ASTM G31 Laboratoryjne badanie korozji zanurzeniowej metali

Norma „ASTM G31 Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals”, opublikowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM), opisuje akceptowane procedury laboratoryjnych badań korozji zanurzeniowej, w szczególności badań ubytku masy, oraz czynniki wpływające na te badania. Czynniki te obejmują przygotowanie próbek, sprzęt używany w badaniach, warunki badań, metody czyszczenia próbek, ocenę wyników oraz obliczanie i raportowanie szybkości korozji. Norma podkreśla również znaczenie rejestrowania wszystkich istotnych danych i zawiera listę kontrolną do raportowania danych z badań.

W większości przypadków produkt korozji metali reaktywnych, takich jak tytan i cyrkon, to twardy, ściśle związany tlenek, który trudno usunąć chemicznie lub konwencjonalnymi metodami mechanicznymi. W wielu takich przypadkach szybkość korozji jest określana na podstawie przyrostu masy, a nie jej utraty.

Szczegółowe rozważania na temat skutków lokalnego ataku, pęknięć wspomaganych przez środowisko i przepływu roztworu nie wchodzą w zakres niniejszej normy.

Niniejsza norma jest przeznaczona dla osób projektujących laboratoryjne testy zanurzeniowe, które nie znają wszystkich zmiennych i trudności związanych z projektowaniem i przeprowadzaniem takich testów. Metoda ta powinna być stosowana jako punkt odniesienia, aby zapewnić generowanie danych istotnych dla danego zastosowania przy minimalnej ingerencji.

Badania korozyjne, ze swej natury, uniemożliwiają stworzenie kompletnej normy. Dlatego niniejsza norma jest przedstawiana jako przewodnik pozwalający uniknąć niektórych pułapek związanych z tego typu badaniami, a nie jako standardowa metoda badawcza.

Nie wszystkie metale i stopy reagują jednakowo na liczne czynniki wpływające na korozję, a przyspieszone testy korozyjne dostarczają jedynie wyników orientacyjnych. Często mogą być one mylące. Z wyjątkiem testów kwalifikacyjnych materiałów, które powinny być znormalizowane, niepraktyczne jest zalecanie sztywnej, standardowej laboratoryjnej procedury badań korozyjnych do ogólnego użytku. Jednym z celów niniejszej normy jest poprawa przyszłej korelacji wyników i ograniczenie liczby sprzecznych raportów poprzez bardziej szczegółowe rejestrowanie istotnych czynników i warunków.

Krótko mówiąc, laboratoryjne badania korozyjne zanurzeniowe to podstawowa technika oceny odporności metali i stopów na korozję w kontrolowanych warunkach. Dostarcza ona cennych informacji o właściwościach materiałów, pomagając inżynierom i naukowcom w doborze odpowiednich materiałów do stosowania w środowiskach korozyjnych.

Korozja to naturalny proces elektrochemiczny, który powoduje degradację metali poprzez interakcję z otoczeniem. Zrozumienie i ograniczenie korozji ma kluczowe znaczenie w branżach takich jak przemysł lotniczy, morski, naftowo-gazowy oraz budowlany, gdzie uszkodzenia materiałów mogą prowadzić do zagrożeń dla bezpieczeństwa i strat ekonomicznych. Laboratoryjne badania zanurzeniowe to jedna z najczęściej stosowanych metod symulacji rzeczywistej korozji w kontrolowanym środowisku, umożliwiająca analizę porównawczą różnych materiałów i powłok.

Badanie odporności na korozję zanurzeniową polega zasadniczo na zanurzaniu próbek metalu w ciekłym medium korozyjnym na określony czas. Medium to może obejmować wodę destylowaną, roztwory kwaśne lub zasadowe, roztwory soli (np. chlorek sodu) lub przemysłowe czynniki korozyjne (np. solanki, imitatory wody morskiej). Celem jest symulacja warunków eksploatacyjnych i obserwacja zachowania metalu, w tym szybkości korozji, uszkodzeń powierzchni oraz rodzaju korozji (np. wżerowej, jednorodnej, galwanicznej).

