專利名稱：一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料性能監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種材料耐蝕性(抗降解性)快速、精確檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
材料性能檢測(cè)在材料科學(xué)與工程、腐蝕防護(hù)與表面工程等技術(shù)領(lǐng)域占有十分重要的地位。材料耐蝕性(抗降解性)檢測(cè)結(jié)果直接影響材料制備方法的優(yōu)化方向，如以增強(qiáng)材料耐蝕性(抗降解性)為主要任務(wù)的高純化、合金化、熱處理及表面改性技術(shù)等等，耐蝕性 (抗降解性)均為檢測(cè)指標(biāo)體系的重要組成部分。材料耐蝕性(抗降解性)評(píng)價(jià)方法很多，如①動(dòng)電位極化、交流阻抗譜、循環(huán)伏安法等現(xiàn)代電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，②全浸、半浸和間浸模擬浸泡試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)浸泡試驗(yàn)方法，以及③鹽霧試驗(yàn)、電解加速試驗(yàn)等加速腐蝕試驗(yàn)方法，等等。上述測(cè)試方法在評(píng)價(jià)材料的耐蝕性方面各具千秋，卻也存在如下主要缺陷1)依賴價(jià)格昂貴的測(cè)試儀器/設(shè)備且測(cè)試者必須具備系統(tǒng)、扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如①、②和③，其中方法①的設(shè)備成本最高；2)測(cè)試周期長(zhǎng)，如②和③的測(cè)試周期一般在24h以上，部分測(cè)試最長(zhǎng)達(dá)數(shù)周之久；3)對(duì)測(cè)試結(jié)果的解析非常復(fù)雜，如①。針對(duì)上述缺陷，直觀、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單而有效的檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。典型的如點(diǎn)滴試驗(yàn)法。所謂點(diǎn)滴試驗(yàn)，就是在潔凈的試樣表面滴加腐蝕溶液，從溶液顏色出現(xiàn)特定變化所需時(shí)間作為材料耐蝕性考核指標(biāo)的方法。點(diǎn)滴試驗(yàn)法簡(jiǎn)便易行，卻也存在以下主要不足之處其一，液滴量受取液工具及人為因素影響較大；其二，腐蝕液對(duì)不同材料或表面狀態(tài)不同的相同材料具有不同的浸潤(rùn)性；其三，過(guò)少的腐蝕液體積、多變的材料表面顏色、侵蝕發(fā)生時(shí)氣泡的產(chǎn)生等容易影響測(cè)試者對(duì)“終點(diǎn)”的準(zhǔn)確判斷。上述不足導(dǎo)致點(diǎn)滴試驗(yàn)的靈敏度和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性差，無(wú)法滿足高水平研究對(duì)檢測(cè)質(zhì)量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法的缺陷，提供一種材料耐蝕性(抗降解性)快速、精確檢測(cè)方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法將被測(cè)材料按容面比Θ浸入測(cè)試溶液，作用時(shí)間t后取出被測(cè)材料并對(duì)測(cè)試溶液進(jìn)行吸光度
At測(cè)試，以測(cè)試溶液的空白吸光度Atl作為基準(zhǔn)，以r = r。· ^ _\ ).0作為判據(jù)，定量
評(píng)價(jià)材料的耐蝕性好壞；所述容面比θ為測(cè)試溶液體積與被測(cè)材料表面積之比；所述
Xo =)·$為基準(zhǔn)因子，其中y為對(duì)照溶液在與對(duì)照材料作用時(shí)間t。后的吸光
1VAcic
度，Ac0為對(duì)照溶液的空白吸光度，θ。為對(duì)照溶液體積與對(duì)照材料表面積之比；同一對(duì)照條件下，所述Y值越大，被測(cè)材料的耐蝕性越好。
