沖刷腐蝕試驗，常見于海洋環境或石油管道的金屬材料檢測項目里。在流體作用下，金屬材料會受到海水沖刷與腐蝕兩者的協同作用，由此產生的工業磨損遠大于沖刷和腐蝕單獨作用之和。因此通過模擬海水沖刷腐蝕試驗，我們可以有效的評估金屬材料在工況下的耐腐蝕性能，從而預估其服役壽命，及時發現質量缺陷，避免安全事故發生。在眾多的耐腐蝕性能的金屬材料中，銅及銅合金銅 因為具有良好的耐腐蝕性、較高的換熱系數和優良的機械性能、焊接性能、抑制海洋微生物附著等特性，成為耐流動海水腐蝕性能的優秀材料之一，它的部分型號甚至可以接受海水、泥沙及水中異物的高速沖刷，所以被廣泛應用在海洋制造行業。 

一、需求背景

青島某海洋工程研究所，以“銅及銅合金管的耐腐蝕性能研究”作為課題，在進展到海洋環境條件下的研究時，需要海水沖刷腐蝕試驗的數據。由于目前國家還沒有專門針對銅及銅合金的耐海水沖刷腐蝕性能試驗制定完善的檢測方法標準，而目前主流的沖刷腐蝕的研究方法主要有旋轉試驗、管流試驗、噴射試驗三種，所以他們需要根據根據銅及銅合金的應用場景及產品特點，來有效的選擇試驗方法，包括里面的試劑、設備、試樣制備等情況，由此需要制定一份完整的試驗方案。

二、銅及銅合金管應用情況介紹

在海洋工程領域中，銅及銅合金管主要被制成熱交換用管或輸液管道管系用管，常用于海水管路的銅合金牌號主要有TP2、BFe10-1-1，這類牌號的銅及銅合金主要用來制造艦船的管路、法蘭、閥門、波紋管等部位。常用于熱交換裝置的銅及銅合金牌號主要有TP2、BFel0-1-1、BFe30-1-1、HAl77-2、HSn70-lAB。

這類牌號的銅及銅合金主要用來制造主冷凝器、輔冷凝器、加熱器、冷卻器、空調、管板、冷凝管和水室等部位。這里面HSn70-1牌號的錫黃銅管和BFel0-1-1、BFe30-1-1牌號的白銅管是主要的2種銅合金冷凝管，不過隨著技術的基本，產品多元化的發展，冷凝器及熱交換器的冷凝管品種也在不斷增加。

像Cu-Ni合金就因其耐流動海水腐蝕性能好，被廣泛應用在海水淡化處理管道、冷凝器管、海電廠的熱交換器等船舶與海洋工程海水管路系統，多的甚至能占船總重能達到2%～3%左右。

三、沖刷試驗方法介紹

銅及銅合金的海水沖刷腐蝕的研究方法主要有如下幾種方法：旋轉試驗法、管流試驗法、噴射試驗法，這幾種試驗方法各有特點，具體如下 ：

(1)旋轉試驗法

旋轉式試驗裝置是利用試樣或流體的旋轉使試樣與流體間產生相對運動，主要類型有旋轉圓盤式和旋轉圓環兩種。研究原理是以改變旋轉速率和圓盤直徑使在試樣表面上形成一系列不同的圓周速度，從而達到研究材料在不同流速下的腐蝕行為。這種研究方法對船艦的螺旋槳的工作情況能達到很好的模擬。該方法具有實驗裝置簡單、實驗周期短、測試用溶液量小(一般可小于4L)等優點，因而使用比較廣泛。

(2)管流試驗法

管流試驗是另一種實驗室使用比較廣泛的研究方法，主要針對管道系統的沖刷腐蝕情況。研究原理是采用循環系統，使流體中固體顆粒分布均勻，并使流體以一定流速和流態沖刷材料表面，以研究管道系統材料在不同流速、流態條件下的腐蝕行為。試驗裝置對流速、流態的控制性比較好，具有良好的流體力學模型，因此研究結果具有很好的使用價值。但系統需要貯液槽和循環泵等部分組成，因此需要空間很大，而且測試所需溶液量很大，經常大于40L；采用循環系統，要求循環泵持續工作，泵工作產生的熱量會引起水溫的升高，所以需要溫度控制系統控制水溫，同時泵閥的可靠性必須確保循環泵的持續工作。

(3)噴射試驗法

噴射方法與管流實驗方法一樣采用循環系統，設計思路是使流體從噴嘴處以一定流速、沖擊角度直接沖刷試樣表面，模擬管道系統的沖刷腐蝕情況；在實驗過程中，試樣放置位置固定不變，使對流速的控制性提高，而且流體流速可達到很高；也可以通過調節試樣位置與噴嘴相對角度，達到沖擊角度對材料表面沖刷腐蝕的影響研究，很好地模擬管道系統的拐角處的沖刷腐蝕情況；實驗裝置最大的優點就是電化學測量十分容易，而且可在很高流速下進行原位電化學測量。但由于流體直接對試樣表面噴射，該方法的沖刷情況比實際情況嚴重，與泵、管道的實際沖刷腐蝕條件有一定的差距，用此方法得出的材料沖刷腐蝕臨界速度往往比其它方法低。

