鹽霧環(huán)境會(huì)改變產(chǎn)品的品質(zhì)，暫時(shí)或永久性的降低產(chǎn)品的性能，帶來腐蝕效應(yīng)、電氣效應(yīng)和物理效應(yīng)等不利影響。腐蝕效應(yīng)包括電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕、加速應(yīng)力腐蝕以及鹽在水中電離形成酸性或堿性溶液。電氣效應(yīng)是指鹽沉積物會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞、產(chǎn)生導(dǎo)電的覆蓋層以及絕緣材料和金屬的腐蝕。物理效應(yīng)是指機(jī)械部件或組件的活動(dòng)部分阻塞或卡死或者是由于電解作用而導(dǎo)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(duì)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(hù)層，與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。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(tài)表面變成活潑表面，容易對(duì)金屬產(chǎn)生巨大的破壞。
鹽霧試驗(yàn)就是主要利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)，通過檢測來考察產(chǎn)品的抗腐蝕性。需要進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)的產(chǎn)品主要是一些金屬產(chǎn)品，一般是金屬電鍍產(chǎn)品、或經(jīng)過鈍化的產(chǎn)品，以及油漆、涂料、防銹油等。也可以說，只要產(chǎn)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(yàn)。產(chǎn)品的鹽霧試驗(yàn)，通常需要在鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱中進(jìn)行的。
一般存在的情況：1）實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中，鹽霧腐蝕試驗(yàn)、氙燈老化試驗(yàn)、紫外老化試驗(yàn)一般都是相互獨(dú)立的，很少綜合鹽霧和光照條件進(jìn)行加速試驗(yàn)，而且鹽霧試驗(yàn)也多以連續(xù)中性鹽霧條件為主；2）多數(shù)廠家主要依靠實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)，很少進(jìn)行戶外自然腐蝕曝曬，即使開展了戶外自然腐蝕項(xiàng)目，也較少能夠把大氣數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行比對(duì)研究，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室測試是否能夠再現(xiàn)產(chǎn)品在戶外真實(shí)使用條件下的腐蝕、老化狀況。
1、幾種實(shí)驗(yàn)室加速鹽霧試驗(yàn)方法
1.1 連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)
目前ASTMB117仍然是鹽霧腐蝕測試的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，大多數(shù)企業(yè)或檢測機(jī)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)。這種傳統(tǒng)的鹽霧標(biāo)準(zhǔn)要求樣品，在35℃條件下連續(xù)暴露在濃度為5%的鹽霧中。幾十年來，該試驗(yàn)方法一直沿用之前的測試條件，長久以來人們也認(rèn)識(shí)到“鹽霧噴淋法”的測試結(jié)果與樣品戶外暴露實(shí)際的腐蝕效果相關(guān)性不好。
1.2 循環(huán)鹽霧試驗(yàn)
循環(huán)腐蝕測試是一種比傳統(tǒng)恒態(tài)的暴露更真實(shí)的鹽霧噴淋測試。因?yàn)榇蟛糠之a(chǎn)品實(shí)際戶外通常暴露在干濕交替環(huán)境中，模擬自然的、周期性條件，實(shí)驗(yàn)室加速測試相關(guān)性會(huì)更高。研究表明，經(jīng)過循環(huán)腐蝕測試后，樣品的相對(duì)腐蝕率、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和戶外的腐蝕結(jié)果很相似。因此，循環(huán)腐蝕測試比連續(xù)中性鹽霧噴淋法，更接近真實(shí)的戶外暴露。該方法在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
循環(huán)腐蝕測試（CCT）的目標(biāo)是再現(xiàn)戶外腐蝕環(huán)境的腐蝕類型。CCT測試把樣品暴露于一系列不同條件循環(huán)環(huán)境中。簡單的暴露循環(huán)，如Prohesion測試，是把樣品暴露在由鹽霧和干燥條件組成的循環(huán)中。更復(fù)雜的測試方法除了要求鹽霧及干燥循環(huán)外，還加入浸泡、潮濕和冷凝等循環(huán)。最初這些測試循環(huán)是通過人工操作來完成的，實(shí)驗(yàn)室操作人員把樣品從鹽霧噴淋箱移到潮濕試驗(yàn)箱，再移到干燥裝置等?，F(xiàn)在，微處理器控制的測試箱可以自動(dòng)完成這些測試步驟，降低了工作強(qiáng)度，也減少了試驗(yàn)的不確定性。
1.2.1 Prohesion測試
Prohesion測試是循環(huán)鹽霧試驗(yàn)的一種，二十世紀(jì)六十年代和七十年代，英國的Harrison和Timmons開發(fā)了Prohesion測試，特別適用于工業(yè)防護(hù)涂料的腐蝕性測試。具體的試驗(yàn)條件如表1所示：
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步驟 |
循環(huán) |
鹽溶液濃度 |
箱體內(nèi)溫度 |
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第1步 |
噴霧，1小時(shí) |
0.05％氯化鈉 |
25℃（或室溫條件下） |
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和0.35％硫酸銨 |
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第2步 |
