防腐涂料在新興海洋工程、現代交通運輸、能源工業、大型工業企業及市政設施等領域的應用廣泛。其腐蝕、老化性能越來越受到重視。涂料防腐性能的好壞,直接影響到工程的采用壽命和安全。
防腐涂料的腐蝕、老化性能研究的歷史非常悠久,但一般存在的情況:1)實驗室快速試驗中,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,極少綜合鹽霧和光照條件展開快速試驗,而且鹽霧試驗也多以已連續中性鹽霧條件為主[1];2)多數廠家主要依靠實驗室快速試驗,極少展開戶外大自然暴曬,即使積極開展了戶外大自然暴曬項目,也較少能把大氣數據與實驗室結果展開鑒別研究,以檢驗實驗室測試是否能重現產品在戶外采用條件下的腐蝕、老化狀況。
本文列舉兩種相同的實驗室快速鹽霧試驗方法,及它們與戶外大氣腐蝕之間的相關性,并解釋腐蝕+老化女團實驗室快速試驗方法及其合理性,最后討論戶外大氣腐蝕試驗的重要性,建議積極開展戶外大氣腐蝕試驗,以檢驗實驗室方法相關性。
1、兩種實驗室快速鹽霧試驗方法
1.1 已連續中性鹽霧試驗
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采用。大約從1914年已經開始鹽霧噴淋方法首次用作測試材料的耐腐蝕性能。1939年,中性鹽霧噴淋測試被載入ASTMB117標準。這種傳統的鹽霧標準建議樣品,在35℃條件下已連續曝露在濃度為5%的鹽霧中。幾十年來,該試驗方法一直沿用以后的測試條件,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曝露實際的腐蝕效果相關性不好。
1.2 循環鹽霧試驗
循環腐蝕測試是一類比傳統恒態的曝露更隱晦的鹽霧噴淋測試。因為大部分產品實際戶外通常曝露在和暖交錯環境中,演示大自然的、周期性條件,實驗室快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,循環腐蝕測試比已連續中性鹽霧噴淋法,更接近隱晦的戶外曝露。該方法在汽車行業得到廣泛應用。
循環腐蝕測試(CCT)的目標是重現戶外腐蝕環境的銹蝕類型。CCT測試把樣品曝露于一系列相同條件循環環境中。簡單的曝露循環,如Prohesion測試,是把樣品曝露在由鹽霧和潮濕條件組成的循環中。更繁雜的測試方法除建議鹽霧及潮濕循環外,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方式來順利完成的,實驗室操作方式人員把樣品從鹽霧噴淋箱移到潮濕試驗箱,后移到潮濕裝置等。現在,微處理器控制的測試箱能自動順利完成這些測試步驟,減少了工作強度,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類,二十世紀八十年代和八十年代,英國的Harrison和Timmons開發了Prohesion測試[2, 3],特別適用作工業防護涂料的銹蝕性測試。具體內容的試驗條件如表1所示:
表1 Prohesion測試的試驗條件
與已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許多。
1.2.2 CCT-1測試
許多主要用作汽車腐蝕測試的循環鹽霧試驗,如CCT-1(CCT-A)。CCT-1測試同Prohesion測試那樣,也是和暖交錯循環。不過,具體內容的測試條件相同,如鹽溶液及溶液濃度不那樣,而且CCT-1測試還多了飽和潮濕循環。CCT-1測試具體內容的試驗條件如表2右圖:
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暴曬有利于提高許多產品的測試相關性[4,5]。這是因為紫外線對涂料的破壞,減少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紫外暴曬交錯展開。具體內容的試驗條件如表3所示:
表3 腐蝕+老化循環試驗條件
ASTM D5894標準也是一個循環腐蝕+老化測試方法[6]。ASTMD5894中的測試條件由兩周QUV紫外曝露和兩周Prohesion測試交錯展開,因此規定試驗從紫外暴曬已經開始。
1.4 其它循環鹽霧試驗
除的試驗方法,除Prohesion測試和紫外暴曬之外,除冰凍循環,三者交錯展開,如ISO20340標準中第三章A的測試程序A[7]。具體內容的試驗條件如表4所示:
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部分介紹了兩種相同的實驗室快速鹽霧試驗方法,通過以后研究者的試驗結果,不難看出,對于防腐涂料,腐蝕+老化試驗方法是目前實驗室腐蝕測試方法中與海邊大氣曝露腐蝕相關性良好的方法。這種方法在耐腐蝕性能測試中,考慮紫外暴曬和和暖交錯等因素,良好地演示了戶外大氣腐蝕的隱晦情況。
另外,戶外測試是實驗室快速測試的基礎。我們在展開實驗室快速腐蝕、老化試驗的基礎上,也應結合積極開展戶外大氣腐蝕、老化試驗,并用以指導實驗室快速測試。
我國幅員遼闊,大氣條件繁雜,單一的快速腐蝕方法不大可能很好地演示相同邊區的腐蝕條件,建議集合多方力量,包括涂料廠家,國家腐蝕實驗等相關領域科研單位,共同開發許多符合國情,相關性好的快速試驗方法。
參考文獻:
1. ASTM B117-2007 Operating salt spray(fog) apparatus
2. Cremer,N. D., “Prohesion compared to salt spray and outdoors: Cyclic methods ofaccelerated corrosion testing”, Federation of Societies for CoatingsTechnology, 1989 Paint Show.
3. Timmins,F. D., “Avoiding paint failures by prohesion”, J. Oil & Colour ChemistsAssoc., Vol.62, No.4, p.131 (1979).
4. Simpson, C. H., Ray, C. J., and Skerry,B. S., “Accelerated corrosion testing of industrial maintenance paints using acyclic corrosion weathering method”, Journal of Protective Coatings andLinings, May 1991, Volume 8, No. 5, pp. 28-36.
5. Skerry, B. S., Alavi, A., and Lindren,K. I., “Environmental and electrochemical test methods for the evaluation ofprotective organic coatings”, Journal of Coatings Technology, October 1988,Volume 60, No. 765, pp 97-106.
6. ASTM D5894 Cyclic salt Fog/UV exposureof painted metal, (alternating exposures in a Fog/dry cabinet andUV/condensation cabinet)
7. ISO 20340 Paints and varnishes -Performance requirements for protective paint systems for offshore and relatedstructures.
