探討可滿足IEEE 1138—2009標(biāo)準(zhǔn)的鹽霧試驗條件

栗 鳴， 繆春燕， 王海林

(中天日立光纜有限公司，江蘇南通226463)

0 引言

鹽霧腐蝕是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕。這里講的鹽霧是指含氯化物的大氣，其主要腐蝕成分是海洋中的氯化物鹽-氯化鈉，它主要來源于海洋和內(nèi)地鹽堿地區(qū)。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕是因其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)所引起的。同時，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，排擠并取代氯化層中的氧，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，造成對產(chǎn)品極壞的不良反應(yīng)。鹽霧腐蝕作用對輸電線路的影響及腐蝕機(jī)理見文獻(xiàn)［1-6］。

鹽霧試驗是一種利用鹽霧試驗設(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。為了驗證光纖復(fù)合架空地線(OPGW)的耐鹽霧腐蝕性，IEEE 1138—2009［7］標(biāo)準(zhǔn)較之94版新增了“鹽霧腐蝕試驗”一項。因為現(xiàn)在我國一些主流OPGW生產(chǎn)廠商已開始走向國際市場，而海外大多數(shù)客戶的技術(shù)要求中往往將IEEE 1138—2009作為OPGW的驗收標(biāo)準(zhǔn)，所以，能否通過鹽霧試驗，已成為OPGW合格與否的判據(jù)之一。但目前國內(nèi)的 OPGW 相關(guān)國標(biāo)［8］及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［9］還未將“鹽霧試驗”納入各自標(biāo)準(zhǔn)的檢驗項目?？紤]到未來國家標(biāo)準(zhǔn)勢必會與國際標(biāo)準(zhǔn)“接軌”以及國際間商業(yè)往來的需要，我們對如何滿足 IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)中對鹽霧試驗的條件要求進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上試圖建立一個能夠滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗體系。由于該試驗在國內(nèi)還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此，試驗中某些技術(shù)參數(shù)、檢驗儀器及試驗方法的選擇可能并不為大家所認(rèn)同，大家可就此進(jìn)一步討論。

1 試劑及檢測儀器的選擇

IEEE 1138—2009第6.4.3.8條中關(guān)于鹽霧試驗的過程敘述如下:將試驗纜放入一滿足ISO 9227［10］或ASTM 117［11］規(guī)定要求的標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗箱內(nèi)。纜樣品被水平放置以模擬一個標(biāo)準(zhǔn)水平懸掛的OPGW纜。鹽霧試驗的連續(xù)噴霧時間為1000 h。

在這個試驗過程描述中，IEEE 1138—2009只給出了應(yīng)遵循的三點事項:(1)試驗箱所滿足的標(biāo)準(zhǔn)要求;(2)OPGW試驗樣品的擺放方式;(3)試驗時間。而對于試驗的進(jìn)程、鹽液的配制、試驗儀器的選擇等諸多問題，兩個標(biāo)準(zhǔn)的要求不盡一致。由于這些試驗用儀器、材料都要在國內(nèi)購買，因此還要參考這些材料所滿足的國家標(biāo)準(zhǔn)。下面就來具體說明。

1.1 水

ISO 9227—2006對試驗用水的要求是在25℃ ±2℃溫度下，水的電導(dǎo)率不大于20 μS/cm。ASTM B117—2009對試驗用水的要求是滿足 ASTM D1193［12］中Ⅳ級水的要求，即25℃時水的電導(dǎo)率不大于 5.0 μS/cm。而 GB 17324—2003［13］標(biāo)準(zhǔn)中對桶裝純凈水的電導(dǎo)率要求是應(yīng)小于10 μS/cm。

經(jīng)對市售的屈臣氏桶裝蒸餾水(類屬于純凈水)測試，其電導(dǎo)率小于 5 μS/cm，同時滿足 ISO 9227及ASTM B117兩個標(biāo)準(zhǔn)，因此，將屈臣氏桶裝蒸餾水做為試驗用水。

1.2 氯化鈉

ISO 9227—2006對試驗用氯化鈉的要求是總雜質(zhì)含量不超過0.5%。ASTM B117—2009的要求不超過0.3%。國家標(biāo)準(zhǔn)中對試劑級氯化鈉的規(guī)定見表 1［14］。

