耐脫鋅腐蝕性試驗(yàn)技術(shù)指南

脫鋅腐蝕是銅合金（尤其是含鋅量較高的黃銅）在特定環(huán)境（如海水、水蒸氣、酸性或弱堿性溶液）中常見(jiàn)的一種選擇性腐蝕形式。合金中的鋅元素優(yōu)先溶解，留下多孔、脆弱的富銅層，嚴(yán)重削弱材料力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)完整性。耐脫鋅腐蝕性試驗(yàn)旨在評(píng)估銅合金抵抗這種破壞性腐蝕的能力。

一、 試驗(yàn)?zāi)康呐c原理

本試驗(yàn)主要用于：

1. 材料篩選與對(duì)比： 評(píng)價(jià)不同牌號(hào)、批次或處理狀態(tài)的銅合金（尤其是黃銅）對(duì)脫鋅腐蝕的敏感性。
2. 工藝質(zhì)量控制： 監(jiān)控?zé)崽幚怼⒓庸すに嚨纫蛩貙?duì)材料耐脫鋅性能的影響。
3. 研究腐蝕機(jī)理： 輔助理解脫鋅發(fā)生和發(fā)展的條件與過(guò)程。

試驗(yàn)原理： 將試樣暴露于特定的加速腐蝕介質(zhì)中一段時(shí)間。該介質(zhì)（通常為酸性或含氯離子溶液）選擇性溶解合金中的鋅元素，形成脫鋅層。試驗(yàn)后，通過(guò)金相顯微鏡觀察和測(cè)量脫鋅深度，或通過(guò)失重法計(jì)算脫鋅率，以此定量評(píng)估材料的耐脫鋅性能。

二、 常用試驗(yàn)方法概述

國(guó)際和國(guó)內(nèi)廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有以下幾種：

1. 酸性氯化銅溶液浸泡法 (如 ISO 6509, ASTM B858)：

   • 介質(zhì)： 典型為含 12.8±0.2 g/L CuCl?·2H?O 的水溶液，用鹽酸調(diào)節(jié) pH 至約 0.30。
   • 溫度： 通常在室溫（約 25°C）下進(jìn)行。
   • 時(shí)間： 24 小時(shí)是常見(jiàn)周期。
   • 試樣準(zhǔn)備： 需暴露新鮮表面，通常需打磨、清潔、干燥。
   • 裝置： 配備冷凝回流裝置的玻璃容器，防止溶液蒸發(fā)濃縮。
   • 評(píng)估： 截面金相法測(cè)量最大脫鋅深度和平均脫鋅深度是核心手段。

2. 中性氯化銨溶液浸泡法 (如 ISO 6509)：

   • 介質(zhì)： 濃度為 1 mol/L (53.5 g/L) 的 NH?Cl 水溶液。
   • 溫度： 75±1°C。
   • 時(shí)間： 24 小時(shí)。
   • 試樣準(zhǔn)備與裝置： 類似酸性法，同樣推薦使用回流冷凝裝置。
   • 評(píng)估： 主要采用金相法測(cè)量脫鋅深度。

3. 電化學(xué)測(cè)試法 (如動(dòng)電位掃描)：

   • 原理： 測(cè)量材料在特定電解質(zhì)（如 3% NaCl）中的極化曲線或阻抗譜，通過(guò)分析特征電位（如脫鋅電位）、電流密度或阻抗變化來(lái)間接評(píng)估脫鋅傾向和速率。這種方法速度較快，常用于研究。
   • 特點(diǎn)： 相對(duì)于浸泡法更快速，但結(jié)果解讀需要專業(yè)知識(shí)，且與長(zhǎng)期服役性能的關(guān)聯(lián)性有時(shí)不如浸泡法直接。

三、 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)流程 (以酸性氯化銅浸泡法為例)

1. 試樣制備：

   • 取樣：從待測(cè)材料上切取代表性試樣。
   • 尺寸：通常為便于操作和觀察的大小（如 20x10x厚度 mm）。需包含一個(gè)待測(cè)表面。
   • 表面處理：所有表面（尤其是待暴露面）需依次打磨至規(guī)定光潔度（如600#或800#砂紙），確保表面狀態(tài)一致。徹底清除油污、氧化物及磨屑（常用有機(jī)溶劑如丙酮清洗）。
   • 干燥：清洗后置于干燥器中充分干燥。
   • 稱重：精確稱量初始質(zhì)量（m?，精確至0.1mg）。
   • 非測(cè)試面保護(hù)：使用耐酸涂料或夾具有效遮蔽非測(cè)試面，僅暴露待測(cè)面。

