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1、(10)申请公布号 CN 102841050 A (43)申请公布日 2012.12.26 CN 102841050 A *CN102841050A* (21)申请号 201210320035.4 (22)申请日 2012.08.31 G01N 17/00(2006.01) G01N 17/02(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 张永君 赵杰 董连军 莫锦添 高世杰 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 何淑珍 (54) 发明名称 一种材料耐蚀性快速检测方法 (57) 摘。
2、要 本发明公开了一种材料耐蚀性 （抗降解性） 快 速检测方法 ： 将被测材料按容面比浸入测试 溶液， 作用时间后取出被测材料并对测试溶液 进行吸光度测试， 以测试溶液的空白吸光度 作为基准， 以作 为判据， 定量评价材料的耐蚀性 （抗降解性） 好坏。 本发明技术能显著提高材料耐蚀性 （抗降解性） 检 测的灵敏度和精确度， 且方便、 快捷， 适用面广， 能 为材料及其制备方法的优化或材料的甄别提供精 确指导。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 1/1 页 2 1. 一种材料耐。
3、蚀性快速检测方法， 其特征在于 ： 将被测材料按容面比 浸入测试溶 液， 作用时间 t 后取出被测材料并对测试溶液进行吸光度 At测试， 以测试溶液的空白吸光 度 A0作为基准， 以作为判据， 定量评价材料的耐蚀性好坏 ； 所述容面比 为测试溶液体积与被测材料表面积之比 ； 所述为基准因子， 其中 为对照溶液在与对照材料作用时间 tc后的吸光度， Ac0为对照溶液的空白吸光度， c为对 照溶液体积与对照材料表面积之比 ； 同一对照条件下， 所述 值越大， 被测材料的耐蚀性 越好。 2. 根据权利要求 1 所述的一种材料耐蚀性快速检测方法， 其特征在于 ： 所述测试溶液 和对照溶液分别为能与被测。
4、材料和对照材料发生化学或电化学反应且随反应进行自身颜 色发生改变的溶液。 3. 根据权利要求 1 所述的一种材料耐蚀性快速检测方法， 其特征在于 ： 所述对照溶液 与测试溶液组分相同， 各组分浓度相同或不同。 4. 根据权利要求 1 所述的一种材料耐蚀性快速检测方法， 其特征在于 ： 所述对照溶液 与测试溶液的温度、 暴露方式以及运动方式和速度相同。 5. 根据权利要求 1 所述的一种材料耐蚀性快速检测方法， 其特征在于 ： 所述空白吸光 度是指溶液在温度、 暴露方式相同但无材料浸入情况下以相同的方式和速度运动相同时间 后的吸光度。 6. 根据权利要求 1 所述的一种材料耐蚀性快速检测方法， 。
5、其特征在于 ： 所述被测材料 与测试溶液、 对照材料与对照溶液的作用时间介于材料浸入后溶液颜色发生吸光度测试仪 可测得的转变所需的最短时间 tmin与溶液颜色转变至稳定状态所需的最短时间 tmax之间。 权 利 要 求 书 CN 102841050 A 2 1/4 页 3 一种材料耐蚀性快速检测方法 技术领域 0001 本发明属于材料性能监、 检测技术领域， 特别涉及一种材料耐蚀性 （抗降解性） 快 速、 精确检测方法。 背景技术 0002 材料性能检测在材料科学与工程、 腐蚀防护与表面工程等技术领域占有十分重要 的地位。材料耐蚀性 （抗降解性） 检测结果直接影响材料制备方法的优化方向， 如以。
