腐蚀试验与监测

　　《腐蚀试验与监测》为“腐蚀与防护”系列教材之一。全书共分10 章，主要介绍腐蚀试验的分类、腐蚀试验设计、腐蚀试验的评定方法、实验室常规模拟腐蚀试验、实验室常用加速腐蚀试验、自然环境现场腐蚀试验、腐蚀电化学测试技术、局部腐蚀试验、工业设备腐蚀监测技术、阴极保护检测技术等内容。本书可作为金属材料工程、材料科学与工程专业腐蚀与防护专业方向（或相关专业方向）的本科生及研究生教材，也可作为防腐蚀工程师专业技术资格认证培训教材，并可供从事腐蚀与防护领域的研究人员和工程技术人员阅读参考。

　　林修洲，教授，四川理工学院材料科学与工程学院副院长。美国国际腐蚀工程师协会（NACE International）会员，拥有CP2、CP3专业资格证书，中国腐蚀与防护学会青年工作委员会委员，中国腐蚀与防护学会阴极保护专业委员会委员，中国机械工程学会高 级会员，中国机械工程学会表面工程分会青年工作委员会委员，中国机械工程学会摩擦学分会摩擦学设计专委会委员，四川省机械工程学会摩擦学与表面工程专委会委员，材料腐蚀与防护四川省重点实验室学术委员会委员。先后承担了《金属腐蚀试验与监测》《材料表面技术》《金属腐蚀理论及腐蚀控制》《防腐蚀工程》《计算机在材料科学与工程中的应用》《阴极保护课程设计》等本科课程的教学工作。因项目需要，曾在中国石油工程设计有限公司等单位参与工程设计、现场施工管理、阴极保护现场检测与评价等工作。主要研究方向包括材料失效与保护（腐蚀与防护、摩擦学）、材料表面技术、阴极保护等。已主持或主研科研项目40余项，其中主持国家自然科学基金项目2项、四川省杰出青年基金项目1项、其他省部级项目2项、地厅级项目6项、横向项目8项；主研国家自然科学基金项目3项、国际合作项目1项；参研973项目2项。发表科技论文100余篇，其中SCI收录11篇，EI收录30篇，ISTP收录7篇，出版教材2部。授权发明专利2项、实用新型专利4项，申请发明专利4项。曾获四川省科技进步二等奖1项、重庆市技术发明三等奖1项、四川省教学成果三等奖2项、四川省电教科研成果三等奖1项、自贡市科技进步二等奖2项。

第1章 绪论  1
1.1腐蚀 1
1.2腐蚀试验 3
1.2.1腐蚀试验的基本环节 3
1.2.2腐蚀试验的目的 3
1.2.3腐蚀试验的基本要求 4
1.2.4腐蚀试验的主要类型 4
1.3腐蚀监测 8
第2章 腐蚀试验设计  10
2.1金属试样 10
2.1.1材料 10
2.1.2试样形状、尺寸和数量 11
2.1.3试样表面制备 12
2.1.4试样标记 13
2.2腐蚀介质 14
2.2.1介质的组成 14
2.2.2pH 值 14
2.2.3溶解氧 15
2.2.4离子 15
2.2.5介质的量 15
2.2.6腐蚀产物 16
2.3试验条件的控制 16
2.3.1温度 16
2.3.2相对运动 17
2.3.3充气和除氧 17
2.3.4试样的支承 18
2.3.5试样暴露程度 19
2.3.6试验时间 19
2.4正交实验设计 20
2.4.1正交表 21
2.4.2各因素间无交互作用的正交实验设计 21
2.4.3各因素间有交互作用的正交实验设计 23
2.4.4数据处理中的几个问题 25
2.4.5方差分析法 25
2.4.6工程平均及其变动半径 32
第3章 腐蚀试验的评定方法  36
3.1试验现象观察与记录 36
3.1.1试样的变化 36
3.1.2腐蚀介质的变化 37
3.1.3腐蚀产物的生成 37
3.2腐蚀形貌检查 37
3.2.1宏观腐蚀形貌检查 37
3.2.2微观腐蚀形貌检查 37
3.2.3形貌检查结果评定 38
3.3质量法 38
3.3.1失重法 39
3.3.2增重法 43
3.3.3质量法的优点与局限 44
3.4试样厚度及蚀孔深度测量 44
3.4.1厚度测量 44
3.4.2蚀孔深度测量 46
3.5气体容量法 47
3.5.1基本原理 47
3.5.2析氢量的测定 47
3.5.3耗氧量的测定 48
3.5.4容量法的局限性 49
3.6力学性能损失及其评定 50
3.6.1腐蚀对力学性能的影响 50
3.6.2抗拉强度变化的含义 51
3.6.3拉伸试验的注意事项 52
3.6.4受应力试样的腐蚀试验 52
3.7电阻法 52
3.7.1基本原理 52
3.7.2温度补偿 53
3.7.3电阻法测定金属管或金属板的壁厚变化 54
3.7.4电阻法研究金属的高温氧化 55
3.7.5电阻法的优点与局限 55
3.8光学法 56
3.8.1光学法在腐蚀试验研究中的应用 56
3.8.2测量膜厚的光学法 56