干燥，1小時(shí) |
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35℃ |
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第3步 |
重復(fù)上述步驟 |
表1 Prohesion測試的試驗(yàn)條件
與連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)相比，Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關(guān)性好一些。以下圖1是一種涂料在連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)、戶外大氣腐蝕和Prohesion測試條件下的結(jié)果。從圖1中明顯看出，Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關(guān)性比連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)與戶外大氣腐蝕的相關(guān)性好。
連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)，500小時(shí) 戶外大氣腐蝕，4年 Prohesion測試，500小時(shí)
圖1 Prohesion測試與連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)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(huán)鹽霧試驗(yàn)，如CCT-1（CCT-A）。CCT-1測試同Prohesion測試一樣，也是干濕交替循環(huán)。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(huán)。CCT-1測試具體的試驗(yàn)條件如表2所示：
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步驟 |
循環(huán) |
鹽溶液濃度 |
箱體內(nèi)溫度及相對(duì)濕度 |
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第1步 |
噴霧，4小時(shí) |
5％氯化鈉 |
35℃ |
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第2步 |
干燥，2小時(shí) |
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60℃ |
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第3步 |
飽和潮濕，2小時(shí) |
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50℃，相對(duì)濕度95％ |
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第4步 |
重復(fù)上述步驟 |
表2 CCT-1測試的試驗(yàn)條件
1.3 腐蝕+老化循環(huán)
對(duì)某些涂料來說，腐蝕循環(huán)中增加紫外線曝曬有利于提高一些產(chǎn)品的測試相關(guān)性。這是因?yàn)樽贤饩€對(duì)涂料的破壞，降低了涂料對(duì)金屬底材的保護(hù)，從而使產(chǎn)品更易腐蝕。腐蝕+老化循環(huán)由200小時(shí)Prohesion測試和200小時(shí)QUV紫外曝曬交替進(jìn)行。具體的試驗(yàn)條件如表3所示：
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步驟 |
循環(huán) |
燈管類型或鹽溶液濃度 |
箱體內(nèi)溫度 |
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第1步 |
噴霧，1小時(shí) |
0.05％氯化鈉 |
25℃（或室溫條件下） |
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和0.35％硫酸銨 |
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第2步 |
干燥，1小時(shí) |
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35℃ |
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第3步 |
重復(fù)第1步和第2步，200小時(shí) |
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第4步 |
UV紫外光照，4小時(shí) |
UVA-340燈管 |
60℃ |
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第5步 |
冷凝，4小時(shí) |
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50℃ |
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第6步 |
重復(fù)第4步和第5步，200小時(shí) |
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第7步 |
返回第1步 |
表3 腐蝕+老化循環(huán)試驗(yàn)條件
圖1給出了Prohesion測試和連續(xù)中性鹽霧試驗(yàn)與戶外大氣腐蝕之間的相關(guān)性比較，結(jié)果表明Prohesion測試與戶外大氣腐蝕之間的相關(guān)性較好。下面的圖2將比較腐蝕+老化循環(huán)測試與Prohesion測試的結(jié)果。從圖2中明顯看出，腐蝕+老化循環(huán)測試與戶外大氣腐蝕的相關(guān)性比Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關(guān)性好。
Prohesion測試，2000小時(shí)
腐蝕+老化循環(huán)測試，2000小時(shí)
戶外大氣腐蝕，27個(gè)月（海邊）
圖2腐蝕+老化循環(huán)測試與Prohesion測試的比較
以上提到的腐蝕+老化循環(huán)由200小時(shí)Prohesion測試和200小時(shí)QUV紫外暴露交替進(jìn)行，并且試驗(yàn)從Prohesion測試開始。
ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)循環(huán)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(jìn)行，并且規(guī)定試驗(yàn)從紫外曝曬開始。
1.4 其它循環(huán)鹽霧試驗(yàn)
還有的試驗(yàn)方法，除了Prohesion測試和紫外曝曬之外，還有冰凍循環(huán)，三者交替進(jìn)行，如ISO20340標(biāo)準(zhǔn)中附錄A的測試程序A。具體的試驗(yàn)條件如表4所示：
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步驟 |
循環(huán) |
燈管類型或鹽溶液濃度 |
箱體內(nèi)溫度 |
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第1步 |
UV紫外光照，4小時(shí) |
UVA-340燈管 |
60℃ |
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第2步 |
冷凝，4小時(shí) |
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50℃ |
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第3步 |
重復(fù)第1步和第2步，72小時(shí) |
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第4步 |
噴霧，1小時(shí) |
0.05％氯化鈉 |
25℃（或室溫條件下） |
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和0.35％硫酸銨 |
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第5步 |
干燥，1小時(shí) |
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35℃ |
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第6步 |
重復(fù)第4步和第5步，72小時(shí) |
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第7步 |
冰凍，24小時(shí) |
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-20℃ |
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第8步 |
返回第1步 |
表4 ISO 20340標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室加速鹽霧試驗(yàn)方法，通過之前研究者的試驗(yàn)結(jié)果，不難看出，對(duì)于防腐涂料，腐蝕+老化組合試驗(yàn)方法是目前實(shí)驗(yàn)室腐蝕測試方法中與海邊大氣暴露腐蝕相關(guān)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(shí)情況。
另外，戶外測試是實(shí)驗(yàn)室加速測試的基礎(chǔ)。我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕、老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也應(yīng)結(jié)合開展戶外大氣腐蝕、老化試驗(yàn)，并用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室加速測試。
我國幅員遼闊，大氣條件復(fù)雜，單一的加速腐蝕方法不大可能很好地模擬不同邊區(qū)的腐蝕條件，建議集合多方力量，包括涂料廠家，國家腐蝕網(wǎng)站單位，相關(guān)領(lǐng)域科研單位，共同開發(fā)一些符合國情，相關(guān)性好的加速試驗(yàn)方法。
3、耐鹽霧測試時(shí)間與實(shí)際防腐年限的關(guān)聯(lián)
假如耐鹽霧時(shí)間是480小時(shí)，防腐涂料的防腐年限可以多久？其實(shí)，兩者之間并無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。不光是鹽霧試驗(yàn)，光老化、循環(huán)腐蝕試驗(yàn)、耐濕熱試驗(yàn)等其它人工加速老化試驗(yàn)也很難有對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是因?yàn)辂}霧試驗(yàn)等，都不可能完全模擬出涂層所處的實(shí)際暴露環(huán)境條件。涂層實(shí)際暴露條件非常復(fù)雜，如果試驗(yàn)所模擬的條件越接近涂層實(shí)際暴露環(huán)境條件，那么兩者的相關(guān)度就會(huì)越高，試驗(yàn)的結(jié)果越能代表涂層實(shí)際服役后的表現(xiàn)。
耐鹽霧試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)是相對(duì)的，雖然我們無法把直接的測試數(shù)據(jù)換算成為真實(shí)環(huán)境中的耐候年限，但可以從不同批次的材料的比較中評(píng)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(dòng)，其耐鹽霧腐蝕性能是常規(guī)材料的兩倍之多。再比如，要求C4環(huán)境下，期望達(dá)到大于15年高耐久性的防護(hù)涂料體系，ISO12944標(biāo)準(zhǔn)要求，能通過720小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)和480小時(shí)水冷凝試驗(yàn)。但是，這不能說明，通過了這兩項(xiàng)試驗(yàn)的涂層體系就一定能達(dá)到C4環(huán)境下的高耐久性。另外，也不是所有防護(hù)涂料體系都必須設(shè)置鹽霧試驗(yàn)來考核涂層體系的性能。用于汽油、柴油等化學(xué)品儲(chǔ)罐內(nèi)壁的涂層體系，鹽霧試驗(yàn)環(huán)境與涂層實(shí)際所處腐蝕環(huán)境條件相似性太低，涂層鹽霧試驗(yàn)結(jié)果自然也實(shí)際服役的表現(xiàn)關(guān)聯(lián)性太低，鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有參考價(jià)值。
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