6、增强 材料耐蚀性 （抗降解性） 为主要任务的高纯化、 合金化、 热处理及表面改性技术等等， 耐蚀性 （抗降解性） 均为检测指标体系的重要组成部分。 0003 材料耐蚀性 （抗降解性） 评价方法很多， 如动电位极化、 交流阻抗谱、 循环伏安法 等现代电化学测试技术， 全浸、 半浸和间浸模拟浸泡试验和动态浸泡试验方法， 以及盐 雾试验、 电解加速试验等加速腐蚀试验方法， 等等。 上述测试方法在评价材料的耐蚀性方面 各具千秋， 却也存在如下主要缺陷 ： 1） 依赖价格昂贵的测试仪器 / 设备且测试者必须具备 系统、 扎实的专业基础知识， 如、 和， 其中方法的设备成本最高 ； 2） 测试周期长， 如。
7、 和的测试周期一般在 24h 以上， 部分测试最长达数周之久 ； 3） 对测试结果的解析非常 复杂， 如。 0004 针对上述缺陷， 直观、 经济、 简单而有效的检测方法应运而生。典型的如点滴试验 法。 所谓点滴试验， 就是在洁净的试样表面滴加腐蚀溶液， 从溶液颜色出现特定变化所需时 间作为材料耐蚀性考核指标的方法。 点滴试验法简便易行， 却也存在以下主要不足之处 ： 其 一， 液滴量受取液工具及人为因素影响较大 ； 其二， 腐蚀液对不同材料或表面状态不同的相 同材料具有不同的浸润性 ； 其三， 过少的腐蚀液体积、 多变的材料表面颜色、 侵蚀发生时气 泡的产生等容易影响测试者对 “终点” 的准。
8、确判断。上述不足导致点滴试验的灵敏度和测 试结果的准确度、 重现性差， 无法满足高水平研究对检测质量的要求。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有方法的缺陷， 提供一种材料耐蚀性 （抗降解性） 快速、 精确检测方法。 0006 本发明通过以下技术方案予以实现 ： 一种材料耐蚀性快速检测方法 ： 将被测 材料按容面比 浸入测试溶液， 作用时间 t 后取出被测材料并对测试溶液进行吸光度 At测试， 以测试溶液的空白吸光度 A0作为基准， 以作为判据， 定量 评价材料的耐蚀性好坏 ； 所述容面比 为测试溶液体积与被测材料表面积之比 ； 所述 为基准因子， 其中为对照溶液在与对照材料作用时间 。
9、tc后的吸光 度， Ac0为对照溶液的空白吸光度， c为对照溶液体积与对照材料表面积之比 ； 同一对照条 件下， 所述 值越大， 被测材料的耐蚀性越好。 说 明 书 CN 102841050 A 3 2/4 页 4 0007 所述测试溶液和对照溶液分别为能与被测材料和对照材料发生化学或电化学反 应且随反应进行自身颜色发生改变的溶液。 包括公知的或商业上可获得的适合黑色金属的 硫酸铜溶液、 硫酸铜 / 氯化钠复配液等， 适合有色金属如镁合金、 铝合金等的重铬酸钾 / 盐 酸复配液、 氯化钠 / 酚酞酒精溶液复配液， 以及硝酸 / 高锰酸钾复配液等。 0008 所述对照溶液与测试溶液组分相同， 各。
10、组分浓度相同或不同。 一般情况下， 最好选 择相同的组分浓度。但当对照材料与被测材料的耐蚀性差距过大时， 如选用同一溶液， 则 在同一测试条件下， 可能出现在对照材料致对照溶液颜色转变至稳定状态所需的最短时间 tmax内， 被测材料还不足以使测试溶液的颜色发生吸光度测试仪可测得的转变。因此， 在这 种情况下， 可适当降低对照溶液中侵蚀性成分的含量， 或同时提高测试溶液中侵蚀性成分 的含量。 0009 所述对照溶液与测试溶液的温度、 暴露方式以及运动方式和速度相同。如利用恒 温箱或恒温水槽进行液温控制， 溶液可置于敞口或封口容器 （如烧杯、 广口瓶等） 中保持静 止或利用震摇 / 旋转设备按设定。
