鹽霧環境會改變產品的品質,暫時或永久性的降低產品的性能,帶來腐蝕效應、電氣效應和物理效應等不利影響。腐蝕效應包括電化學反應導致的腐蝕、加速應力腐蝕以及鹽在水中電離形成酸性或堿性溶液。電氣效應是指鹽沉積物會導致電氣設備損壞、產生導電的覆蓋層以及絕緣材料和金屬的腐蝕。物理效應是指機械部件或組件的活動部分阻塞或卡死或者是由于電解作用而導致涂層起泡。
防腐涂料的腐蝕、老化性能研究的歷史非常悠久,鹽霧對金屬材料表面的腐蝕原因:鹽霧中含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層,與內部金屬發生電化學反應。而且,氯離子含有一定的水合能,易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫等,并取代氧化層中的氧,把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物,使鈍化態表面變成活潑表面,容易對金屬產生巨大的破壞。
鹽霧試驗就是主要利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗,通過檢測來考察產品的抗腐蝕性。需要進行鹽霧試驗的產品主要是一些金屬產品,一般是金屬電鍍產品、或經過鈍化的產品,以及油漆、涂料、防銹油等。也可以說,只要產品或裝備有可能暴露于含鹽量高的大氣中,就要考慮做鹽霧試驗。產品的鹽霧試驗,通常需要在鹽霧腐蝕試驗箱中進行的。
一般存在的情況:1)實驗室加速試驗中,鹽霧腐蝕試驗、氙燈老化試驗、紫外老化試驗一般都是相互獨立的,很少綜合鹽霧和光照條件進行加速試驗,而且鹽霧試驗也多以連續中性鹽霧條件為主;2)多數廠家主要依靠實驗室加速試驗,很少進行戶外自然腐蝕曝曬,即使開展了戶外自然腐蝕項目,也較少能夠把大氣數據與實驗室結果進行比對研究,以驗證實驗室測試是否能夠再現產品在戶外真實使用條件下的腐蝕、老化狀況。
1、幾種實驗室加速鹽霧試驗方法
1.1 連續中性鹽霧試驗
目前ASTMB117仍然是鹽霧腐蝕測試的主要標準之一,大多數企業或檢測機構仍在使用。大約從1914年開始鹽霧噴淋方法首次用于測試材料的耐腐蝕性能。1939年,中性鹽霧噴淋測試被寫入ASTMB117標準。這種傳統的鹽霧標準要求樣品,在35℃條件下連續暴露在濃度為5%的鹽霧中。幾十年來,該試驗方法一直沿用之前的測試條件,長久以來人們也認識到“鹽霧噴淋法”的測試結果與樣品戶外暴露實際的腐蝕效果相關性不好。
1.2 循環鹽霧試驗
循環腐蝕測試是一種比傳統恒態的暴露更真實的鹽霧噴淋測試。因為大部分產品實際戶外通常暴露在干濕交替環境中,模擬自然的、周期性條件,實驗室加速測試相關性會更高。研究表明,經過循環腐蝕測試后,樣品的相對腐蝕率、結構、形態和戶外的腐蝕結果很相似。因此,循環腐蝕測試比連續中性鹽霧噴淋法,更接近真實的戶外暴露。該方法在汽車行業得到廣泛應用。
循環腐蝕測試(CCT)的目標是再現戶外腐蝕環境的腐蝕類型。CCT測試把樣品暴露于一系列不同條件循環環境中。簡單的暴露循環,如Prohesion測試,是把樣品暴露在由鹽霧和干燥條件組成的循環中。更復雜的測試方法除了要求鹽霧及干燥循環外,還加入浸泡、潮濕和冷凝等循環。最初這些測試循環是通過人工操作來完成的,實驗室操作人員把樣品從鹽霧噴淋箱移到潮濕試驗箱,再移到干燥裝置等。現在,微處理器控制的測試箱可以自動完成這些測試步驟,降低了工作強度,也減少了試驗的不確定性。
1.2.1 Prohesion測試
Prohesion測試是循環鹽霧試驗的一種,二十世紀六十年代和七十年代,英國的Harrison和Timmons開發了Prohesion測試,特別適用于工業防護涂料的腐蝕性測試。具體的試驗條件如表1所示:
步驟 |
循環 |
鹽溶液濃度 |
箱體內溫度 |
第1步 |
噴霧,1小時 |
0.05%氯化鈉 |
25℃(或室溫條件下) |
和0.35%硫酸銨 |
第2步 |
干燥,1小時 |
|
35℃ |
第3步 |
重復上述步驟 |
表1 Prohesion測試的試驗條件
與連續中性鹽霧試驗相比,Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性好一些。以下圖1是一種涂料在連續中性鹽霧試驗、戶外大氣腐蝕和Prohesion測試條件下的結果。從圖1中明顯看出,Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性比連續中性鹽霧試驗與戶外大氣腐蝕的相關性好。

連續中性鹽霧試驗,500小時 戶外大氣腐蝕,4年 Prohesion測試,500小時
圖1 Prohesion測試與連續中性鹽霧試驗的比較
1.2.2 CCT-1測試
還有一些主要用于汽車腐蝕測試的循環鹽霧試驗,如CCT-1(CCT-A)。CCT-1測試同Prohesion測試一樣,也是干濕交替循環。不過,具體的測試條件不同,如鹽溶液及溶液濃度不一樣,而且CCT-1測試還多了飽和潮濕循環。CCT-1測試具體的試驗條件如表2所示:
步驟 |
循環 |
鹽溶液濃度 |
箱體內溫度及相對濕度 |
