一种应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法

技术领域

本发明属于现场耐候钢锈层稳定化鉴定领域，具体为一种应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法。

背景技术

耐候钢在发生大气腐蚀的过程中，材料的合金元素能够改善锈层结构和性能，形成致密的α-FeOOH为主的保护性锈层，有效阻滞腐蚀介质的渗入和传输，抑制腐蚀的进一步发生。耐候钢的耐大气腐蚀性能一般可以达到普通碳钢的2～8倍，且在大气中的使用时间愈长，其耐候效果愈明显。在一些环境下无需进行涂漆等表面防护处理，耐候钢可以直接应用，节省大量的费用。耐候钢在免涂装使用时，需要一定的时间才能形成致密稳定的锈层。在大气环境下锈层演变是个漫长的过程，通常在3～5年左右才可达到稳定化状态。如图9所示，在锈层稳定化过程中锈层颜色逐渐加深，锈层厚度及耐蚀性也明显增强。

随着耐候钢材料在桥梁、结构件、建筑外立面等不断应用，如何快速判断耐候钢锈层是否达到稳定化是亟需解决的问题，特别是在现场施工过程中，快速有效的评定锈层显得尤为关键。

目前常见的评定耐候钢锈层的方法主要通过XRD测量锈层结构，当XRD测量结果中锈层α-FeOOH含量较高时，即认为锈层达到稳定化状态。该方法无法进行现场施工，只能现场取样，采用试验室XRD衍射仪进行分析才能得到结果。因此，开发一种有效的鉴定现场耐候钢锈层稳定化程度的方法是现场施工时亟需解决的问题。

发明专利公开号CN113834769A介绍了一种耐候钢锈层比色度判定耐候钢锈层稳定化的方法。采用色差仪等光学设备对耐候钢锈层的光学参数测量，将所得光学参数结果代入所述关系模型中，得到耐候钢锈层中稳定性评价成分的含量，从而判断出耐候钢锈层的稳定化程度，实现对耐候钢锈层稳定化程度的快速评价。

发明专利公开号CN113466117A公开了耐候钢快速成锈后表面锈层的评价方法，使用标准格栅板将耐候钢试样表面进行精准分区，通过拉曼光谱进行微观分析，确认锈层成分及各成分的比值，通过色差仪对锈层颜色进行半定量分析，确定耐候钢表面锈层宏观颜色与微观组分之间的对应关系。通过测定锈层的色差值来确定锈层中各组分的含量范围。上述发明均需采用一定的设备对耐候钢进行评价。其中，拉曼光谱、色差仪设备属于精密设备，测量面积在平方厘米级以下，而锈层中的腐蚀颗粒就可能会被捕捉到，而不是整个区域的实际情况。仪器精密度较高，检测的区域会较小，评价的误差越大。

发明专利公开号CN102866104A公开了一种基于冰冻-解冻处理的耐候钢锈层保护能力的评价方法，但扫描电镜属于精密设备，且测量面积为平方微米级以下，试样表面同时存在疏松和致密的锈层，选取存在主观人为误差。发明专利公开号CN113834768A利用电阻法快速确定耐候钢锈层稳定时间的方法，但是需要对耐候钢进行破坏，无法进行现场实施检验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，针对现场施工的耐候钢进行快速有效的鉴定其稳定化程度。

本发明的技术方案是：

一种应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，该方法应用于现场耐候钢锈层稳定化程度的鉴定，通过比色带及涡流测厚仪两种测量方法进行综合评定，具体过程如下：

(1)当耐候钢表面生成锈层后，使用涡流测厚仪现场评定锈层厚度；采用定点测厚的方式检测锈层厚度变化，并绘制耐候钢锈层厚度随时间变化曲线；当锈层厚度随时间延长不再发生变化时，即锈层厚度随时间变化曲线出现平台期时，此时锈层达到稳定状态；

(2)选择典型位置定点采用比色带对锈层颜色进行现场评定，比色带根据耐候钢锈层随稳定化进程的颜色变化设计并制作而成，比色带的颜色由初始时锈层颜色的浅黄色，逐渐转化为黄褐色，最终达到深褐色。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，现场进行耐候钢锈层稳定化厚度测量时，锈层厚度达到100μm以上，或厚度变化曲线显示后续锈层厚度不再增加时，锈层就达到稳定化状态。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，根据耐候钢不同阶段的表面颜色变化制作成连续的比色带。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，现场用比色带贴敷于耐候钢表面，根据比色带颜色的深浅和耐候钢表面颜色进行对比，评定不同的等级。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，根据测厚数据及比色带对比结果，计算得到锈层稳定化程度系数K值，以K值描述锈层稳定化进程。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，采用如下方法对耐候钢锈层稳定化系数K进行计算：