所述測(cè)試溶液和對(duì)照溶液分別為能與被測(cè)材料和對(duì)照材料發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)且隨反應(yīng)進(jìn)行自身顏色發(fā)生改變的溶液。包括公知的或商業(yè)上可獲得的適合黑色金屬的硫酸銅溶液、硫酸銅/氯化鈉復(fù)配液等，適合有色金屬如鎂合金、鋁合金等的重鉻酸鉀/鹽酸復(fù)配液、氯化鈉/酚酞酒精溶液復(fù)配液，以及硝酸/高錳酸鉀復(fù)配液等。所述對(duì)照溶液與測(cè)試溶液組分相同，各組分濃度相同或不同。一般情況下，最好選擇相同的組分濃度。但當(dāng)對(duì)照材料與被測(cè)材料的耐蝕性差距過(guò)大時(shí)，如選用同一溶液，則在同一測(cè)試條件下，可能出現(xiàn)在對(duì)照材料致對(duì)照溶液顏色轉(zhuǎn)變至穩(wěn)定狀態(tài)所需的最短時(shí)間tmax內(nèi)，被測(cè)材料還不足以使測(cè)試溶液的顏色發(fā)生吸光度測(cè)試儀可測(cè)得的轉(zhuǎn)變。因此，在這種情況下，可適當(dāng)降低對(duì)照溶液中侵蝕性成分的含量，或同時(shí)提高測(cè)試溶液中侵蝕性成分的含量。所述對(duì)照溶液與測(cè)試溶液的溫度、暴露方式以及運(yùn)動(dòng)方式和速度相同。如利用恒 溫箱或恒溫水槽進(jìn)行液溫控制，溶液可置于敞口或封口容器(如燒杯、廣口瓶等)中保持靜止或利用震搖/旋轉(zhuǎn)設(shè)備按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)等。所述空白吸光度是指溶液在溫度、暴露方式相同但無(wú)材料浸入情況下以相同的方式和速度運(yùn)動(dòng)相同時(shí)間后的吸光度。以測(cè)試溶液為例，如果其吸光度測(cè)試是在25°c、封閉狀態(tài)、被測(cè)試樣完全浸入后以lOOr/m的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)動(dòng)60sec后進(jìn)行的，則其空白吸光度測(cè)試同樣需要在25°C、封閉狀態(tài)、以lOOr/m的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)動(dòng)60sec后進(jìn)行，不同之處在于后者無(wú)被測(cè)試樣浸入測(cè)試溶液。所述被測(cè)材料與測(cè)試溶液、對(duì)照材料與對(duì)照溶液的作用時(shí)間介于材料浸入后溶液顏色發(fā)生吸光度測(cè)試儀可測(cè)得的轉(zhuǎn)變所需的最短時(shí)間tmin與溶液顏色轉(zhuǎn)變至穩(wěn)定狀態(tài)所需的最短時(shí)間tmax之間。如果溶液/材料間作用時(shí)間小于tmin或大于tmax，則材料的耐蝕性差異將無(wú)法判斷，即出現(xiàn)判據(jù)Y因同值而失效的情況。因溶液體系及其具體配方，溶液/材料間反應(yīng)速度的不同，t—和tmax各不相同。上述對(duì)照材料可與被測(cè)材料相同，典型的如腐蝕防護(hù)與表面工程技術(shù)領(lǐng)域常見(jiàn)的空白材料，即基體成分、結(jié)構(gòu)與被測(cè)材料完全相同但表面僅經(jīng)過(guò)打磨、清洗等預(yù)處理的材料；亦可與被測(cè)材料不同，如性能公知的其它材料，譬如研究合金化對(duì)金屬材料性能的影響時(shí)，可以對(duì)應(yīng)的純金屬為對(duì)照材料。上述Θ和Θ。、t和t?？筛鶕?jù)所選溶液體系及其具體配方、溶液/材料間反應(yīng)速度快慢以及測(cè)試效率和靈敏度要求等的不同，進(jìn)行靈活控制。一般情況下，可優(yōu)選θ = θ。、t=t。。但當(dāng)對(duì)照材料與被測(cè)材料的耐蝕性差距過(guò)大時(shí)，如測(cè)試溶液與對(duì)照溶液相同，則需通過(guò)降低Θ或延長(zhǎng)t，或者同時(shí)提高Θ。或縮短t。以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度。根據(jù)分光光度法理論，單色光輻射穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)溶液時(shí)，被該物質(zhì)吸收的量與該物質(zhì)的濃度和液層的厚度即光路長(zhǎng)度成正比，即吸光度Az-lgd/gz-lgTzkLc，式中I0為入射的單色光強(qiáng)度，I為透射的單色光強(qiáng)度，T為物質(zhì)的透射率，k為摩爾吸收系數(shù)，L為被分析物質(zhì)的光程，即比色皿的邊長(zhǎng)，c為物質(zhì)的濃度。本發(fā)明方法基于以下原理當(dāng)材料與特定溶液間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，隨著溶液中具有特征顏色的物質(zhì)的消耗或生成，溶液的吸光度必然做出相應(yīng)的響應(yīng)，因此，通過(guò)檢測(cè)溶液吸光度的變化幅度，即可反推材料/溶液間的反應(yīng)程度，即材料的耐蝕性好壞。考慮到測(cè)試結(jié)果同時(shí)受到溶液/材料相互作用時(shí)間、容面比以及溶液溫度及其暴露方式以及溶液/材料間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式、速度等諸多因素的影響，因此，除將Θ和0。、〖和t。引入判據(jù)Y的計(jì)算公式外，實(shí)際測(cè)試時(shí)，溶液溫度及其暴露方式以及溶液/材料間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式、速度等宜作相同控制。