11、参数进行运动等。 0010 所述空白吸光度是指溶液在温度、 暴露方式相同但无材料浸入情况下以相同的方 式和速度运动相同时间后的吸光度。 以测试溶液为例， 如果其吸光度测试是在25、 封闭状 态、 被测试样完全浸入后以 100r/m 的旋转速度运动 60sec 后进行的， 则其空白吸光度测试 同样需要在 25、 封闭状态、 以 100r/m 的旋转速度运动 60sec 后进行， 不同之处在于 ： 后者 无被测试样浸入测试溶液。 0011 所述被测材料与测试溶液、 对照材料与对照溶液的作用时间介于材料浸入后溶液 颜色发生吸光度测试仪可测得的转变所需的最短时间tmin与溶液颜色转变至稳定状态所需 的。
12、最短时间 tmax之间。如果溶液 / 材料间作用时间小于 tmin或大于 tmax， 则材料的耐蚀性差 异将无法判断， 即出现判据 因同值而失效的情况。因溶液体系及其具体配方， 溶液 / 材 料间反应速度的不同， tmin和 tmax各不相同。 0012 上述对照材料可与被测材料相同， 典型的如腐蚀防护与表面工程技术领域常见的 空白材料， 即基体成分、 结构与被测材料完全相同但表面仅经过打磨、 清洗等预处理的材 料 ； 亦可与被测材料不同， 如性能公知的其它材料， 譬如研究合金化对金属材料性能的影响 时， 可以对应的纯金属为对照材料。 0013 上述 和 c、 t 和 tc可根据所选溶液体系及。
13、其具体配方、 溶液 / 材料间反应速 度快慢以及测试效率和灵敏度要求等的不同， 进行灵活控制。一般情况下， 可优选 =c、 t=tc。但当对照材料与被测材料的耐蚀性差距过大时， 如测试溶液与对照溶液相同， 则需通 过降低 或延长 t， 或者同时提高 c或缩短 tc以确保测试结果的准确性和精确度。 0014 根据分光光度法理论， 单色光辐射穿过被测物质溶液时， 被该物质吸收的量与该 物质的浓度和液层的厚度即光路长度成正比， 即吸光度 A=-lg(I/I0)=-lgT=kLc， 式中 I0为 入射的单色光强度， I 为透射的单色光强度， T 为物质的透射率， k 为摩尔吸收系数， L 为被 分析物。
14、质的光程， 即比色皿的边长， c 为物质的浓度。本发明方法基于以下原理 ： 当材料与 特定溶液间发生化学或电化学反应时， 随着溶液中具有特征颜色的物质的消耗或生成， 溶 液的吸光度必然做出相应的响应， 因此， 通过检测溶液吸光度的变化幅度， 即可反推材料 / 溶液间的反应程度， 即材料的耐蚀性好坏。考虑到测试结果同时受到溶液 / 材料相互作用 时间、 容面比以及溶液温度及其暴露方式以及溶液 / 材料间相对运动方式、 速度等诸多因 说 明 书 CN 102841050 A 4 3/4 页 5 素的影响， 因此， 除将 和 c、 t 和 tc引入判据 的计算公式外， 实际测试时， 溶液温度及 其暴。
15、露方式以及溶液 / 材料间相对运动方式、 速度等宜作相同控制。 0015 本发明方法中溶液的吸光度可以任何公知的设备如分光光度计进行测试。判据 无量纲， 同一对照条件下， 即对照材料、 对照溶液及其吸光度测试条件 （包括容面比以及 溶液温度及其暴露方式， 溶液 / 材料间相对运动方式、 速度及作用时间等） 完全相同的情况 下， 所得 值越大， 即测试期间测试溶液吸光度变化越小， 则材料耐蚀性越好。 0016 为更直观地以吸光度数据反映材料的耐蚀性能， 可以经典腐蚀试验方法测得对照 材料在特定测试条件下的基础腐蚀数据 0（如平均失重率、 平均腐蚀速率、 腐蚀电流密度 等等） ， 并确定函数关系式。
16、 =f(,0)。在此基础之上， 即可根据 值获得被测材料耐蚀 性能的绝对指标。 0017 与现有方法相比较， 本发明具有如下优点 ： 0018 一、 灵敏度及精确度高由于利用溶液吸光度的变化衡量溶液 / 材料间的反应 程度 （即材料耐蚀性能的好坏） ， 即使是材料耐蚀性的微小差异， 也可通过高灵敏度的吸光 度测试仪精确反馈出来。 0019 二、 方便快捷由于只需对测试溶液进行吸光度测试， 整个检测过程十分方便 ； 同时可通过控制测试溶液的成分配比， 在测试效率与测试精度之间找到平衡点。 0020 三、 适用范围广凡是能与特定化学试剂发生反应并最终导致其颜色发生转变 的材料， 包括基体及不同表面。