表1 GB/T 1266—2006

我們選用國產(chǎn)化學(xué)純氯化鈉作為試驗用鹽。

1.3 鹽度及電導(dǎo)率測定儀

ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議采用比重計測定鹽濃度，25℃測量值為1.029～1.036。而 ASTM B117則建議使用鹽度測定儀或比重計二種方法均可。用鹽度測定儀時，18℃時測量值為4% ～6%。用比重計時，25℃測量值為1.0255～1.0400。從方便、快捷的角度出發(fā)，我們采用的是上?！袄状拧迸齐妼?dǎo)率儀，型號DDSJ-318A。該電導(dǎo)率儀帶有溫度補(bǔ)償功能，在鹽度測量時，同時連接溫度電極，儀器自動將溫度補(bǔ)償?shù)?8℃時的值。測量電導(dǎo)率時，選用電極常數(shù)1的電導(dǎo)電極;測量鹽度時，選用電極常數(shù)10的電導(dǎo)電極。

1.4 pH值

對于鹽溶液中的pH值測試，ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議采用電極測量或0.3pH單位的精密pH試紙兩種方法，ASTM B117僅建議采用電極法。我們采用的是上?！袄状拧迸苝H計，型號PHB-4。該pH計是一臺由單片機(jī)控制，具有溫度及pH雙顯示及緩沖溶液自動識別的3位數(shù)字顯示的pH計。使用前必須進(jìn)行溫度設(shè)置及pH標(biāo)定。

1.5 參比試驗用試樣

為了驗證鹽霧試驗箱的試驗環(huán)境是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)先進(jìn)行“腐蝕環(huán)境評估”(Evaluation of corrosion condition)，國內(nèi)一般把它俗稱為“參比試驗”，我們在此也使用這個名稱。將4～6塊(ASTM B117:至少2塊)參比試樣(低碳鋼片)放入試驗箱內(nèi)做參比試驗，如果在規(guī)定的時間內(nèi)參比試樣的失重速率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則可認(rèn)為此鹽霧試驗箱的鹽霧環(huán)境滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。參比試驗一般每三個月做一次。ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議參比試樣為ISO 3574—1999［15］中 CR4 級鋼片。ASTM B117—2009 標(biāo)準(zhǔn)中建議參比試樣的牌號為 SAE 1008。經(jīng)查 GB/T 5213—2008［16］附錄 B 表 B.1 可知:ISO 3574 中的CR4號鋼相當(dāng)于 GB/T 5213—2008中的 DC05號鋼。

2 試驗條件和試驗記錄

2.1 鹽溶液的配制

ASTM B117第8.2條對鹽溶液的配制有著較清晰的描述。我們的配制過程大體如下:每次將20 L蒸餾水倒入一塑料桶內(nèi)，對水的電導(dǎo)率及pH值進(jìn)行測試，如果指標(biāo)滿足要求，則用“熱的快”將蒸餾水加熱到約70℃以上使水中的CO2蒸發(fā)，把稱量好所需的化學(xué)純氯化鈉倒入桶內(nèi)攪拌直到其完全溶化，并把此溶液pH調(diào)整到6.5～7.2范圍內(nèi)。需要指出的是，ISO 9227規(guī)定的鹽的濃度為50 g/L±5 g/L，而ASTM B117規(guī)定的鹽的重量百分濃度為4% ～6%，兩者之間不是完全相同。因此，在溶液配制時，將重量濃度盡可能地配制在5%左右就可滿足兩個標(biāo)準(zhǔn)了。由于不同產(chǎn)地的氯化鈉的pH值略有差異，因此還要對鹽溶液的pH值再次進(jìn)行測試。我們使用的某品牌氯化鈉，加入后溶液的pH值會有少量下降，即溶液呈弱酸性，依據(jù)ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需加微量NaOH溶液中和(攪拌棒在NaOH溶液里蘸一下然后在鹽溶液中攪動均勻即可)使其pH值上升至6.5～7.2。