3.8.3偏振光分析法（椭圆术）  58
3.9腐蚀介质与腐蚀产物分析 60
3.9.1化学分析 60
3.9.2离子选择电极 61
3.9.3极谱分析 61
3.9.4腐蚀产物的检查 63
3.10腐蚀数据处理 64
3.10.1统计处理 64
3.10.2回归分析 67
第4章 实验室常规模拟腐蚀试验  72
4.1静态浸泡腐蚀试验 72
4.1.1全浸腐蚀试验 72
4.1.2半浸腐蚀试验 73
4.1.3间浸腐蚀试验 73
4.2动态浸泡腐蚀试验 74
4.2.1溶液一般流动腐蚀试验 74
4.2.2溶液循环流动腐蚀试验 75
4.2.3溶液高速流动腐蚀试验 75
4.2.4转动金属试样的试验 76
4.3薄液膜腐蚀试验 77
4.3.1薄液膜腐蚀试验装置 77
4.3.2薄液膜腐蚀研究方法 78
4.4氧化腐蚀试验 79
4.4.1质量法氧化腐蚀试验 79
4.4.2容量法氧化腐蚀试验 81
4.4.3压力计法氧化腐蚀试验 81
4.4.4电阻法氧化腐蚀试验 82
4.4.5水蒸气氧化腐蚀试验 82
4.5控温腐蚀试验 84
4.5.1等温腐蚀试验 84
4.5.2传热面腐蚀试验 84
4.5.3温差腐蚀试验 84
4.5.4高温高压釜腐蚀试验 85
4.6燃气腐蚀试验 85
4.6.1低温露点腐蚀试验 85
4.6.2高温熔融腐蚀试验 87
第5章 实验室常用加速腐蚀试验  91
5.1盐雾加速腐蚀试验 91
5.1.1盐雾腐蚀试验装置 91
5.1.2中性盐雾试验 91
5.1.3乙酸盐雾试验 93
5.1.4铜加速乙酸盐雾试验 93
5.1.5其他盐雾试验方法 93
5.2腐蚀性气体加速腐蚀试验 94
5.2.1单一气体腐蚀试验 94
5.2.2流动混合气体腐蚀试验 94
5.3湿度控制加速腐蚀试验 95
5.3.1恒温恒湿腐蚀试验 95
5.3.2循环湿热腐蚀试验 96
5.4膏泥腐蚀试验 96
5.5电解加速腐蚀试验 97
5.5.1电解腐蚀试验（EC 试验）  97
5.5.2阳极氧化膜的腐蚀试验 98
第6章 自然环境现场腐蚀试验  101
6.1大气腐蚀试验 101
6.1.1试验场地 101
6.1.2材料与试样 102
6.1.3暴露试验 103
6.1.4结果评价 104
6.2自然水腐蚀试验 104
6.2.1海水腐蚀试验 105
6.2.2淡水腐蚀试验 107
6.3土壤腐蚀试验 107
6.3.1土壤腐蚀试验的基本要求 107
6.3.2土壤腐蚀性特征参数测量 108
6.3.3金属埋置试验 109
第7章 腐蚀电化学测试技术  110
7.1腐蚀电化学测试原理 110
7.1.1腐蚀金属电极在极化电流作用下的等效电路 110
7.1.2电化学测量的原理电路 111
7.2腐蚀电化学测试设备 112
7.2.1研究电极（试样）  112
7.2.2辅助电极 114
7.2.3参比电极 114
7.2.4盐桥与卢金毛细管 115
7.2.5电解池 116
7.2.6极化电源 116
7.2.7电位测量仪表 119
7.2.8恒电位仪 119
7.2.9电化学工作站 119
7.2.10扫描探针中的电化学测试单元 120
7.2.11微区扫描电化学综合测试系统 121
7.3电极电位测量与分析 122
7.3.1电极电位的测量 122
7.3.2腐蚀电位- 时间曲线 122
7.4极化曲线测量与分析 124
7.4.1极化曲线的测量 124
7.4.2强极化区测量技术（Tafel 区外延技术）  129
7.4.3微极化区测量技术（线性极化技术）  131
7.4.4弱极化区测量技术 140
7.4.5微极化区与弱极化区结合 143
7.4.6计算机方法 145
7.5电化学阻抗谱技术 149
7.5.1电化学阻抗谱技术原理 149
7.5.2电化学阻抗谱测量 150
7.5.3电化学阻抗谱数据分析 154
7.5.4常见腐蚀体系的电化学阻抗谱 157
7.6充电曲线测量与分析 159
7.6.1充电曲线测量           159
7.6.2充电微分方程式 159
7.6.3恒电流充电曲线方程式 161
7.6.4方程式解析与充电曲线数据分析 166
7.7电位衰减曲线测量与分析 171
7.7.1电位衰减曲线测量 171
7.7.2电位衰减曲线分析 172
7.8电化学噪声技术 173
7.8.1电化学噪声的来源 173
7.8.2电化学噪声的测量 175
7.8.3电化学噪声数据分析 176
7.9微区电化学技术 180
7.9.1扫描电化学显微镜技术 180
