專利名稱：一種原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測不銹鋼點蝕的方法，尤其涉及一種原位全場檢測早期不銹鋼點蝕的方法。
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，不銹鋼的局部點狀腐蝕(即點蝕)卻難以避免。點蝕外觀隱蔽，難以被探測，但破壞性極大，若任其發(fā)展，會導(dǎo)致不銹鋼材料穿孔直到整個結(jié)構(gòu)被破壞。自上世紀(jì)30年代開始至今，人類對不銹鋼點蝕形核機制的探索就從未間斷，點蝕成為材料科學(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為，點蝕的發(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，點蝕最初的形核位置被描述為“隨機和不可預(yù)測的”。點蝕初始位置的“不明確”一直制約著人們對不銹鋼點蝕機理的認識以及抗點蝕措施的改進。人們希望在點蝕剛開始， 即在點蝕萌生階段就能發(fā)現(xiàn)點蝕發(fā)生部位，觀察其腐蝕行為，研究其腐蝕機理，并及時采取有效措施進行防護。對于不銹鋼早期點蝕來說，由于蝕點尺寸很小，只有微米級，并且蝕點數(shù)量一般較少，有時每平方厘米只有幾個，因此采用傳統(tǒng)技術(shù)手段難以原位獲得全場早期點蝕萌生位置、數(shù)量及出現(xiàn)時間等研究點蝕機理所需的重要信息。長期以來，研究人員只能在有限的視場范圍內(nèi)采用“守株待兔”的方式對早期點蝕進行原位觀察，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)測手段觀察范圍很小，無法在同一時刻對試樣表面點蝕行為進行全場監(jiān)測，由于不銹鋼點蝕萌生表現(xiàn)為隨機分布，在點蝕以外區(qū)域不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，這些研究手段檢測精度越高，觀察視場越小，檢測到點蝕的幾率就越低，因此這些微觀監(jiān)測手段在檢測早期點蝕時受到很大限制。目前不銹鋼點蝕試驗方法主要有化學(xué)浸泡法、電化學(xué)測量法和現(xiàn)場試驗三類。通常化學(xué)浸泡法主要以美國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)進行評價。這種方法測試時間長，通常需要M小時至72小時，并且無法對不銹鋼早期點蝕進行檢測。電化學(xué)測量方法，如穩(wěn)態(tài)法、暫態(tài)法及交流阻抗技術(shù)等均是以整個電極為研究對象，以電信號(電位、電流或電荷)為激勵和檢測手段，通過解釋而獲得有關(guān)電極過程間接、統(tǒng)計和面積平均的研究信息，這種方法不能對不銹鋼點蝕等電極局部腐蝕信息進行直接觀察檢測，無法對不銹鋼表面復(fù)雜的點蝕體系進行深入研究。現(xiàn)場試驗，如射線照相法、聲學(xué)法等檢測的分辨率較低，無法對早期不銹鋼點蝕造成的點蝕孔進行檢測。總之，目前已有的不銹鋼點蝕檢測方法無法兼顧全場與早期。因此對不銹鋼點蝕過程，特別是早期點蝕行為進行快速、全場連續(xù)監(jiān)測，獲得早期點蝕位置、點蝕數(shù)量及點蝕出現(xiàn)時間等信息將成為不銹鋼點蝕研究以及不銹鋼點蝕敏感性評價的一個重要方向。

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、早期檢測不銹鋼點蝕的方法，其原理是將不銹鋼浸入含指示劑的點蝕促進液，不銹鋼發(fā)生點蝕后腐蝕產(chǎn)物與指示劑作用顯色，采用長距離工作顯微鏡、數(shù)字攝像頭與顯示器在全場范圍對試樣表面進行原位實時觀察，當(dāng)觀察到試樣表面出現(xiàn)藍點，即為點蝕開始，藍點出現(xiàn)時間可用來評價不銹鋼點蝕敏感性，采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對藍點進行觀察，獲得蝕孔大小，形貌等信息。該方法為不銹鋼早期點蝕研究、檢測及盡早采取相應(yīng)防護措施提供有價值的參考，還可以用于不銹鋼點蝕敏感性快速評價。本發(fā)明是這樣來實現(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械拋光；
(2)配制含指示劑的點蝕促進液；
(3)將含有實驗浸泡溶液(按步驟二配制)的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好測試溫度為10-60°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時用長距離工作顯微鏡和數(shù)字攝像頭對試樣表面進行原位全場觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍點，即為點蝕開始；
(4)將試樣取出后采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對藍點進行觀察，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)量分數(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，即得到實驗要用的指示劑，該指示劑即配即用，點蝕促進液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5-5%。所采用的長距離工作顯微鏡放大倍數(shù)為10-150倍，數(shù)字攝像頭像素為100-3300 萬，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)手段在檢測早期不銹鋼點蝕時存在的缺點，即無法全場原位獲得早期點蝕萌生位置、點蝕數(shù)量及點蝕出現(xiàn)時間等研究點蝕機理所需的重要信息，上述方法能在全場范圍內(nèi)快速對試樣表面早期蝕點進行微米級的檢測，檢測信息包括不銹鋼點蝕位置、點蝕數(shù)量、點蝕出現(xiàn)時間以及早期蝕孔的大小與形貌， 這些點腐蝕信息有著重要的學(xué)術(shù)價值和實際應(yīng)用價值。此外，該方法還具有快速，準(zhǔn)確、直觀及分辨率高等優(yōu)點。


