作为工业中最常见的失效机制，材料腐蚀每年给美国经济造成数千亿美元的损失。188金宝搏bet官网1实施最佳腐蚀控制实践以改善生命周期和资产管理至关重要。与自然风化试验相比，加速腐蚀试验可大大提高测量速度。实验室腐蚀测试密切模拟大气对材料腐蚀机制的影响，极大地促进了在恶劣环境中应用的新材料和保护涂层的质量控制和研发。188金宝搏bet官网
在腐蚀过程中，材料的力学性能会恶化。188金宝搏bet官网例如，在碳钢的大气腐蚀中，会形成鳞皮钙石(g-FeOOH)和针铁矿(a-FeOOH)。其松散和多孔的性质导致吸收水分，反过来进一步加速腐蚀过程。2Akaganeite (b-FeOOH)是另一种形式的氧化铁，在含氯环境中产生于钢表面。3.纳米压痕可以将压痕深度控制在纳米和微米范围内，从而可以定量测量金属表面形成的腐蚀产物的硬度和杨氏模量(图1)。它提供了对腐蚀机理的物理化学洞察，从而为目标应用选择最佳候选材料。
图1:压头压在已腐蚀的螺钉上。
在这个应用中，我们展示了Nanovea机械测试仪在纳米压痕模式下测量腐蚀介质中锈蚀对两种类型钢螺钉力学性能演变的影响。
测试条件
在这项研究中，纳米压痕测试分别在两种钢制成的螺钉上进行，即不锈钢316 (SS316)和具有黑色氧化物表面处理的合金钢。螺钉在3.5 wt. % NaCl溶液中浸泡7天和14天。在纳米压痕测试之前，用异丙醇和丙酮溶液清洗和漂洗。并对未经过腐蚀处理的新螺钉进行了对比测试。纳米压痕试验条件总结如表1所示。为确保测量的可重复性，在每种条件下进行了10次以上的试验。
表1:腐蚀试验后纳米压痕的测试情况。
结果与讨论
SS316和合金钢螺钉在不同腐蚀时间下的纳米压痕试验载荷与位移曲线如图2所示。硬度作为腐蚀时间的函数如图3所示。在3.5 wt. % NaCl溶液中，SS316螺钉在14天的腐蚀试验中表现出稳定的力学性能。它具有恒定的纳米压痕硬度~4.5 GPa，从可比载荷-位移曲线计算。相比之下，合金钢螺丝的表面硬度高达6.7 GPa，这得益于黑色氧化物表面抛光的机械增强。但是，合金钢螺丝在NaCl溶液中浸泡7天后，表面硬度降低到~4.6 GPa。
图2:SS316和合金钢螺丝在腐蚀试验前、7天和14天后的载荷-位移图。
图3:硬度的演变是腐蚀时间的函数。
为了研究合金钢螺丝硬度降低的原因，在腐蚀试验7天和14天后，合金钢螺丝和NaCl溶液的演变分别如图4和图5所示。我们可以观察到，微红色的腐蚀产物逐渐在合金钢螺钉表面形成(图4)，并在溶液中释放(图5)。这种多孔疏松的铁锈的形成导致金属表面坚硬的黑色氧化膜变质。它最终将表面硬度从~6.7 GPa降低到~4.6 GPa。
图4:合金钢螺钉腐蚀试验前、7天和14天腐蚀试验后的俯视图和侧视图(从左到右)。
图5:螺丝在3.5 wt. % NaCl溶液中浸泡7天和14天。
在腐蚀介质中模拟金属自然风化作用的加速腐蚀试验对于腐蚀环境下新材料和防护涂层的质量控制和研发具有重要的战略意义。188金宝搏bet官网纳米压痕可以定量评估腐蚀对目标应用的各种金属或涂层的机械性能的影响。表面机械性能的演变为我们提供了进一步的物理化学理解腐蚀产物形成过程中所涉及的恶化机制，这对石油和海洋工业等各种工业应用至关重要。与碳钢相比，不锈钢作为加固材料可以提高暴露在恶劣环境中的机械部件的耐久性和可靠性。
结论
Nanovea机械测试仪分别对两组SS316和合金钢制成的螺钉进行纳米压痕测试。在盐溶液中进行加速腐蚀试验比自然风化更快地得到结果，这有助于开发新的合金和保护涂层。腐蚀对表面力学性能有负面影响，如合金钢的硬度，在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡的前7天，表面硬度从~6.7 GPa降低到~4.6 GPa。该值在接下来的7天腐蚀试验中保持不变。相比之下，SS316耐腐蚀螺钉在整个腐蚀试验中表现出恒定的硬度，这说明耐腐蚀对机械性能可靠性的重要性。
该测试仪在单一平台上提供多功能纳米和微/宏模块。这两个模块包括划痕测试仪，硬度测试仪和磨损测试仪模式，提供广泛和用户友好的测试范围。
更多信息，请访问http://nanovea.com．
参考文献
1http://www.nace.org/uploadedFiles/Publications/ccsupp.pdf。
2阿尔梅达,大肠;Morcillo m;罗萨莱斯b;《低碳钢的大气腐蚀第一部分——农村和城市大气》，M. Marrocos材料和腐蚀，第51卷，no。12，第859-864页2000．
3.Kamimura t;Hara,美国;鸠山幸,h;山下式m;陈志伟，陈志伟，陈志伟，陈志伟，耐候钢在不同环境下形成的锈层组成及防护能力，腐蚀科学，第48卷，no。9，第2799-2812页2006．
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