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本文通過(guò)使用基于電阻探針的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)循環(huán)鹽霧腐蝕試驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，研究了循環(huán)鹽霧試驗(yàn)的腐蝕過(guò)程，論證了該腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在循環(huán)鹽霧腐蝕試驗(yàn)中應(yīng)用的可行性，并通過(guò)與傳統(tǒng)金屬掛片的對(duì)比結(jié)果，論述了該腐蝕監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)。

 

循環(huán)鹽霧試驗(yàn)分為多個(gè)過(guò)程，模擬實(shí)際環(huán)境中的濕熱、干熱等極端氣候情況，特別是在水分蒸發(fā)、鹽沉積的試驗(yàn)階段，干燥的樣品表面上鹽溶液濃度較高，會(huì)導(dǎo)致覆蓋層表面腐蝕速率加快。除此之外，樣品由濕變干的過(guò)程中由于其表面與氧氣接觸充分，也直接加速了腐蝕反應(yīng)。但是，由于循環(huán)鹽霧試驗(yàn)每個(gè)周期各個(gè)階段的腐蝕情況是變化的，使用一般的手段難以監(jiān)測(cè)其整個(gè)的變化情況。因此，標(biāo)準(zhǔn)中只能通過(guò)用標(biāo)準(zhǔn)件（一般為鋼板，也有用鋅板）間接計(jì)算腐蝕深度，從而判定整個(gè)循環(huán)過(guò)程是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。此方法操作復(fù)雜，需要將標(biāo)準(zhǔn)件清洗腐蝕物質(zhì)后進(jìn)行稱(chēng)重。而且只能測(cè)量一段時(shí)間里的平均腐蝕速率，不能反映腐蝕過(guò)程的變化情況。

 

因此，本文通過(guò)使用基于電阻探針的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，間接反映試驗(yàn)過(guò)程中腐蝕環(huán)境的變化，從而對(duì)循環(huán)鹽霧試驗(yàn)的腐蝕過(guò)程進(jìn)行研究，并考慮通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備的方式，對(duì)循環(huán)鹽霧試驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行更為精確的控制。

 

腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理

 

本文的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是電阻探針的原理，通過(guò)監(jiān)測(cè)鋼制電阻絲的電阻變化，反映其腐蝕深度，從而間接反映試驗(yàn)過(guò)程的腐蝕環(huán)境變化。其具體原理如下。

根據(jù)金屬電阻的公式，對(duì)于圓柱形的電阻絲，有

式中：

ρ—金屬的電阻率；

L—電阻絲的長(zhǎng)度；

S—電阻絲的截面積；

D—電阻絲的直徑。

 

在腐蝕的作用下金屬電阻絲表層的金屬被氧化生成金屬的氧化物。對(duì)于鋼絲來(lái)說(shuō)，其氧化物與金屬的電阻率相差3個(gè)數(shù)量級(jí)，故可忽略金屬氧化物部分的導(dǎo)電性能。故表層金屬被氧化后，金屬絲的電阻可以公式（2）等價(jià)估算。

式中：

D0—電阻絲原始直徑；

Dt—直徑方向的腐蝕深度。

 

因此，通過(guò)測(cè)量在腐蝕環(huán)境中的金屬絲的電阻變化，可以推算其腐蝕的深度。由于金屬的電阻率會(huì)隨著溫度而變化，為了去除此影響，系統(tǒng)采用了與金屬探針相同的參比電阻絲，并良好封裝，使得此參比電阻不受腐蝕的影響，但與金屬探針處于相同的溫度。則有

式中：

Dt—t時(shí)刻直徑方向的腐蝕深度；

Dc—為參比電阻的直徑（也等于金屬探針的原始直徑D0）；

Rt、Rc—t時(shí)刻金屬探針和參比電阻絲的電阻值。

對(duì)于兩個(gè)時(shí)刻t1和t2，則有此期間的腐蝕速率的估算公式

式中：

t1和t2—時(shí)刻；

Dt1和Dt2—分別為兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的金屬探針腐蝕深度。

 

因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)電阻絲的電阻變化，應(yīng)用估算公式計(jì)算其直徑方向的腐蝕深度，則可以間接反映試驗(yàn)過(guò)程的腐蝕環(huán)境變化情況。過(guò)程中對(duì)電阻值的測(cè)量頻率越高，得到的數(shù)據(jù)越精細(xì)，但考慮到電場(chǎng)對(duì)金屬腐蝕也有一定的影響，結(jié)合試驗(yàn)腐蝕強(qiáng)度以及金屬腐蝕過(guò)程的綜合考慮，本文中采用每小時(shí)測(cè)試一組數(shù)據(jù)的方式，記錄試驗(yàn)過(guò)程的腐蝕環(huán)境變化。

 

試驗(yàn)過(guò)程

 