圖1為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細打磨至400#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點蝕前(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打磨至800#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點蝕前(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打磨至1200#的304不銹鋼在本體溶液為3% NaCl 中發(fā)生點蝕前(a)后(b)的前后的表面顯微鏡照片。圖4為圖3(b)中紅框所示蝕點的金相顯微鏡照片。圖5為經(jīng)過水磨砂紙由粗到細打磨至1200#的316不銹鋼在本體溶液為3% NaCl中發(fā)生點蝕前(a)后(b)的前后的表面顯微鏡照片。
具體實施例方式以下結(jié)合實例對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細描述 實施例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對不銹鋼圓片進行封裝(鑲嵌用料采用酚醛樹脂粉)，經(jīng)過水磨砂紙由粗到細打磨至400#，用丙酮對試樣工作面進行清洗除油，干燥后短時置于干燥皿中備用。步驟二 配制實驗浸泡溶液，實驗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，即得到實驗要用的指示劑，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)置好實驗溫度，范圍在25°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時用放大倍數(shù)為30倍的長距離工作顯微鏡、130萬像素數(shù)字攝像頭與分辨率1400X900的顯示器，對試樣表面進行原位全場觀察，當(dāng)試樣表面出現(xiàn)藍點，即為點蝕開始，從試樣放入燒杯開始記錄試樣表面出現(xiàn)藍點時間，采用金相顯微鏡對蝕點形貌、大小進行觀察。實驗結(jié)果如圖1所示，出現(xiàn)點蝕的時間是345 S。實施例2
除將水磨砂紙由粗到細打磨至800#，其它同實施例1，實驗結(jié)果如圖2所示，出現(xiàn)點蝕的時間是402 S。實施例3
除將水磨砂紙由粗到細打磨至1200#，其它同實施例1，實驗結(jié)果如圖3所示，出現(xiàn)點蝕的時間是463 S。將蝕點進行金相觀察，發(fā)現(xiàn)該蝕點口徑約為10 μπι左右。實施例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打磨至1200#，其它同實施例1，實驗結(jié)果如圖5所示，出現(xiàn)點蝕的時間是796 S。實施例5
除本體溶液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5%。，其它同實施例1，實驗結(jié)果如圖2 所示，出現(xiàn)點蝕的時間是1456 S。實施例6
除本體溶液為純水配制的NaCl溶液，濃度為洲。，其它同實施例1，實驗結(jié)果如圖2所示，出現(xiàn)點蝕的時間是602 S。由以上實例發(fā)現(xiàn)，不銹鋼表面粗糙度越大，點蝕促進液濃度越高，出現(xiàn)點蝕的時間越短，并且在相同條件下，316不銹鋼表面出現(xiàn)點蝕的時間比304不銹鋼要長得多，這些數(shù)據(jù)基本與前人文獻資料研究結(jié)果一致，說明了本試驗方法在檢測評價不銹鋼點蝕敏感性以及研究早期不銹鋼點蝕方面的有效性。從圖4可知，采用放大倍數(shù)為30倍的長距離工作顯微鏡、130萬像素數(shù)字攝像頭與分辨率1400X900的顯示器，即可在Φ 5mm試樣全場范圍內(nèi)觀察到10 μ m左右蝕點，倘若提高設(shè)備長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)，必可對更小尺寸的蝕點進行全場觀察，即將檢測分辨率提高到微米級。
權(quán)利要求
1.一種原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法，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械拋光；(2)配制含指示劑的點蝕促進液；(3)將含有實驗浸泡溶液的燒杯放入恒溫水浴槽中，設(shè)置好測試溫度為10-60°C，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時用長距離工作顯微鏡和數(shù)字攝像頭對試樣表面進行原位全場觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍點，即為點蝕開始；(4)將試樣取出后采用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對藍點進行觀察，獲得蝕孔大小、 形貌等信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法，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)量分數(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，即得到實驗要用的指示劑，該指示劑即配即用，點蝕促進液為純水配制的NaCl溶液，濃度為0. 5-5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法，其特征在于所采用的長距離工作顯微鏡放大倍數(shù)為10-150倍，數(shù)字攝像頭像素為100-3300萬，顯示器分辨率為 1024X768-7680X4320 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法，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
一種原位全場早期檢測不銹鋼點蝕的方法，方法步驟為步驟一將不銹鋼試樣封裝并將工作面機械拋光；步驟二配制實驗浸泡溶液；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)置好測試溫度，將不銹鋼試樣工作面向上放入燒杯，同時用長距離工作顯微鏡和數(shù)字攝像頭對試樣表面進行原位全場觀察，當(dāng)顯示器中試樣表面出現(xiàn)藍點，即為點蝕開始，記錄試樣放入燒杯到出點時間。本發(fā)明的技術(shù)效果是上述方法能快速、原位檢測不銹鋼點蝕行為，所檢測的不銹鋼點蝕位置，數(shù)量，點蝕大小以及出現(xiàn)點蝕的時間，這些點蝕信息有著重要的學(xué)術(shù)價值和實際應(yīng)用價值。
文檔編號G01N21/84GK102313695SQ20111021230
公開日2012年1月11日 申請日期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 申請人:南昌航空大學(xué)