通過上面介紹和比較，無疑旋轉試驗和管流試驗的優點更多， 所以我們建議選擇采用旋轉試驗和管流試驗。由于海水沖刷試驗主要通過沖刷試驗機來實現各種環境因素的模擬，因此對實驗室環境要求不高，所以在試驗條件上，我們僅需要需保證正常的室溫條件即可，當然，試驗設備元器件也要可靠運行。 

四、試驗方案介紹

1、方案原理介紹

a.旋轉圓盤試驗

該方案將試樣固定在圓盤上，也可以固定在筒壁的試樣架上，通過在固定轉速下轉動的圓盤帶動溶液旋轉，進行測試。由于試樣固定在圓盤上時，在慣性的作用下溶液流速和圓盤轉速存在不匹配現象，造成試樣表面的流速無法精確測量。試樣固定在筒壁時流速相對準確，應注意流速傳感器應盡量和樣品接近，保證流速測量的準確。該設備的結構可以設計的很緊湊，試樣一般需要加工到40mm長度，也可制備試板，所以對樣品尺寸要求少。

b.管路沖刷試驗方案

該方案通過離心泵帶動試驗溶液流動，沖刷過樣品表面，適用于管徑較大的銅及銅合金樣品檢測。使用超聲流量計測量試驗附近的流速，流速測量較為準確，流體狀態穩定，但是要保證管內流體的穩定，盡量使試驗管徑和設備管徑接近，避免變徑時造成的流速變化。由于結構限制，試驗設備占地面積較大、連接處較多，對實驗室空間、防水等有較高要求。

2.試驗試劑的選擇

由于試驗溶液的用量較大，目前化學純試劑的雜質含量已經滿足試驗要求，所以實驗中僅使用確認為化學純及以上的試劑，所用水為GB/T 6682規定三級及以上蒸餾水或去離子水。使用氯化鈉和蒸餾水或去離子水配制濃度為3.5%（質量百分比）的氯化鈉溶液，在氯化鈉溶液中按質量百分比 0.15%加入主要成分為 SiO2 的海砂，海砂符合 JG/T 494-2016 的要求，細度模數為特細。

3.設備儀器說明

使用的儀器設備為專屬設備，而且由于試驗溶液具有一定的腐蝕性，所以設備材料必須考慮耐腐蝕性，因此需要使用強度較高的有機材料。另外試驗溶液加入了海砂，對設備材料會產生磨損，磨損下來的材料混在溶液中又會對試驗產生磨損，因此對材料的強度也提出了要求。此外其他使用到的設備還有酸度計、電子天平、數字指示秤、游標卡尺等。

4.試樣制備說明

試驗的目的是模擬實現銅合金管材在沖刷條件下的腐蝕，因此試驗過程中應盡量選取全截面試樣，以重現試液在管內的流動，旋轉圓盤試驗中流體以渦流的形態旋轉，因此其在管內的流動并非穩定的線性流動，所以試樣長度不宜過長，管路沖刷過程中流體一般是線性流動，長試樣可以使管內的流體狀態較為平穩，故推薦使用較長試樣。由于管路式試驗設備需要將試樣和試驗管連接，對試樣外徑有一定要求，因此建議試樣外徑不小于30mm。

5.試驗步驟

a、試驗前將試樣切割邊緣用砂紙打磨去除毛刺。

b、用游標卡尺測量尺寸，計算試樣內外表面積 S（保留 2 位小數）。

c、用乙醇、丙酮等有機試劑清洗試樣，后用去離子水清洗，吹干后稱量質量 m1，精確至 0.1mg。

d、將試樣固定試樣架上或安裝在沖刷管路上。

e、按照下表中試驗參數配制溶液、設置試驗參數。

f、啟動設備開始試驗。

g、達到規定試驗時間時，試驗停止。

h、取出試樣，按 GB/T 16545 要求清洗腐蝕產物。

i、清洗吹干后稱量質量 m2，精確至 0.1mg。

j、樣品數量不少于 3 個

五、總結

以上便是本次銅及銅合金的海水沖刷腐蝕試驗的全部內容介紹。我們在試驗前一定要對試樣進行必要的清洗，盡量避免使用會腐蝕試驗區域或在試驗區域產生保護膜的有機溶劑。在我國，使用銅合金管道和設備的船舶，很多不能保證所需的統一壽命，有的在船體設計的是25年服役周期，但是往往只有10余年的使用壽命。原因就是由于銅合金管道抗水流沖刷腐蝕性能差，經過6～8年使用，就出現大面積損壞現象，所以該海洋研究所設定的課題對于解決這方面的問題，極具指導價值的。