模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法技术

本发明专利技术公开了一种金属材料的加速腐蚀试验方法，包括：采用硝酸、亚硝酸钠和水作为原料，形成硝酸‑亚硝酸‑硝酸钠‑水腐蚀体系；将金属材料投入到不同浓度的腐蚀体系，进行加速腐蚀，记录金属材料的质量变化和形貌变化，所述浓度以硝酸浓度计；根据金属材料的质量变化进行回归分析，得到加速腐蚀过程中金属材料的质量损失率与时间的关系；模拟水‑四氧化二氮体系对金属材料的腐蚀作用，预测金属材料的腐蚀行为。本发明专利技术提供的加速腐蚀试验方法，与水‑四氧化二氮真实体系具有腐蚀机理等效性，用于模拟水‑四氧化二氮体系中金属材料的加速腐蚀行为，对金属材料的腐蚀行为进行预测，为四氧化二氮的贮存材质提供方向。

Accelerated corrosion test method for metal materials in simulated water-nitrogen tetroxide system

The invention discloses an accelerated corrosion test method for metal materials, which includes: using nitric acid, sodium nitrite and water as raw materials to form a nitric acid, nitrite, sodium nitrate and water corrosion system; putting metal materials into different concentration corrosion system to accelerate corrosion, recording the quality and morphological changes of metal materials, the concentration of which is measured by nitric acid concentration; The relationship between mass loss rate and time in accelerated corrosion process was obtained by regression analysis of the quality change of metal materials. The corrosion of metal materials in water-nitrogen tetroxide system was simulated and the corrosion behavior of metal materials was predicted. The accelerated corrosion test method provided by the invention is equivalent to the real system of water and nitrogen tetroxide in corrosion mechanism, and is used to simulate the accelerated corrosion behavior of metal materials in water and nitrogen tetroxide system, predict the corrosion behavior of metal materials, and provide direction for the storage material of nitrogen tetroxide.