K＝(h×0.5+V×10×0.625)/10

h为耐候钢锈层厚度值，单位：μm；V为锈层与比色带对比得到的刻度。

所述的应用于现场耐候钢锈层稳定化程度判定方法，K值在5～10时，开始进入逐渐稳定；当K值超过10时，锈层已经进入稳定化状态。

本发明的设计思想是：

本发明采用锈层厚度量化和比色带对比结合的方法综合评定耐候钢锈层稳定化程度。锈层厚度测定使用涡流测厚仪测量，可以方便快捷的量化锈层的厚度，但相对测量面积较小，无法从总体上评价锈层的稳定化程度。而比色带采用直观对比的方式，可以对大面积的锈层进行评定，根据比色带的结果得到锈层的色度等级。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明采用无损检测的方式评价锈层稳定化程度，并可以具体量化锈层稳定化程度。相对于别的评价方法，该方法更加直观、方便，数据可以量化。

2、本发明采用涡流测厚及比色带两种方法综合评价耐候钢锈层稳定化程度，根据厚度变化和锈层颜色的变化判定锈层稳定化程度，高效可靠。

3、本发明在现场使用时，现场可以采用比色带对比锈层颜色，判断锈层稳定化状态。其操作如同pH试纸检测pH值的方法，简单可行。现场操作可以事先打印好比色带，与锈层颜色比对，采用比色对比的方法，操作简单，评定方便。

附图说明

图1为耐候钢表面锈层厚度测量位置示意图。

图2为耐候钢表面锈层厚度随时间变化曲线。

图3为耐候钢加速稳定化锈层颜色变化图，分别为初始状态、5个CCT(循环盐雾腐蚀测试周期，Cyclic Corrosion Test，简称CCT)、10个CCT、20个CCT、30个CCT。

图4-图5为耐候钢锈层XRD检测结果。其中，图4为20个CCT，图5为30个CCT，横坐标2θ代表衍射角(degree)，纵坐标Intensity代表相对强度(A.U.)。

图6为室外曝晒一年的耐候钢试样图。

图7为耐候钢表面锈层厚度长时间变化曲线。

图8为耐候钢锈层转化的比色带图。

图9为耐候钢在发生大气腐蚀的锈层稳定化过程中锈层变化图。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明通过比色带及涡流测厚仪两种测量方法进行综合评定。其一，当耐候钢表面生成锈层后，使用涡流测厚仪评定锈层厚度。采用定点测厚的方式检测锈层厚度变化，并绘制锈层厚度随时间变化曲线。当锈层厚度达到100μm以后，或厚度变化曲线显示后续锈层厚度不再增加时，锈层就达到稳定化状态。其二，选择典型位置定点采用比色带对锈层颜色进行评定。比色带根据耐候钢锈层随稳定化进程的颜色变化设计并制作而成，比色带的颜色由初始时锈层颜色的浅黄色，逐渐转化为黄褐色，最终达到深褐色。现场应用简单方便，用比色带贴敷于耐候钢表面，根据比色带颜色的深浅和耐候钢表面颜色进行对比，评定不同的等级。其三，还可以根据测厚和比色结果综合得到耐候钢的锈层稳定化程度系数K值。

测厚评价是检测锈层厚度的方法，采用涡流探头检测耐候钢表面不导电锈层的厚度。涡流测厚仪的原理是：高频交流信号在探头线圈中产生电磁场，探头靠近导体时，就在其中形成涡流。探头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻抗也愈大。这个反馈作用量表征了探头与导电基体之间距离的大小，也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类探头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度，所以通常称之为非磁性测头。非磁性探头采用高频材料做线圈铁芯，例如：铂镍合金或其它新材料。与磁感应原理比较，主要区别是探头不同，信号的频率不同，信号的大小、标度关系不同。与磁感应测厚仪一样，涡流测厚仪达到了分辨率0.1μm，允许误差1％，量程10mm的高水平。

采用电涡流原理的测厚仪，原则上对所有导电体上的非导电体覆层均可测量，如：航天航空器表面、车辆、家电、铝合金门窗及其它铝制品表面的漆，塑料涂层及阳极氧化膜。

耐候钢在锈层逐渐稳定化的过程中，锈层的厚度遵循先增大后稳定的变化规律。因此，选择合适的测厚点，检测锈层的厚度变化情况。根据测量结果绘制耐候钢锈层厚度随时间变化的曲线，当锈层厚度不再增加时，就进入锈层稳定化状态。同时，经过长期的观察及测量，耐候钢锈层在达到100μm，此时锈层已经具有一定的保护作用，可以认为锈层达到稳定化状态。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1：