2.2 鹽霧試驗箱工作原理

圖1 為鹽霧試驗箱工作原理圖。外部壓縮空氣經(jīng)供氣管道進(jìn)入飽和桶預(yù)熱，這個預(yù)熱過程是為了避免壓縮空氣在鹽霧室膨脹吸熱引起鹽霧室溫度波動。預(yù)熱后的壓縮空氣流經(jīng)鹽液噴嘴時產(chǎn)生負(fù)壓，將鹽液“吸出”，在這里，壓縮空氣和鹽液混合成“鹽霧”，霧化后噴出噴霧塔。

圖1 鹽霧試驗箱

2.3 試驗記錄內(nèi)容

ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中第12.2條列出了試驗時每天的記錄項目，包括:試驗溫度、收集液體積、試驗溶液和收集液的pH值、收集液鹽濃度。ASTM B117規(guī)定每天的記錄項(第15.1.1～15.1.5)與此大致相同(參見下文4.3)。

3 收集液鹽濃度

3.1 關(guān)于收集液鹽濃度

試驗所用的鹽霧試驗箱為國內(nèi)某廠生產(chǎn)，產(chǎn)品滿足鹽霧試驗箱國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10587—2006［17］，原來一直用于電子產(chǎn)品的耐鹽霧環(huán)境試驗。試驗時在鹽霧室四個角放置4塊參比試樣，96 h后取出參比試樣，清洗干燥后稱量并計算其失重，結(jié)果分別為125 g/m2、128 g/m2、135 g/m2和 123 g/m2，滿足 GB 10125—1997每塊參比試樣的質(zhì)量損失在140 g/m2±40 g/m2的要求。試驗時所記錄的項目按照Kinectrics試驗室鹽霧試驗的記錄表格格式逐一填寫。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除收集液濃度不滿足要求外(僅為2% ～3%)，其余各項均符合ISO 9227和ASTM B117對鹽霧試驗的指標(biāo)要求。這就是說，盡管參比試驗的結(jié)果表明試驗箱的鹽霧腐蝕環(huán)境能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但收集液的濃度卻不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

ISO 9227—2006在第8.1條表2、ASTM B117—2009在第10.2條均規(guī)定了收集液的濃度及pH值必須與其所配鹽溶液的各項指標(biāo)保持一致。我們對試驗程序反復(fù)驗證無誤后，再向原生產(chǎn)廠家以及多家大型鹽霧試驗箱生產(chǎn)廠商咨詢，得到的回答是:鹽霧試驗機(jī)生產(chǎn)廠商既不檢測收集液鹽濃度，也達(dá)不到5%的要求。

表2 鹽霧試驗箱出廠驗收項目

表3 要求檢測收集液鹽濃度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及條款

通過對比表2、表3可知:在我國，鹽霧試驗的方法與鹽霧試驗箱的生產(chǎn)采用的是不同的標(biāo)準(zhǔn)。依照標(biāo)準(zhǔn)要求，鹽霧試驗箱出廠時對收集液鹽濃度并不檢測。由于出廠時不檢測收集液鹽濃度，所以一個滿足國標(biāo)的鹽霧試驗箱可能并不適合于參照某些鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧腐蝕試驗。即如果我們用國產(chǎn)鹽霧試驗箱來進(jìn)行IEEE 1138—2009鹽霧試驗的話，收集液鹽濃度將不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)進(jìn)一步了解，國外某些公司生產(chǎn)的鹽霧試驗箱可以滿足ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)對收集液鹽濃度的要求，但價格是相同容積國產(chǎn)機(jī)的10～20倍。

3.2 溶液中氧含量與腐蝕速度的關(guān)系

鹽霧試驗箱鹽霧室各條件如試驗溫濕度、鹽霧沉降率、樣品放置角度、pH值、鹽溶液的濃度等都會對試樣的鹽霧腐蝕速度產(chǎn)生影響［20、21］。一般認(rèn)為，提高氯化鈉溶液的濃度對提高腐蝕速度有利。但實踐證明，濃度在5%以下時，鋼、鎳、黃銅的腐蝕速度隨濃度的增加而增加;當(dāng)濃度大于5% 時，這些金屬的腐蝕速度隨著濃度的增加而下降。這是因為鹽溶液里的氧含量與鹽的濃度有關(guān)，在低濃度范圍內(nèi)，氧含量隨鹽濃度的增加而增加;但是當(dāng)鹽濃度增加到5%時，氧含量達(dá)到相對的飽和，如果鹽濃度繼續(xù)增加，氧含量則相應(yīng)下降。氧含量下降，氧的去極化能力也下降，即腐蝕作用減弱，因此腐蝕降低?；谝陨显?，各鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)中均將鹽霧試驗中的鹽溶液濃度定為5%。