2. 試驗(yàn)溶液配制：

   • 使用分析純?cè)噭┖腿ルx子水/蒸餾水。
   • 準(zhǔn)確稱量 CuCl?·2H?O (如 12.8g) 溶于適量水中。
   • 轉(zhuǎn)移至容量瓶定容（如1L）。
   • 用稀鹽酸（如0.1 mol/L HCl）仔細(xì)調(diào)節(jié)pH值至規(guī)定范圍（如0.30±0.05），使用校準(zhǔn)過(guò)的pH計(jì)監(jiān)測(cè)。
   • 溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用或儲(chǔ)存于深色瓶中避光保存。

3. 試驗(yàn)裝置與浸沒(méi)：

   • 使用帶磨口接口的錐形瓶或燒瓶。
   • 安裝回流冷凝管，確保冷卻水流通。
   • 將試樣垂直懸掛或固定在溶液中，確保完全浸沒(méi)，試樣間及與容器壁無(wú)接觸。
   • 每升溶液中的試樣總表面積應(yīng)不超過(guò)規(guī)定限值（如100 cm²/L），避免溶液成分過(guò)快改變。
   • 密閉裝置，開(kāi)啟冷卻水。

4. 試驗(yàn)過(guò)程：

   • 將裝置置于恒溫環(huán)境（如25±1°C水浴）中。
   • 開(kāi)始計(jì)時(shí)，持續(xù)浸泡規(guī)定時(shí)間（如24±0.5小時(shí)）。

5. 試驗(yàn)后處理：

   • 取出試樣，立即用流動(dòng)自來(lái)水徹底沖洗。
   • 用軟刷或橡皮擦輕輕去除表面疏松腐蝕產(chǎn)物。
   • 在超聲波清洗器中用去離子水/蒸餾水清洗數(shù)分鐘。
   • 用丙酮脫水清洗。
   • 置于干燥器中充分干燥（如≥24小時(shí)）。
   • 精確稱量最終質(zhì)量（m?，精確至0.1mg）。

6. 脫鋅層檢測(cè)與測(cè)量 (金相法為主)：

   • 鑲嵌： 垂直于暴露面截取試樣，并進(jìn)行熱固性或冷鑲嵌。
   • 研磨拋光： 對(duì)截面進(jìn)行精細(xì)研磨和拋光，獲得清晰無(wú)劃痕的觀察面。
   • 侵蝕： 選擇合適的侵蝕劑（如酸性氯化鐵溶液、氨水過(guò)氧化氫溶液）輕微侵蝕，以清晰顯示脫鋅層與基體的邊界（脫鋅層通常保留原始晶界輪廓）。
   • 顯微觀察： 在金相顯微鏡下觀察截面。脫鋅層通常顏色較淺或呈粉紅色（富銅），組織疏松多孔；基體組織致密。
   • 深度測(cè)量： 在合適的放大倍數(shù)下（如200倍）：
     • 最大脫鋅深度 (MDZ)： 沿暴露面長(zhǎng)度方向，測(cè)量最深的單個(gè)脫鋅穿透點(diǎn)。
     • 平均脫鋅深度 (ADZ)： 沿暴露面長(zhǎng)度方向等間隔測(cè)量多個(gè)點(diǎn)（至少10個(gè)點(diǎn)）的脫鋅深度（從原始表面到脫鋅前沿），計(jì)算平均值。避開(kāi)邊緣效應(yīng)區(qū)域（如兩端各1mm）。
   • 記錄： 清晰拍照記錄典型視場(chǎng)，標(biāo)注測(cè)量點(diǎn)。