17、改性 （表面处理） 状态或热处理状态的材料， 如黑色金属 （典型 材料如铁基合金） 以及有色金属 （典型材料如镁、 铝合金） 等， 均可利用本发明方法进行耐蚀 性 （抗降解性） 检测， 从而为材料及其制备方法的优化或材料的甄别提供精确指导。 具体实施方式 0021 以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细描述， 但需注意的是本发明的实 施和保护范围不限于此。 0022 实施例 1 0023 对不同材料的耐蚀性能进行快速评估。 0024 以纯镁 （记为 HP-Mg， 纯度 99.9%） 及镁合金 AZ91、 AZ31、 AM60B 和 ZK60 为评估对 象， 对机加工试样经水磨砂纸由粗到细依。
18、次打磨， 自来水和蒸馏水依次漂洗后， 无水乙醇中 超声清洗。干燥， 测量表面积后备用。 0025 以蒸馏水为溶剂， 按如下组成临用新配测试溶液 ： 50mg/LKMnO4+1ml/LHNO3 （=1.4g/L） 。恒温至 301后， 根据试样实际表面积， 按容面比 =2ml/cm2量取所需体 积的测试溶液， 移至干净的烧杯后浸入试样， 敞口状态轻轻匀速震摇 60sec 后立即取出试 样， 将测试溶液倒入比色皿， 以分光光度计测定波长 525nm 处的吸光度值 At（见表 1） 。同 时另取上述测试溶液在同一条件 （温度、 暴露方式、 运动方式、 速度等） 下轻轻震摇 60sec 后 倒入比色皿。
19、， 以同一分光光度计测定同一波长处的吸光度值， 即空白吸光度 A0（0.754） 。以 HP-Mg 作为对照材料， 计算得出各材料对应的 值如表 1 所示。 0026 表 1 不同镁合金耐蚀性能评估 0027 说 明 书 CN 102841050 A 5 4/4 页 6 材料HP-MgAZ91AM60AZ31ZK60 At0.4200.535 0.5530.383 0.338 1.0001.525 1.6620.900 0.803 0028 由 值得出材料耐蚀性排序如下 ： AM60AZ91HP-MgAZ31ZK60， 与经典腐蚀试 验方法全浸试验法在分别以 3.5%NaCl 溶液和 Hank。
20、 s 平衡盐溶液、 SBF 模拟体液为测 试介质时所得结果一致。 0029 实施例 2 0030 利用本发明方法对表面处理质量进行快速评价。 0031 以 6063 铝合金为评估对象， 首先对试样按实施例 1 方式进行预处理， 然后对其中 部分试样分别进行化学转化处理和微弧氧化陶瓷化处理， 获得 Alblank、 AlCC和 AlMAO共三组试 样。 0032 以蒸馏水为溶剂， 按如下组成临用新配测试溶液 ： 20mg/LKMnO4+2.0ml/LHNO3 （=1.4g/L） 。除测试时间 t 根据试样不同按表 2 所示进行不同控制外， 其它测试条件同实 施例 1。吸光度 At、 对应空白吸光度 A0测试及 值计算 （以 Alblank作为对照试样） 结果如表 2 所示。 0033 表 2 ： 表面改性效果评估 0034 0035 由表 2 可见， 化学转化和微弧氧化处理均使 Al 合金的耐蚀性能得到改善。但相 比之下， 微弧氧化的改善效果更为明显。 这种结果符合常识， 也与现代电化学测试方法 PDP（动电位极化） 和 EIS（电化学阻抗谱） 测试结果一致。 说 明 书 CN 102841050 A 6 。