金属材料耐腐蚀性能检测方法

金属材料是工业领域的基础材料，但腐蚀会导致其性能下降、设备失效甚至安全事故，因此耐腐蚀性能检测是材料选型、质量控制与失效分析的关键环节。本文将系统梳理金属材料耐腐蚀性能的常用检测方法，涵盖原理、操作要点及适用场景，为行业人员提供实用的技术参考。

重量法：直观反映均匀腐蚀速率的经典方法

重量法是通过测量试样腐蚀前后的重量变化计算腐蚀速率的传统方法，核心原理是均匀腐蚀过程中金属溶解或腐蚀产物脱落导致的重量差异。计算公式为：腐蚀速率（mm/a）=（87.6×ΔW）/（ρ×A×t），其中ΔW为重量变化（g）、ρ为材料密度（g/cm³）、A为试样面积（cm²）、t为腐蚀时间（h）。

操作步骤需严格控制：首先制备尺寸一致的试样，用乙醇或丙酮清洗去除表面油污，再用精度≥0.1mg的分析天平称重；将试样暴露于目标环境（如大气、溶液）后，用超声波清洗或弱酸浸泡去除腐蚀产物（需避免损伤基体）；最后再次称重计算ΔW。

该方法的优势是结果直观、成本低，适用于钢材、铝材等均匀腐蚀的评价，但无法检测点蚀、晶间腐蚀等局部腐蚀，且需确保腐蚀产物完全去除。

电化学法：实时监测腐蚀动力学的高效手段

电化学法通过测量腐蚀体系的电化学参数，实时反映腐蚀过程的动力学特征，是快速评价与机理研究的核心方法，主要包括极化曲线法与电化学阻抗谱（EIS）。

极化曲线法通过向工作电极（试样）施加线性电流/电压，记录电位-电流响应，利用塔菲尔外推法得到腐蚀电流密度（i_corr）——i_corr越大，腐蚀速率越快。操作时需将试样封装为仅暴露工作面积的电极，选择与实际环境一致的电解质（如3.5%NaCl模拟海水），扫描速率控制在0.1-1mV/s以避免试样表面状态改变。

电化学阻抗谱（EIS）则通过小振幅交流信号（10-50mV）测量不同频率下的阻抗值，绘制Nyquist或Bode图，再用等效电路（如Randles电路）拟合得到双电层电容、电荷转移电阻等参数，分析钝化膜稳定性、点蚀萌生等过程。EIS的优势是无损伤、可原位监测，但对设备（电化学工作站）与数据分析能力要求较高。

电化学法适用于不锈钢、铝合金等材料的快速筛选与腐蚀机理研究，广泛应用于新能源、航空等领域。

盐雾试验：模拟大气腐蚀环境的加速评价方法

盐雾试验通过人工模拟含盐雾的大气环境（如海洋、工业大气），加速金属材料的腐蚀，用于评价镀层、涂层或金属本身的大气腐蚀抗性。核心原理是盐雾中的氯离子穿透表面保护层，引发电化学腐蚀。

常见类型包括中性盐雾（NSS，5%NaCl溶液，pH6.5-7.2，35℃）、醋酸盐雾（ASS，加入醋酸调pH3.1-3.3，模拟酸性大气）、铜加速醋酸盐雾（CASS，加入氯化铜，加速腐蚀）。操作时需将试样倾斜15-30°放置（避免盐液堆积），控制盐雾沉降量为1-2mL/（h·80cm²），试验时间从几小时到几千小时不等。

结果评价以视觉检查为主，如计算腐蚀面积占比、统计锈点数量，或结合重量法计算腐蚀速率。该方法模拟性强、重复性好，常用于汽车零部件、家电镀层的质量控制，但需注意加速条件与实际环境的差异（如忽略阳光、湿度波动）。

浸泡试验：贴近全浸环境的长期性能评估

浸泡试验是将试样完全浸入腐蚀介质（如海水、酸碱溶液、工业废水）中，通过长期暴露评价材料的全浸腐蚀抗性，核心原理与重量法一致，但更强调实际环境的真实性。

操作时需选择与实际应用一致的介质（如天然海水模拟海洋环境），控制介质温度（如室温或工况温度），定期取出试样检测（如每周称重一次）。需注意试样间避免接触（防止电偶腐蚀），介质需定期更换以维持浓度稳定。

该方法的优势是贴近实际工况，结果可靠性高，适用于管道、阀门等全浸部件的腐蚀评价，例如海水淡化工程中常用浸泡试验筛选耐海水腐蚀的钛合金或双相不锈钢。

应力腐蚀试验：检测应力与腐蚀的协同作用

应力腐蚀是拉应力与腐蚀介质共同作用下的开裂行为，常导致材料在远低于屈服强度的应力下失效，需通过专门试验检测。核心原理是应力集中区域的钝化膜破坏，引发局部腐蚀与裂纹扩展。

常见方法包括恒负荷法（加载固定应力，监测开裂时间）、恒位移法（固定变形量，测量应力衰减）、慢应变率拉伸法（SSRT，极低速率拉伸，记录断裂时间与塑性下降）。其中SSRT因能快速评价应力腐蚀敏感性（通过断裂伸长率下降率），应用最广。

操作时需先对试样施加拉应力（如万能试验机），再浸入腐蚀介质（如不锈钢用沸腾MgCl₂溶液），监测开裂或断裂时间。该方法适用于航空发动机叶片、核电管道等受应力部件的腐蚀风险评估。

晶间腐蚀试验：揭示材料内部的选择性腐蚀

晶间腐蚀是金属晶界区域的选择性腐蚀，因晶界成分偏析（如不锈钢中碳偏析形成Cr₂₃C₆）或析出相（如铝合金中β相）导致，外观无明显变化但内部结构已破坏，需通过专门试验检测。

常用方法包括草酸浸蚀法（奥氏体不锈钢，电解浸蚀后显微镜观察晶界沟槽）、硝酸法（沸腾硝酸中浸泡，通过重量损失评价）、硫酸-硫酸铜法（沸腾溶液中浸泡后弯曲，观察裂纹）。例如ASTM A262标准中的方法E（草酸浸蚀）是不锈钢晶间腐蚀的常用检测手段。

操作时需先制备金相试样（抛光至镜面），再进行浸蚀或电解处理，最后用光学显微镜或扫描电镜观察晶界情况。该方法适用于不锈钢、铝合金等易发生晶间腐蚀的材料，是核电、化工设备的必检项目。

腐蚀产物分析：深入解析腐蚀机理的辅助手段

腐蚀产物是腐蚀过程的“痕迹”，其成分、结构能反映腐蚀介质的作用与腐蚀类型，通过分析腐蚀产物可辅助诊断腐蚀机理。核心原理是不同腐蚀环境下会形成特定的腐蚀产物（如海水腐蚀形成Fe₃O₄，酸性环境形成FeCl₂）。

常用分析技术包括X射线衍射（XRD，分析晶体结构）、扫描电镜（SEM，观察形貌）、能谱分析（EDS，测定元素组成）、傅里叶变换红外光谱（FTIR，分析有机产物）。例如，油田注水系统腐蚀故障分析中，若EDS检测到高含量S²⁻，说明是硫化氢腐蚀；若XRD检测到CaCO₃，说明存在结垢与腐蚀的协同作用。

操作时需先收集腐蚀产物（刀片刮取或超声波清洗），制样后测试。该方法能深入揭示腐蚀机理，适用于复杂环境下的腐蚀问题诊断，是失效分析的关键环节。