7.9.2局部电化学阻抗谱技术 181
7.9.3扫描振动电极技术 181
7.9.4扫描开尔文探针技术 183
7.10电化学方法的优缺点及误差 183
7.10.1优点 183
7.10.2电化学技术中的几个问题 184
7.10.3电化学腐蚀试验的误差 187
第8章 局部腐蚀试验  190
8.1应力腐蚀试验 190
8.1.1概述 190
8.1.2试样 191
8.1.3腐蚀环境 199
8.1.4试验结果的评定 201
8.2晶间腐蚀试验 203
8.2.1概述 203
8.2.2试样 204
8.2.3筛选试验与热酸试验 204
8.2.4电化学试验方法 206
8.3小孔腐蚀试验 208
8.3.1概述 208
8.3.2化学浸泡法 208
8.3.3电化学试验方法 210
8.3.4其他研究方法 216
8.4缝隙腐蚀试验 218
8.4.1概述 218
8.4.2化学浸泡法 219
8.4.3电化学试验方法 221
8.5电偶腐蚀试验 227
8.5.1概述 227
8.5.2试样 228
8.5.3电化学试验方法 230
8.6磨损腐蚀试验 233
8.6.1概述 233
8.6.2冲刷条件的产生 234
8.6.3空化条件的产生 235
8.6.4微动腐蚀试验 236
8.6.5试验结果评定 238
第9章 工业设备腐蚀监测  242
9.1概述 242
9.1.1腐蚀监测的目的 242
9.1.2腐蚀监测技术的主要类型 243
9.1.3腐蚀监测技术的选用 245
9.2使用试样的监测技术 246
9.2.1挂片法 246
9.2.2线性极化腐蚀探针 248
9.2.3电阻型腐蚀探针 251
9.3无损探伤技术 253
9.3.1超声波探伤 253
9.3.2射线照相探伤 254
9.3.3磁粉探伤 256
9.3.4液体渗透探伤 257
9.3.5涡流探伤 257
9.3.6导波探伤 258
9.4其他技术 259
9.4.1阳极激发技术 259
9.4.2谐波分析技术 260
9.4.3激光法测定氧化膜厚度 260
9.4.4放射激活技术 260
第10章 阴极保护检测技术  263
10.1概述 263
10.1.1阴极保护检测的任务 263
10.1.2阴极保护检测的基本要求 263
10.1.3常用设备 264
10.2土壤电阻率测试 267
10.2.1原位测试法 267
10.2.2土壤箱法 268
10.3管地电位测试 269
10.3.1自然电位的测量 269
10.3.2通电电位的测量 270
10.3.3断电电位的测量 270
10.3.4密间隔电位的测量 271
10.3.5电位测量中电压降及其消除 272
10.4管内电流测试 274
10.4.1电压降法 274
10.4.2标定法 274
10.4.3保护电流密度的测定 275
10.5阳极接地电阻测试 275  
10.5.1辅助阳极接地电阻测试 275
10.5.2牺牲阳极接地电阻测试 276
10.6牺牲阳极性能测试 276
10.6.1牺牲阳极输出电流测试 276
10.6.2牺牲阳极开路电位测试 278
10.6.3牺牲阳极闭路电位测试 278
10.7绝缘法兰绝缘性能测试 278
10.7.1兆欧表法 278
10.7.2电位法 278
10.7.3漏电电阻法 279
10.7.4PCM 漏电率测量法 280
10.7.5接地电阻测量仪法 281
10.8管道外防腐层电阻率测试 282
10.8.1电火花检测法 282
10.8.2外加电流检测法 282
10.8.3间歇电流检测法 283
10.8.4Pearson 法 284
10.8.5CIPS 和DCVG 联合检测法 285
10.9埋地管道外防腐层地面检漏与定位 286
10.9.1交流电流衰减法 286
10.9.2交流地电位梯度法 287
10.9.3直流地电位梯度法 287
10.9.4音频检漏法 289
10.9.5内部信号检测法 289
10.10阴极保护系统竣工测试 290
10.10.1防腐层完整性测试 290
10.10.2阴极保护系统有效性测试 291
10.11阴极保护系统日常维护检测 292
10.11.1主要检测内容 292
10.11.2日常电位测试位置 292
10.11.3测量结果分析 293
10.12杂散电流干扰测试 293
参考文献  295
附录 相关标准  296
附表1有关腐蚀试验的中国国家标准及重要行业标准
附表2有关腐蚀试验的ASTM 标准
附表3有关腐蚀试验的ISO 标准
附表4有关腐蚀试验的NACE 标准