7. 脫鋅率計(jì)算 (失重法輔助)：

   • 脫鋅率 (g/m²) = (m? - m? - Δm_c) / A
   • m?: 試驗(yàn)前試樣質(zhì)量 (g)
   • m?: 試驗(yàn)后試樣質(zhì)量 (g)
   • Δm_c: 遮蔽涂層去除前后的質(zhì)量差（若涂層被腐蝕或溶解，需修正）。若涂層穩(wěn)定無(wú)損失，則Δm_c=0。
   • A: 試樣初始暴露表面積 (m²)
   • 注：失重法結(jié)果反映的是總腐蝕失重（鋅溶解+少量銅溶解等），主要用于對(duì)比或特定標(biāo)準(zhǔn)要求。金相深度測(cè)量是評(píng)價(jià)脫鋅敏感性更直接、更普遍的方法。

四、 結(jié)果評(píng)估與評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1. 評(píng)估依據(jù)： 核心依據(jù)是脫鋅深度測(cè)量結(jié)果（最大深度MDZ和/或平均深度ADZ）。
2. 評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：
   • 參照標(biāo)準(zhǔn)： 依據(jù)相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)協(xié)議中的規(guī)定閾值進(jìn)行判定。例如：
     • “最大脫鋅深度 ≤ 100 μm”
     • “平均脫鋅深度 ≤ 50 μm”
   • ISO 6509 評(píng)級(jí)圖： 該標(biāo)準(zhǔn)提供了一套評(píng)級(jí)圖譜（如 A、B、C、D、E級(jí)），通過(guò)對(duì)比試樣截面的脫鋅形態(tài)和深度與標(biāo)準(zhǔn)圖來(lái)劃分等級(jí)（A級(jí)代表耐脫鋅性最好，E級(jí)最差）。
3. 報(bào)告內(nèi)容：
   • 試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)號(hào)及名稱。
   • 試樣標(biāo)識(shí)（材料牌號(hào)、狀態(tài)、取樣位置）。
   • 試驗(yàn)條件（介質(zhì)成分、濃度、pH、溫度、時(shí)間）。
   • 脫鋅深度測(cè)量結(jié)果（MDZ, ADZ）及對(duì)應(yīng)圖片。
   • （若采用）失重法計(jì)算的脫鋅率。
   • 參照評(píng)級(jí)圖評(píng)定的等級(jí)（若適用）。
   • 觀察到的脫鋅類型（層狀、栓狀）。
   • 試驗(yàn)日期、人員、環(huán)境信息。

五、 應(yīng)用范圍與局限性

• 適用范圍： 主要適用于含鋅量大于15%的銅鋅合金（黃銅），特別是易脫鋅的α+β兩相黃銅（如H62、H59）。對(duì)某些青銅（如鋁青銅）也有應(yīng)用。
• 局限性：
  • 加速性： 是加速試驗(yàn)，結(jié)果不能直接等同于材料在自然服役環(huán)境下的長(zhǎng)期性能或使用壽命預(yù)測(cè)，主要用于材料間的相對(duì)比較和質(zhì)量控制。
  • 溶液差異： 不同標(biāo)準(zhǔn)使用的溶液（酸性CuCl? vs 中性NH?Cl）對(duì)某些材料的腐蝕行為和脫鋅層形貌可能有差異，結(jié)果需謹(jǐn)慎對(duì)比。
  • 邊緣效應(yīng)： 試樣邊緣的脫鋅行為通常不同于中心區(qū)域，測(cè)量時(shí)需避開(kāi)。
  • 脫鋅類型： 方法對(duì)層狀脫鋅敏感，對(duì)深度較大的栓狀脫鋅也能較好檢出，但對(duì)細(xì)小分散的栓狀脫鋅評(píng)估可能不夠精確。
  • 人為因素： 金相制樣質(zhì)量、侵蝕程度、測(cè)量位置選擇等會(huì)影響結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

耐脫鋅腐蝕性試驗(yàn)是評(píng)估銅合金（尤指黃銅）抵抗選擇性鋅溶解失效的關(guān)鍵手段。標(biāo)準(zhǔn)化浸泡法結(jié)合金相深度測(cè)量是應(yīng)用最廣泛、結(jié)果直觀可靠的方法。嚴(yán)格執(zhí)行試樣準(zhǔn)備、溶液配制、試驗(yàn)過(guò)程控制和精確的金相評(píng)估是獲得可信賴結(jié)果的基礎(chǔ)。理解該試驗(yàn)的加速性質(zhì)和局限性對(duì)于正確解讀數(shù)據(jù)并應(yīng)用于材料選擇、工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制至關(guān)重要。試驗(yàn)結(jié)果需結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行綜合判定。