【技术实现步骤摘要】
模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法
本专利技术属于四氧化二氮
，特别涉及模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法。
技术介绍
四氧化二氮，化学式N2O4，常温常压下为无色气体，具有强氧化性和腐蚀性，并且容易分解为具有神经麻醉的毒性红棕色NO2气体，属于A级无机剧毒物品。N2O4在贮存、运输、转注以及化学分析中，各种因素都会引起自身品质以及人身、环境等安全问题，因此对其贮存材质提出了很高要求。纯净的N2O4是非电解质，不会发生电解反应，对于金属的腐蚀极其微弱。但是，由于工业制成的N2O4不可能达到完全纯净的程度，其中总是含有少量水(约0.1～0.4％)，而腐蚀作用也是随着水份含量的增加而迅速加剧的。N2O4在生产和使用过程中极易吸收水分生成HNO3、HNO2等物质，具有强氧化性和腐蚀性，随着水含量的增加，N2O4对金属材料的腐蚀速度会大幅度加快，因此在生产与使用中必须考虑N2O4对材料的腐蚀问题，这种腐蚀性是由硝酸与亚硝酸共同导致的。在已报道的研究中，水-四氧化二氮体系对金属材料的腐蚀研究大多直接将少量水与N2O4的混合体系作为研究对象。但N2O4与其分解物NO2均具有较强毒性，吸入后能严重损伤肺组织而引起急性肺水肿，甚至危及生命。因此，在使用和处理N2O4时需要做好呼吸系统、眼睛、身体等部位的安全防护措施，对于实验室研究而言具有较高的操作难度。此外，在常温常压环境下，N2O4以气态形式存在，与水的混合体系中氧化剂浓度有限，难以实现对金属材料的快速腐蚀研究，造成该类研究的时间较长，影响研究效率。铝是一种化学性质活泼的轻质金属，从电化学性质考虑，铝的标准电极电位较低，化学反应性强，易于硝酸发生氧化反应。而反应产物Al(NO3)3、又易溶解于酸溶液中，因此常受到不同程度的腐蚀。在稀硝酸溶液(质量分数为20％～40％)中，硝酸与铝发生氧化反应，反应产物为可溶性硝酸铝，硝酸可被还原为NO2、NO、N2O、N2、NH4+等。Al+3HNO3——>Al(NO3)3+还原产物在浓硝酸溶液(80％以上)中，在常温条件下，硝酸与铝发生氧化反应，反应产物为不溶性的氧化铝。其反应式如下：2Al+6HNO3——>Al2O3+3N2O4+3H2O研究表明，稀硝酸对铝具有更高的腐蚀速率，浓度为35％左右时铝合金腐蚀速率达到最高点。而在浓HNO3溶液中，铝的腐蚀并不明显，出现这种现象的原因是由于在铝表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了HNO3的进一步腐蚀。锂是世界上最轻的金属元素。把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。加入锂之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。因为这些特性，铝锂合金受到了航空、航天以及航海业的广泛关注。铝锂合金中锂的含量通常低于1.8％，虽然锂的还原性(即失电子能力)强于铝，但由于铝含量远远超过锂，故在空气中铝先反应，生成氧化膜后里面的锂就不好失去电子反应，因此铝锂合金抗腐蚀能力较强。研究表明，铝合金与铝锂合金容易发生局部腐蚀，在酸液中主要的腐蚀形式包括孔隙、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和剥蚀等。对于大多数金属材料而言，由于硝酸具有强氧化性，硝酸腐蚀的最终产物均以金属材料的稳定价态存在，如Fe3+、Al3+、Li+。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法，与水-四氧化二氮真实体系具有腐蚀机理等效性，即均为等浓度的硝酸和亚硝酸对金属材料产生腐蚀。该方法用于模拟水-四氧化二氮体系中金属材料的加速腐蚀行为，对金属材料的腐蚀行为进行预测，为四氧化二氮的贮存材质提供方向，并且本专利技术提供的加速腐蚀试验方法有效的提高了实验的安全性和缩短了实验周期。本专利技术提供如下技术方案：模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法，包括以下步骤：(1)采用硝酸、亚硝酸钠和水作为原料，形成硝酸-亚硝酸-硝酸钠-水腐蚀体系；(2)将金属材料投入到不同浓度的腐蚀体系，进行加速腐蚀，记录金属材料的质量变化和形貌变化；(3)根据金属材料的质量变化进行回归分析，得到加速腐蚀过程中金属材料的质量损失率与时间的关系；(4)模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的腐蚀作用，预测金属材料的腐蚀行为。所述的硝酸与亚硝酸钠的摩尔比为2:1，形成的腐蚀体系中硝酸与亚硝酸的摩尔比为1:1。硝酸与亚硝酸钠摩尔比为2:1，二者反应后形成硝酸：亚硝酸：硝酸钠摩尔比为1:1:1的混合体系，水为溶剂。2HNO3+NaNO2——>2NO2+H2O+NaNO3<—>HNO3+HNO2+NaNO3。所述腐蚀体系的浓度为0.005mol/60ml、0.003mol/60ml、0.001mol/60ml和0.0005mol/60ml(以硝酸浓度计)。在步骤(2)中，所述的金属材料的质量变化的记录周期为：第十一天、第二十六天、第四十一天和第五十六天。在步骤(3)中，质量损失率与时间的关系为：λ＝atε+b其中，a,b,ε为回归系数，ε为常数，a为线性方程的斜率，t为天数；斜率a与硝酸浓度的关系为：a＝p+q*d其中，p,q为回归参数，q也视为回归直线的斜率，d为硝酸浓度。所述的金属材料为铝锂合金，质量损失率与时间的关系为：当d＝0.005mol/60ml时，λ＝1.001t0.65-0.7703；当d＝0.003mol/60ml时，λ＝0.6032t0.65+0.4855；当d＝0.001mol/60ml时，λ＝0.2469t0.65+0.3908；当d＝0.0005mol/60ml时，λ＝0.1153t0.65+0.2182。斜率a与硝酸浓度的关系为：a＝0.0092+213.5335*d。所述的金属材料为铝合金，质量损失率与时间的关系为：当d＝0.005mol/60ml时，λ＝4.4107t0.35-2.1547；当d＝0.003mol/60ml时，λ＝3.2523t0.35-1.4401；当d＝0.001mol/60ml时，λ＝0.9320t0.35-0.4229；当d＝0.0005mol/60ml时，λ＝0.3626t0.35-0.1426。斜率a与硝酸浓度的关系为：a＝0.0588+918.1690*d。本专利技术提供的加速腐蚀试验方法中以硝酸-亚硝酸-硝酸钠-水腐蚀体系作为模拟体系，与水-二氧化氮真实体系具有腐蚀原理等效性：N2O4是由NO2叠合而成，随着温度升高，N2O4逐渐分解为NO2。当温度升高时，反应向生成NO2的方向进行；所以实际上N2O4成品都是与二氧化氮的平衡态混合物。N2O4与NO2按下面的方程式相互转化：N2O4<——>2NO2(可逆)当N2O4中有水存在时，N2O4与水的反应也可看做NO2与水的反应，生成物为硝酸和亚硝酸。N2O4+H2O<——>2NO2+H2O<——>HNO3+HNO2(可逆)在水-四氧化二氮真实体系中，硝酸和亚硝酸的酸性和氧化性是金属材料发生腐蚀的直接原因。因此，两个体系对金属材料的腐蚀具有原理等效性，主要腐蚀物质为等摩尔浓度的硝酸和亚硝酸。本专利技术提供的加速腐蚀试验方法可以实现对金属材料的加速腐蚀，提高预测效率；并且可以得到不同硝酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟水‑四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法，包括以下步骤：(1)采用硝酸、亚硝酸钠和水作为原料，形成硝酸‑亚硝酸‑硝酸钠‑水腐蚀体系；(2)将金属材料投入到不同浓度的腐蚀体系，进行加速腐蚀，记录金属材料的质量变化和形貌变化，所述浓度以硝酸浓度计；(3)根据金属材料的质量变化进行回归分析，得到加速腐蚀过程中金属材料的质量损失率与时间的关系；(4)模拟水‑四氧化二氮体系对金属材料的腐蚀作用，预测金属材料的腐蚀行为。