采用干湿循环加速Q345NH耐侯钢的锈层稳定化过程，一个干湿循环即一个CCT。锈层稳定化评定方式，采用快速稳定化溶液对耐候钢进行处理，并采用时代集团公司的TIME2250测厚仪检测连续检测经过60个CCT干湿循环后试样的锈层厚度。每个试样检测9个点，测点分布见图1。

如图2所示，由测厚数据随时间变化曲线可见，耐候钢在加速稳定化过程中，随着稳定化时间的延长，锈层厚度逐渐增加，并在经过30个CCT后锈层厚度达到100μm左右，此后锈层厚度保持稳定。

如图8所示，耐候钢锈层转化比色带。该比色带是根据耐候钢锈层随稳定化进程的颜色变化设计并制作而成，比色带的颜色由初始时锈层颜色的浅黄色，逐渐转化为黄褐色，最终达到深褐色。

快速稳定化初期，即经过稳定化处理后1个CCT的表面状态，表面颜色较浅，为刻度1处。随着锈层稳定化程度的不断进行，耐候钢表面锈层颜色逐渐加深，刻度2处至刻度5处为耐候钢稳定化过程中表面锈层颜色的变化。其中：刻度2处为经过3个CCT后的表面锈层颜色；刻度3处为经过5个CCT后的表面锈层颜色，与初期状态颜色较为接近，此时整个过程均属于初始状态；刻度4处为经过10个CCT的表面锈层颜色；刻度5处为经过15个CCT的表面锈层颜色。在锈层颜色达到刻度5处时，锈层已经开始由γ-FeOOH至α-FeOOH的转化，对应的锈层颜色也逐渐转深，初步完成锈层稳定化转化。在刻度6处为经过20个CCT的表面锈层颜色，此时锈层已经完成锈层稳定化转化过程，主要成分为α-FeOOH，锈层颜色也转变为黄褐色，基本完成锈层稳定化。刻度7处为经过30个CCT的表面锈层颜色，相较于20个CCT时颜色更加偏深。刻度8处为经过60个CCT的表面锈层颜色，当到达刻度8时，此时锈层已经完全为α-FeOOH，致密性良好，保护性最佳。刻度9处为稳定化后现场暴露3个月的表面颜色特征。比色带最终的颜色刻度10处为现场暴露2年的耐候钢试样，此时表面锈层已经非常致密。完成稳定化处理后的耐候钢表面颜色随着时间逐渐加深，最终呈现深褐色。

如图3所示，耐候钢加速稳定化锈层颜色变化。采用比色带对锈层稳定化过程进行检测如下：

初始状态时表面锈层颜色为浅黄色，在5个CCT时锈层比色带刻度达到3，在10个CCT时锈层比色带刻度达到4，在20个CCT时锈层比色带刻度达到6，30个CCT时锈层比色带刻度达到7。

根据锈层厚度及比色带检测结果，可以采用如下方法对耐候钢锈层稳定化系数K进行计算：

K＝(h×0.5+V×10×0.625)/10

h为耐候钢锈层厚度值，单位：μm；V为锈层与比色带对比得到颜色最接近处的刻度读数，取值范围1～10。

K值在5～10时，开始进入逐渐稳定；当K值超过10时，锈层已经进入稳定化状态。

如图4-图5所示，为了检测锈层稳定化过程，分别在20个CCT和30个CCT刮取锈层进行XRD检测，分别计算20个CCT及30个CCT时锈层稳定化系数K值：

20个CCT K＝7.375

30个CCT K＝10

30个CCT时锈层K值≥10，为稳定化状态。

实施例2

如图6-图7所示，将长期以来放置在户外的、未经稳定化处理的Q345NH耐候钢进行了锈层检测，得到了耐候钢锈层随时间变化的曲线，可以看到大约在365天，即1年左右，其锈层厚度可以90μm左右，与经过锈层稳定化处理后经过20个CCT循环的锈层厚度接近。在室外放置2～3年左右，其锈层厚度可以达到110～120μm。其中，1年左右K值为8.875，2年左右K值为11.125，此时锈层已经稳定。

实施结果表明，本发明采用测厚的方法可以大略的了解锈层厚度值，但受限于测量位置等因素影响，仅能能对个别区域的厚度进行检测。因此，进一步采用比色带对锈层稳定化程度做综合评定，采用比色带对耐候钢稳定化进行评定，方便快捷，适合现场施工。