3.3 收集液濃度的重要性

鹽霧試驗是一種實驗室加速腐蝕實驗，因此其實驗條件的選擇，一方面是起加速作用，另一方面又要保證所采用的實驗條件是供環(huán)境實驗的基本標(biāo)準(zhǔn)，即保證實驗結(jié)果的重現(xiàn)性。所謂重現(xiàn)性是指用同一方法，相同的實驗樣品而在不同的實驗條件下(不同的操作者、不同的實驗室、不同的設(shè)備)得到的結(jié)果的一致性。只有這樣，才能對各種產(chǎn)品實驗進(jìn)行比較和評價。保證實驗重現(xiàn)性的主要條件就是要保證試驗中各參數(shù)的一致性。

ASTM B117第10.2條注11關(guān)于收集液鹽濃度有這樣的注釋:盡管為了統(tǒng)一起見將鹽濃度設(shè)定為4% ～6%，但2% ～6%的鹽濃度將得到同樣的(實驗)結(jié)果。意思是說，收集液的鹽濃度在2% ～6%都可以，不影響實驗結(jié)果，只是為了統(tǒng)一起見才將之規(guī)定在4%～6%的范圍。我們對此的理解為，如果不按標(biāo)準(zhǔn)對收集液鹽濃度進(jìn)行要求的話，就很難保證實驗結(jié)果的重現(xiàn)性，可能會使委托方和檢測方或者是供貨商和采購商之間對實驗結(jié)果產(chǎn)生分歧。一旦由于鹽霧試驗不能通過，則該批次OPGW將面臨被判不合格的風(fēng)險。

4 鹽霧試驗機(jī)改造

根據(jù)我們的試驗結(jié)果以及向許多鹽霧試驗機(jī)生產(chǎn)廠商了解，國產(chǎn)鹽霧試驗機(jī)均不能滿足 IEEE 1138—2009 OPGW試驗標(biāo)準(zhǔn)中對收集液鹽濃度4%～6%的要求，因此必須對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

4.1 飽和桶的改造

采取一定的措施，抑制壓縮空氣從飽和桶中帶出過量的水汽，使得飽和桶中的水分消耗減少。這樣處理后從源頭上控制了水分過多導(dǎo)致收集液濃度下降。

4.2 鹽霧室的改造

通過采取隔套加熱再補(bǔ)償部分水氣的方法，減少了原來結(jié)構(gòu)的水氣蒸發(fā)量，避免噴霧塔噴出的鹽霧被過分稀釋。

4.3 連續(xù)5天的試驗記錄對比

表4為加拿大著名的Kinectrics試驗室鹽霧試驗的記錄。表5為本公司實驗室改造后的實驗記錄。

由表4、表5中數(shù)據(jù)對比可知，改造后的鹽霧試驗箱各項性能指標(biāo)已基本與加拿大Kinectrics試驗室記錄數(shù)據(jù)一致，完全滿足ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 加拿大Kinectrics試驗室試驗記錄

表5 中天日立光纜公司實驗室實驗記錄

5 結(jié)束語

(1)IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)較之94版新增了“鹽霧腐蝕試驗”。根據(jù)該試驗標(biāo)準(zhǔn)中所參考的兩個鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)ISO 9227或ASTM B117，結(jié)合我國的鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)，嘗試建立一套試驗體系。在檢測儀器、鹽液配制、鹽霧試驗箱的選擇等方面，盡可能地滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)由于我國的鹽霧試驗箱制造驗收標(biāo)準(zhǔn)與鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，市售的鹽霧試驗箱收集液鹽濃度不能滿足鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)所要求的4%～6%。為了使鹽霧試驗具有重現(xiàn)性和可比性，必須保證鹽霧試驗條件滿足標(biāo)準(zhǔn)的各項要求，其中也包括收集液鹽濃度。

(3)改造后的鹽霧試驗箱收集液鹽濃度滿足了ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)對收集液鹽濃度的要求，滿足了IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)中鹽霧試驗的試驗條件要求。

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