本發(fā)明方法中溶液的吸光度可以任何公知的設(shè)備如分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。判據(jù)Y無(wú)量綱，同一對(duì)照條件下，即對(duì)照材料、對(duì)照溶液及其吸光度測(cè)試條件(包括容面比以及溶液溫度及其暴露方式，溶液/材料間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式、速度及作用時(shí)間等)完全相同的情況下，所得Y值越大，即測(cè)試期間測(cè)試溶液吸光度變化越小，則材料耐蝕性越好。為更直觀地以吸光度數(shù)據(jù)反映材料的耐蝕性能，可以經(jīng)典腐蝕試驗(yàn)方法測(cè)得對(duì)照材料在特定測(cè)試條件下的基礎(chǔ)腐蝕數(shù)據(jù)u ^ (如平均失重率、平均腐蝕速率、腐蝕電流密度等等)，并確定函數(shù)關(guān)系式u=f(Y，％)。在此基礎(chǔ)之上，即可根據(jù)Y值獲得被測(cè)材料耐蝕性能的絕對(duì)指標(biāo)。與現(xiàn)有方法相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 一、靈敏度及精確度高——由于利用溶液吸光度的變化衡量溶液/材料間的反應(yīng)程度(即材料耐蝕性能的好壞)，即使是材料耐蝕性的微小差異，也可通過(guò)高靈敏度的吸光度測(cè)試儀精確反饋出來(lái)。二、方便快捷——由于只需對(duì)測(cè)試溶液進(jìn)行吸光度測(cè)試，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程十分方便；同時(shí)可通過(guò)控制測(cè)試溶液的成分配比，在測(cè)試效率與測(cè)試精度之間找到平衡點(diǎn)。三、適用范圍廣——凡是能與特定化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)并最終導(dǎo)致其顏色發(fā)生轉(zhuǎn)變的材料，包括基體及不同表面改性(表面處理)狀態(tài)或熱處理狀態(tài)的材料，如黑色金屬(典型材料如鐵基合金)以及有色金屬(典型材料如鎂、鋁合金)等，均可利用本發(fā)明方法進(jìn)行耐蝕性(抗降解性)檢測(cè)，從而為材料及其制備方法的優(yōu)化或材料的甄別提供精確指導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)描述，但需注意的是本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例I對(duì)不同材料的耐蝕性能進(jìn)行快速評(píng)估。以純鎂(記為HP-Mg，純度99. 9%)及鎂合金AZ91、AZ31、AM60B和ZK60為評(píng)估對(duì)象，對(duì)機(jī)加工試樣經(jīng)水磨砂紙由粗到細(xì)依次打磨，自來(lái)水和蒸餾水依次漂洗后，無(wú)水乙醇中超聲清洗。干燥，測(cè)量表面積后備用。以蒸餾水為溶劑，按如下組成臨用新配測(cè)試溶液50mg/LKMn04+Iml/LHNO3(P=1.4g/L)。恒溫至30±1°C后，根據(jù)試樣實(shí)際表面積，按容面比Θ =2ml/cm2量取所需體積的測(cè)試溶液，移至干凈的燒杯后浸入試樣，敞口狀態(tài)輕輕勻速震搖60sec后立即取出試樣，將測(cè)試溶液倒入比色皿，以分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)525nm處的吸光度值A(chǔ)t (見(jiàn)表I)。同時(shí)另取上述測(cè)試溶液在同一條件(溫度、暴露方式、運(yùn)動(dòng)方式、速度等)下輕輕震搖60seC后倒入比色皿，以同一分光光度計(jì)測(cè)定同一波長(zhǎng)處的吸光度值，即空白吸光度Atl (O. 754)。以HP-Mg作為對(duì)照材料，計(jì)算得出各材料對(duì)應(yīng)的Y值如表I所示。表I不同鎂合金耐蝕性能評(píng)估材料~IHP-Mg~IAZ91 IAM60~IAZ31 IZK60 Tt O. 420~ O. 535 O. 553 O. 383 O. 338 ~ I. 000~ I. 525 I. 662 O. 900 O. 803由γ值得出材料耐蝕性排序如下AM60>AZ91>HP-Mg>AZ31>ZK60，與經(jīng)典腐蝕試驗(yàn)方法——全浸試驗(yàn)法在分別以3. 5%NaCl溶液和Hank’ s平衡鹽溶液、SBF模擬體液為測(cè)試介質(zhì)時(shí)所得結(jié)果一致。實(shí)施例2利用本發(fā)明方法對(duì)表面處理質(zhì)量進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。以6063鋁合金為評(píng)估對(duì)象，首先對(duì)試樣按實(shí)施例I方式進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)其中 部分試樣分別進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理和微弧氧化陶瓷化處理，獲得Alblank、Al。。和Al_共三組試樣。以蒸餾水為溶劑，按如下組成臨用新配測(cè)試溶液20mg/LKMn04+2. Oml/LHNO3(P =1. 4g/L)。除測(cè)試時(shí)間t根據(jù)試樣不同按表2所示進(jìn)行不同控制外，其它測(cè)試條件同實(shí)施例I。吸光度At、對(duì)應(yīng)空白吸光度Atl測(cè)試及Y值計(jì)算(以Alblank作為對(duì)照試樣)結(jié)果如表2所示。表2:表面改性效果評(píng)估
