經過國內外科學工作者長期的研究與實踐，試驗與分析手段逐步向著多元化發展。金屬土壤腐蝕的研究方法概括分為：室外現場埋設方法和室內模擬及加速方法。

 

    文/杜翠薇 北京科技大學

 

    本文主要介紹了土壤腐蝕的主要研究方法。

 

    土壤腐蝕研究通常有兩個目的：一是確定金屬材料在指定土壤或一組類似的土壤中的耐蝕性；二是確定一系列不同土壤對指定金屬或一組金屬的腐蝕性。經過國內外科學工作者長期的研究與實踐，試驗與分析手段逐步向著多元化發展。金屬土壤腐蝕的研究方法概括分為：室外現場埋設方法和室內模擬及加速方法。

 

    室外埋設實驗

 

    土壤室外現場埋設試驗是指在選取的土壤環境中，埋設所要研究的材料及制品， 然后按一定埋設周期挖掘，確定試件的腐蝕形態、腐蝕產物及腐蝕速率。在試驗過程中還需定期測取土壤的物理、化學參數，記錄氣候數據，以及相應的電化學測量結果，以便建立材料、環境因素和腐蝕速度之間的相互關系。這是一種簡單也是最可靠的確定土壤中金屬腐蝕的方法，是土壤腐蝕試驗中的基本方法。

 

    土壤室外現場埋設試驗一般包括小試片試驗和長尺寸試件試驗。針對全面腐蝕， 通過實際失重率的測量可以知道試件的腐蝕速率。對于點蝕、晶間腐蝕等，還需要測定點蝕深度、蝕孔間距等參數，以對腐蝕狀況作出全面的分析。詳細可參見國家材料環境腐蝕平臺制定的材料土壤腐蝕試驗規程。

 

    土壤室外現場埋設試件的失重和土壤理化性質的分析方法已經成為確定土壤中金屬腐蝕速度、評價土壤腐蝕性的經典方法。在此基礎上建立和發展起來的原位測量技術、加速試驗和統計分析等方法，以及土壤腐蝕性評價的新方法，已經成為土壤腐蝕試驗研究工作的重要組成內容。

 

           

庫爾勒土壤試驗站                                                                                                                鷹潭土壤試驗站

   
室內模擬及加速實驗

 

    土壤室內模擬及加速方法主要包括： 室內模擬試驗和室內加速試驗。

 

    通常土壤室內模擬試驗又分為室內土壤埋設試驗及模擬溶液實驗。室內土壤埋設試驗是指將所研究的材料制成試片在實驗室中埋設到從現場取來的土壤中，進行腐蝕實驗。而模擬溶液實驗是指將所研究的材料制成試片在實驗室中埋設到根據現場土壤的理化分析數據配制的模擬溶液中進行腐蝕實驗。室內試驗除了傳統的失重方法外，近年來極化曲線測試技術、交流阻抗測試技術以及電化學噪聲技術也逐漸開始應用于金屬材料腐蝕室內研究。

 

    腐蝕加速試驗是一種人為控制試驗條件而加速腐蝕的試驗方法，力求在較短的時間內，確定金屬材料發生某種腐蝕的傾向、材料的耐蝕性或介質侵蝕性強弱。一種恰當的加速試驗方法應具有足夠的“侵蝕性”和良好的“鑒別性”，其具體要求是：①加速條件下的腐蝕產物應與工作環境中的腐蝕產物相同；②反應機理應與實際發生的腐蝕機理相同或相似；③有較高的加速比，即在較短時間內達到的腐蝕效果可相當于實際環境中較長時間的效果。關于土壤腐蝕，目前常用的加速方法有：強化介質法、電偶加速法、電解加速法和間斷極化法及冷熱交替及干濕交替法等。

 

    1）強化介質法

 

    強化介質法是通過改變土壤介質的理化性質（如加入Cl－、SO42-、Fe2+、CO2、空氣、以及加入酸堿改變土壤的pH值等）來改變土壤腐蝕性，加速材料在土壤中的腐蝕。這種方法的優點是無外加電場的影響，土壤溶液中離子濃度基本可控，增加離子濃度降低了土壤電阻率，增加了土壤腐蝕性。

 

    2）電偶加速法

 

    電偶加速試驗是在不改變土壤理化性質條件下加速腐蝕的有效辦法，它是利用碳-鐵或銅-鐵等電偶對在土壤中短接，組成電偶腐蝕電池，加大鋼鐵試片在土壤介質中的腐蝕速率。在電偶加速試驗中，除了要考慮通常對單一金屬腐蝕的影響因素外， 還要考慮異金屬間的電位差、金屬電極的極化、陰陽極面積比和電偶電路的內阻、外阻等因素。其優點是加速試驗簡單、易操作、加速比大，但由于引入電偶電流的作用，對土壤腐蝕行為有較大影響。

 

    3）電解失重法

 

    電解失重是通過控制外加電流或電壓，陰、陽極面積比，陰、陽極距離等條件使金屬材料在土壤中電解，使陽極電流流過被加速腐蝕的試樣，使其陽極極化，加速了其腐蝕進程。其基本原理是在研究電極和輔助電極間加以外電壓，使其形成一個電解池，電源的正極接研究電極，負極接輔助電極。電解加速法適用于多數土壤，但不能用于酸性土壤。值得指出的是電解法是通過使研究電極陽極極化來加速腐蝕的，因此其結果及腐蝕機理與金屬在土壤中的腐蝕（開路電位下的腐蝕）還是有本質的區別的，目前不傾向于使用此種方法。

 

    4）間斷極化法

 

    間斷極化法的加速原理與電解法相類似，它是通過間歇式的外加電流使研究電極極化，從而縮短腐蝕誘導期，使金屬迅速進入活化區后停止極化，從而增大腐蝕速率的一種方法。

 

    5）冷熱交替和干濕交替加速試驗

 

    利用實際土壤，不引入其它離子，控制土壤的含水量、溫度變化，適當通入空氣，進行冷熱交替和干濕交替來加速碳鋼在土壤中的腐蝕。該方法沒有改變土壤性質， 也不是在外電壓強制作用下進行，模擬了自然環境中不同季節的溫度和含水量變化，同時還包括土壤干裂或強對流天氣引起的空氣擴散速率加快的作用，是一種相關性較好的模擬加速方法。