【技术特征摘要】
1.模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的加速腐蚀试验方法，包括以下步骤：(1)采用硝酸、亚硝酸钠和水作为原料，形成硝酸-亚硝酸-硝酸钠-水腐蚀体系；(2)将金属材料投入到不同浓度的腐蚀体系，进行加速腐蚀，记录金属材料的质量变化和形貌变化，所述浓度以硝酸浓度计；(3)根据金属材料的质量变化进行回归分析，得到加速腐蚀过程中金属材料的质量损失率与时间的关系；(4)模拟水-四氧化二氮体系对金属材料的腐蚀作用，预测金属材料的腐蚀行为。2.根据权利要求1所述的加速腐蚀试验方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的硝酸与亚硝酸钠的摩尔比为2:1，形成的腐蚀体系中硝酸与亚硝酸的浓度为1:1。3.根据权利要求1所述的加速腐蚀试验方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述腐蚀体系中硝酸的浓度为0.005mol/60ml、0.003mol/60ml、0.001mol/60ml和0.0005mol/60ml。4.根据权利要求3所述的加速腐蚀试验方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的金属材料的质量变化的记录周期为：第十一天、第二十六天、第四十一天和第五十六天。5.根据权利要求3所述的加速腐蚀试验方法，其特征在于，在步骤(3)中，质量损失率与时间的关系为：λ＝atε+b其中，a,b,ε为回归系数，ε为常数，a为线性方程的斜率，t为天数；斜率a与硝酸浓度的关系为：a...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志华，左中伟，潘骏，贺青川，朱敏，陈文华，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33