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測(cè)試條件及結(jié)果---
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_Λ__0.278__0.297__0.302
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_r__1.0002.4629.143由表2可見(jiàn)，化學(xué)轉(zhuǎn)化和微弧氧化處理均使Al合金的耐蝕性能得到改善。但相比之下，微弧氧化的改善效果更為明顯。這種結(jié)果符合常識(shí)，也與現(xiàn)代電化學(xué)測(cè)試方法——PDP (動(dòng)電位極化)和EIS (電化學(xué)阻抗譜)測(cè)試結(jié)果一致。
權(quán)利要求
1.一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于將被測(cè)材料按容面比Θ浸入測(cè)試溶液，作用時(shí)間t后取出被測(cè)材料并對(duì)測(cè)試溶液進(jìn)行吸光度At測(cè)試，以測(cè)試溶液的空白吸光度Atl作為基準(zhǔn)，以r = · (A作為判據(jù)，定量評(píng)價(jià)材料的耐蝕性好壞；所述容面比θ為測(cè)試溶液體積與被測(cè)材料表面積之比;所述n = ^cq為基準(zhǔn)因子，其中CCtc為對(duì)照溶液在與對(duì)照材料作用時(shí)間t。后的吸光度，Ac0為對(duì)照溶液的空白吸光度，Θ。為對(duì)照溶液體積與對(duì)照材料表面積之比；同一對(duì)照條件下，所述Y值越大，被測(cè)材料的耐蝕性越好。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于所述測(cè)試溶液和對(duì)照溶液分別為能與被測(cè)材料和對(duì)照材料發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)且隨反應(yīng)進(jìn)行自身顏色發(fā)生改變的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于所述對(duì)照溶液與測(cè)試溶液組分相同，各組分濃度相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于所述對(duì)照溶液與測(cè)試溶液的溫度、暴露方式以及運(yùn)動(dòng)方式和速度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于所述空白吸光度是指溶液在溫度、暴露方式相同但無(wú)材料浸入情況下以相同的方式和速度運(yùn)動(dòng)相同時(shí)間后的吸光度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料耐蝕性快速檢測(cè)方法，其特征在于所述被測(cè)材料與測(cè)試溶液、對(duì)照材料與對(duì)照溶液的作用時(shí)間介于材料浸入后溶液顏色發(fā)生吸光度測(cè)試儀可測(cè)得的轉(zhuǎn)變所需的最短時(shí)間tmin與溶液顏色轉(zhuǎn)變至穩(wěn)定狀態(tài)所需的最短時(shí)間tmax之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種材料耐蝕性(抗降解性)快速檢測(cè)方法將被測(cè)材料按容面比浸入測(cè)試溶液，作用時(shí)間后取出被測(cè)材料并對(duì)測(cè)試溶液進(jìn)行吸光度測(cè)試，以測(cè)試溶液的空白吸光度作為基準(zhǔn)，以作為判據(jù)，定量評(píng)價(jià)材料的耐蝕性(抗降解性)好壞。本發(fā)明技術(shù)能顯著提高材料耐蝕性(抗降解性)檢測(cè)的靈敏度和精確度，且方便、快捷，適用面廣，能為材料及其制備方法的優(yōu)化或材料的甄別提供精確指導(dǎo)。
文檔編號(hào)G01N17/00GK102841050SQ20121032003
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者張永君, 趙杰, 董連軍, 莫錦添, 高世杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)