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)采用通用汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872：包括室溫儲(chǔ)存（25±3℃，45±10%RH）、潮濕（含鹽霧噴淋，49±2℃，～100%RH）和干燥儲(chǔ)存（60±2℃，≤30%RH）三個(gè)階段。其中鹽溶液為復(fù)合鹽溶液，成份的質(zhì)量百分比分別為：0.9%NaCl，0.1%CaCl，0.075%NaHCO3。

 

試驗(yàn)在箱內(nèi)放置兩個(gè)同樣的腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器。傳感器除了有鋼制金屬絲作為電阻探針測(cè)試其腐蝕環(huán)境外，還同時(shí)配備了溫濕度傳感器，測(cè)試傳感器周?chē)諝獾臏貪穸茸兓闆r。試驗(yàn)過(guò)程中，每1h進(jìn)行一組測(cè)試，反饋該時(shí)刻的金屬探針以及參比電阻絲的電阻Rt、Rc以及該時(shí)刻的溫度以及相對(duì)濕度值。

 

除腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，還進(jìn)行的碳鋼金屬掛片的比對(duì)。為了進(jìn)行同一材料的比對(duì)，本文中的比對(duì)金屬掛片樣品選用與腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中電阻探針同一材料的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，切割成尺寸為140mm×100mm×2 mm的試樣（含Φ10mm的安裝掛孔），實(shí)驗(yàn)前用丙酮除油，水砂紙打磨至600#。腐蝕試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16545-2015《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》的規(guī)定，采用20%的檸檬酸銨溶液清洗表面殘留鐵銹，得到除銹后的鋼板。

 

通過(guò)試驗(yàn)前后對(duì)同一鋼板使用電子天平進(jìn)行重量稱(chēng)量，可以開(kāi)展不同周期試驗(yàn)后的對(duì)應(yīng)碳鋼金屬掛片的重量損失計(jì)算。最后將不同周期的重量損失結(jié)果，折合計(jì)算為每周期對(duì)應(yīng)的平均腐蝕深度（μm）進(jìn)行分析。

 

試驗(yàn)結(jié)果與討論

 

01.腐蝕過(guò)程的腐蝕速率變化情況

腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器在循環(huán)腐蝕試驗(yàn)每個(gè)循環(huán)周期的腐蝕速率變化情況如下圖1。從圖中可見(jiàn)。除了循環(huán)1的初期腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)偏低以外，此后每個(gè)循環(huán)的腐蝕速率變化情況基本一致?？梢?jiàn)，腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器可以完整展現(xiàn)每個(gè)周期的腐蝕發(fā)展過(guò)程。

圖1 腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備各個(gè)循環(huán)的腐蝕速率變化情況

 

02.腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器與鋼板掛件的對(duì)比結(jié)果

在循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的過(guò)程中，還同期進(jìn)行的碳鋼金屬掛片的比對(duì)。金屬掛片樣板的在第1、第2、第4、第5周期分別取出，計(jì)算腐蝕量的發(fā)展過(guò)程，腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備則直接采用數(shù)據(jù)累計(jì)的方式得到對(duì)應(yīng)的1周期、2周期、3周期、4周期、4周期的對(duì)應(yīng)腐蝕量，結(jié)果如圖2所示。

 

圖2 腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備與鋼板掛片的腐蝕量對(duì)比

 

從上圖可見(jiàn)：兩組設(shè)備的1-5個(gè)周期的腐蝕量，基本呈現(xiàn)線形分布的狀態(tài)，而且兩組數(shù)據(jù)之間的差別變化發(fā)展規(guī)律可循。而鋼板掛片的數(shù)據(jù)中，第一周期的數(shù)據(jù)有明顯的異常，而且其他數(shù)據(jù)的線性關(guān)系也并不佳，這是由于鋼板每一片的狀態(tài)各有差異，而且放置位置也略有不同所致。因此，相對(duì)與金屬腐蝕板材的掛片而言，腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)于需要多次監(jiān)控的腐蝕環(huán)境，具有更佳的腐蝕量記錄的效果。而且可以較好的避免單組數(shù)據(jù)的誤差。

 

結(jié)  論

 

本文通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備研究了汽車(chē)常用的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的腐蝕過(guò)程，并通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備與鋼板掛片各個(gè)循環(huán)周期的腐蝕對(duì)比結(jié)果，得到了以下結(jié)論：

1）腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備在循環(huán)腐蝕試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用具有一定的可行性；

2）相對(duì)與傳統(tǒng)鋼板掛片，腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備可以避免不同鋼板掛片之間的差異性的影響，有更好的一致性結(jié)果。

 

在循環(huán)腐蝕的過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)每時(shí)間段的腐蝕速率，不但可以得到要求的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的探針的腐蝕深度，對(duì)于循環(huán)鹽霧試驗(yàn)還能比較各個(gè)周期的腐蝕速率變化過(guò)程，對(duì)于腐蝕過(guò)程需要更為精準(zhǔn)的控制的模擬試驗(yàn)，基于電阻探針的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用有更大的發(fā)展空間。