得，濃度為0. 02-0. 2 g/ml，將體積比10-50 1的組分1和組分2溶液混合，即得到實(shí)驗(yàn)要用的指示劑，該指示劑即配即用，點(diǎn)蝕促進(jìn)液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5-5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，其特征在于所采用的長(zhǎng)距離工作顯微鏡放大倍數(shù)為10-150倍，數(shù)字?jǐn)z像頭像素為100-3300萬(wàn)，顯示器分辨率為 1024X768-7680X4320 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，其特征在于所采用的金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡放大倍數(shù)不低于400倍。
全文摘要
一種原位全場(chǎng)早期檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕的方法，方法步驟為步驟一將不銹鋼試樣封裝并將工作面機(jī)械拋光；步驟二配制實(shí)驗(yàn)浸泡溶液；步驟三將含有浸泡溶液(按步驟二配制)的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好測(cè)試溫度，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時(shí)用長(zhǎng)距離工作顯微鏡和數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)試樣表面進(jìn)行原位全場(chǎng)觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，即為點(diǎn)蝕開始，記錄試樣放入燒杯到出點(diǎn)時(shí)間。本發(fā)明的技術(shù)效果是上述方法能快速、原位檢測(cè)不銹鋼點(diǎn)蝕行為，所檢測(cè)的不銹鋼點(diǎn)蝕位置，數(shù)量，點(diǎn)蝕大小以及出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間，這些點(diǎn)蝕信息有著重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N21/84GK102313695SQ20111021230
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者李光東, 王梅豐 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)