第1步 |
噴霧,4小時 |
5%氯化鈉 |
35℃ |
第2步 |
干燥,2小時 |
|
60℃ |
第3步 |
飽和潮濕,2小時 |
|
50℃,相對濕度95% |
第4步 |
重復上述步驟 |
表2 CCT-1測試的試驗條件
1.3 腐蝕+老化循環
對某些涂料來說,腐蝕循環中增加紫外線曝曬有利于提高一些產品的測試相關性。這是因為紫外線對涂料的破壞,降低了涂料對金屬底材的保護,從而使產品更易腐蝕。腐蝕+老化循環由200小時Prohesion測試和200小時QUV紫外曝曬交替進行。具體的試驗條件如表3所示:
步驟 |
循環 |
燈管類型或鹽溶液濃度 |
箱體內溫度 |
第1步 |
噴霧,1小時 |
0.05%氯化鈉 |
25℃(或室溫條件下) |
和0.35%硫酸銨 |
第2步 |
干燥,1小時 |
|
35℃ |
第3步 |
重復第1步和第2步,200小時 |
第4步 |
UV紫外光照,4小時 |
UVA-340燈管 |
60℃ |
第5步 |
冷凝,4小時 |
|
50℃ |
第6步 |
重復第4步和第5步,200小時 |
第7步 |
返回第1步 |
表3 腐蝕+老化循環試驗條件
圖1給出了Prohesion測試和連續中性鹽霧試驗與戶外大氣腐蝕之間的相關性比較,結果表明Prohesion測試與戶外大氣腐蝕之間的相關性較好。下面的圖2將比較腐蝕+老化循環測試與Prohesion測試的結果。從圖2中明顯看出,腐蝕+老化循環測試與戶外大氣腐蝕的相關性比Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性好。
Prohesion測試,2000小時
腐蝕+老化循環測試,2000小時
戶外大氣腐蝕,27個月(海邊)
圖2腐蝕+老化循環測試與Prohesion測試的比較
以上提到的腐蝕+老化循環由200小時Prohesion測試和200小時QUV紫外暴露交替進行,并且試驗從Prohesion測試開始。
ASTM D5894標準也是一個循環腐蝕+老化測試方法[6]。ASTMD5894中的測試條件由一周QUV紫外暴露和一周Prohesion測試交替進行,并且規定試驗從紫外曝曬開始。
1.4 其它循環鹽霧試驗
還有的試驗方法,除了Prohesion測試和紫外曝曬之外,還有冰凍循環,三者交替進行,如ISO20340標準中附錄A的測試程序A。具體的試驗條件如表4所示:
步驟 |
循環 |
燈管類型或鹽溶液濃度 |
箱體內溫度 |
第1步 |
UV紫外光照,4小時 |
UVA-340燈管 |
60℃ |
第2步 |
冷凝,4小時 |
|
50℃ |
第3步 |
重復第1步和第2步,72小時 |
第4步 |
噴霧,1小時 |
0.05%氯化鈉 |
25℃(或室溫條件下) |
和0.35%硫酸銨 |
第5步 |
干燥,1小時 |
|
35℃ |
第6步 |
重復第4步和第5步,72小時 |
第7步 |
冰凍,24小時 |
|
-20℃ |
第8步 |
返回第1步 |
表4 ISO 20340標準中附錄A的測試程序
2、防腐涂料腐蝕、老化測試方法的建議
本文第1部分介紹了幾種不同的實驗室加速鹽霧試驗方法,通過之前研究者的試驗結果,不難看出,對于防腐涂料,腐蝕+老化組合試驗方法是目前實驗室腐蝕測試方法中與海邊大氣暴露腐蝕相關性較好的方法。這種方法在耐腐蝕性能測試中,考慮紫外曝曬和干濕交替等因素,較好地模擬了戶外大氣腐蝕的真實情況。
另外,戶外測試是實驗室加速測試的基礎。我們在進行實驗室加速腐蝕、老化試驗的基礎上,也應結合開展戶外大氣腐蝕、老化試驗,并用以指導實驗室加速測試。
我國幅員遼闊,大氣條件復雜,單一的加速腐蝕方法不大可能很好地模擬不同邊區的腐蝕條件,建議集合多方力量,包括涂料廠家,國家腐蝕網站單位,相關領域科研單位,共同開發一些符合國情,相關性好的加速試驗方法。
3、耐鹽霧測試時間與實際防腐年限的關聯
假如耐鹽霧時間是480小時,防腐涂料的防腐年限可以多久?其實,兩者之間并無直接的對應關系。不光是鹽霧試驗,光老化、循環腐蝕試驗、耐濕熱試驗等其它人工加速老化試驗也很難有對應關系。這是因為鹽霧試驗等,都不可能完全模擬出涂層所處的實際暴露環境條件。涂層實際暴露條件非常復雜,如果試驗所模擬的條件越接近涂層實際暴露環境條件,那么兩者的相關度就會越高,試驗的結果越能代表涂層實際服役后的表現。
耐鹽霧試驗測試的數據是相對的,雖然我們無法把直接的測試數據換算成為真實環境中的耐候年限,但可以從不同批次的材料的比較中評估材料的耐腐蝕性能。例如,防腐蝕涂層體系中,可能稍稍改動,其耐鹽霧腐蝕性能是常規材料的兩倍之多。再比如,要求C4環境下,期望達到大于15年高耐久性的防護涂料體系,ISO12944標準要求,能通過720小時的鹽霧試驗和480小時水冷凝試驗。但是,這不能說明,通過了這兩項試驗的涂層體系就一定能達到C4環境下的高耐久性。另外,也不是所有防護涂料體系都必須設置鹽霧試驗來考核涂層體系的性能。用于汽油、柴油等化學品儲罐內壁的涂層體系,鹽霧試驗環境與涂層實際所處腐蝕環境條件相似性太低,涂層鹽霧試驗結果自然也實際服役的表現關聯性太低,鹽霧試驗數據沒有參考價值。