Ogólnie rzecz biorąc, proces testowania obejmuje następujące kroki:

• Przygotowanie próbek: Próbki metalu są cięte na standardowe rozmiary, a ich powierzchnie poddawane obróbce mechanicznej w celu zapewnienia jednorodności. Powszechne praktyki obejmują szlifowanie i polerowanie w celu usunięcia warstw tlenków.
• Ważenie początkowe: Próbki waży się z dużą dokładnością w celu określenia masy elementarnej.
• Zanurzenie: Próbki są całkowicie zanurzane w roztworze badawczym, który jest utrzymywany w stałej temperaturze i pH przez określony czas (od kilku godzin do kilku tygodni).
• Czyszczenie po zanurzeniu: Po przeprowadzeniu testu produkty korozji usuwa się za pomocą metod czyszczenia chemicznego określonych w niniejszej normie.
• Końcowe ważenie i analiza: Pomiar ubytku masy służy do obliczenia szybkości korozji. Do dalszej oceny często stosuje się techniki analizy powierzchni, takie jak skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM), spektroskopia z dyspersją energii (EDS) i mikroskopia optyczna.

Badania zanurzeniowe w laboratorium są szczególnie istotne w przypadku:

• Dobór materiałów do środowisk korozyjnych.
• Porównanie powłok lub metod obróbki (np. anodowanie, pasywacja).
• Badanie wpływu pierwiastków stopowych na odporność na korozję.
• Ocena mechanizmów awarii po narażeniu na działanie czynników zewnętrznych.

Głównymi zaletami tej metody są kontrolowane środowisko, które zapewnia powtarzalność, oraz bezpośredni pomiar szybkości korozji. Metoda ta może jednak nie uwzględniać wszystkich zmiennych rzeczywistych (np. dynamiki przepływu, aktywności mikrobiologicznej), a przygotowanie powierzchni może znacząco wpłynąć na wyniki. Ponadto, czas testowania materiałów pasywnych może być długi.

Normę ASTM G31 uważa się za ważną z następujących powodów:

• Ustanawia spójną metodę badań: Norma ta określa jednolitą i powtarzalną procedurę badań korozyjnych w zanurzeniu. Ta spójność jest kluczowa dla porównywania wyników w różnych laboratoriach, materiałach lub branżach.
• Zapewnia dokładny pomiar szybkości korozji: Wyjaśnia, jak mierzyć utratę masy, powierzchnię i czas ekspozycji, które są niezbędne do obliczenia szybkości korozji. Bez znormalizowanej metody dane mogą być zniekształcone przez różnice w przygotowaniu próbki lub warunkach testowania.
• Definiuje środowisko i warunki testowe: Norma ta definiuje skład roztworu (np. chlorek sodu, kwasy, solanki), kontrolę temperatury, procedury napowietrzania lub odpowietrzania oraz czas zanurzenia. Dzięki temu test może realistycznie symulować warunki pracy lub specyficzne środowiska (np. morskie, przemysłowe, kwaśne).
• Wsparcie w doborze materiałów i projektowaniu: Projektanci opierają się na normie ASTM G31, aby oceniać nowe materiały lub powłoki, porównywać wydajność stopów i identyfikować ryzyko awarii w środowiskach korozyjnych. To wspomaga inteligentniejszy dobór materiałów w branżach takich jak lotnictwo, przemysł morski, motoryzacyjny, naftowo-gazowniczy oraz infrastruktura.
• Stanowi podstawę badań i rozwoju. Norma ta jest stosowana w laboratoriach badawczo-rozwojowych do badania stopów lub metod obróbki powierzchni, walidacji inhibitorów korozji, badania mechanizmów korozji (np. jednorodności i wżerów) oraz stanowi naukowo uzasadnioną podstawę do porównań eksperymentalnych.

W rezultacie laboratoryjne badania korozyjne w zanurzeniu pozostają podstawą nauki o korozji, dostarczając cennych informacji na temat degradacji metali w różnych warunkach środowiskowych. Badania te, przeprowadzane zgodnie z normą ASTM G31 i podobnymi, wsparte zaawansowaną analizą powierzchni, stanowią wiarygodną podstawę doboru materiałów i strategii zapobiegania korozji.

Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia w nauce i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodne z normą ASTM G31 Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals (Standardowa Praktyka Laboratoryjnych Badań Korozyjnych Metali w Zanurzeniu).