鋼絞線試驗(yàn)室模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法研究

李正健　于佳

摘 要：大氣暴露試驗(yàn)周期長(zhǎng)、影響因素多，所以研究模擬自然環(huán)境的試驗(yàn)室加速腐蝕的試驗(yàn)方法，通過(guò)研究試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)鋼絞線大氣腐蝕行為是一個(gè)非常有價(jià)值的研究方向。圍繞這個(gè)研究主題，該文主要研究模擬鋼絞線自然環(huán)境的試驗(yàn)室加速腐蝕的試驗(yàn)方法，通過(guò)研究試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)鋼絞線大氣腐蝕行為。介紹試驗(yàn)方法，并分析試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用圖表法將試驗(yàn)鋼絞線的腐蝕速率與戶外大氣暴露腐蝕數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)價(jià)試驗(yàn)與大氣環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：大氣腐蝕 試驗(yàn)室環(huán)境腐蝕試驗(yàn) 相關(guān)性 評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0110-03

試驗(yàn)室加速試驗(yàn)?zāi)茉诙虝r(shí)間內(nèi)獲得金屬的腐蝕規(guī)律，因此研究出能夠較為準(zhǔn)確地模擬自然環(huán)境的試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)，模擬出金屬在自然環(huán)境下的腐蝕行為，在短期內(nèi)得到與大氣暴露試驗(yàn)相關(guān)性良好的金屬腐蝕失效規(guī)律，成為大氣腐蝕研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。近些年來(lái)，模擬大氣腐蝕的試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)方法向著多因子復(fù)合的方向發(fā)展，更加準(zhǔn)確地模擬金屬的自然服役環(huán)境，提高試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)與大氣暴露試驗(yàn)的相關(guān)性是亟需研究的重點(diǎn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)條件

按照《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》（GB/T10125-2012）的要求，利用中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）進(jìn)行試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)。多功能環(huán)境試驗(yàn)箱有關(guān)參數(shù)為：

ZHS-030型多功能環(huán)境試驗(yàn)箱。

噴霧方式：12 h鹽霧/12 h紫外線光照。

溫度：中性環(huán)境：-10 ℃～44 ℃（24 h周期循環(huán)）。

酸性環(huán)境：-6 ℃～48 ℃（24 h周期循環(huán)）。

80 cm2的水平面積的平均沉降率：1.5 mL/h±0.5 mL/h。

pH值（收集溶液）：中性環(huán)境：6.5～7.2。

酸性環(huán)境：3.1～3.3

1.1.1 中性鹽溶液

根據(jù)我國(guó)大氣腐蝕試驗(yàn)站萬(wàn)寧站8～12年的大氣腐蝕數(shù)據(jù)及《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》（GB/T10125-2012）的要求，進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）。

海洋中性鹽霧溶液配比如下：

（NH4）2SO4：5.87 g/L；

NaCl：50 g/L；

NaHSO3：12.1 g/L；

NaNO3：2.7 g/L。

將各試劑用純凈水配置成pH6.5～7.2的試驗(yàn)溶液（用NaOH調(diào)節(jié)pH值）。

1.1.2 酸性鹽溶液

根據(jù)重慶地區(qū)年均酸雨化學(xué)組成，見(jiàn)表1，選取最主要的腐蝕離子SO42-、Cl-、NO3-、NH4+作為主要組成離子，配制80倍酸雨濃度的試驗(yàn)酸雨環(huán)境鹽霧。

酸雨環(huán)境鹽霧溶液配比如下：

（NH4）2SO4：815.5 mg/L；

NaCl：152.9 mg/L；

NaHSO3：986.0 mg/L；

NaNO3：394.8 mg/L。

將各試劑用純凈水配置成pH3.1～3.3的試驗(yàn)溶液（用醋酸調(diào)節(jié)pH值）。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）每個(gè)試驗(yàn)箱各放入4根約20 cm長(zhǎng)度鍍鋅鋼絞線進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）配制溶液，調(diào)定試驗(yàn)箱的溫度，紫外線，噴霧沉降量等參數(shù)，進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。試驗(yàn)箱程序設(shè)定為24 h一周期，前12 h為鹽霧試驗(yàn)，后12 h停止噴霧，開(kāi)啟紫外線。溫度12 h為一循環(huán)，一周期循環(huán)2次。

（3）視腐蝕情況每隔一段時(shí)間取出一根鍍鋅鋼絞線，用金屬除銹液浸泡除銹，無(wú)水乙醇漂洗，干燥24 h后稱重，計(jì)算腐蝕量。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)鍍鋅鋼絞線腐蝕規(guī)律

鍍鋅鋼絞線腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，試驗(yàn)腐蝕失重隨時(shí)間的變化規(guī)律見(jiàn)圖1。將鍍鋅鋼絞線試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)不同時(shí)間的失重結(jié)果進(jìn)行回歸分析。

由圖1可知，試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)中酸性環(huán)境和海洋性環(huán)境下鍍鋅鋼絞線的腐蝕深度與時(shí)間符合線性關(guān)系，說(shuō)明鍍鋅試樣腐蝕產(chǎn)物不具有保護(hù)性，相關(guān)系數(shù)在0.9以上，相關(guān)性良好。海洋性腐蝕環(huán)境中鍍鋅鋼絞線腐蝕速率比酸性腐蝕環(huán)境中較大，但酸性環(huán)境腐蝕線性方程斜率較大。

2.2 大氣腐蝕環(huán)境中鍍鋅鋼絞線腐蝕規(guī)律

我國(guó)“九五”基金重大項(xiàng)目“材料在我國(guó)自然環(huán)境中腐蝕數(shù)據(jù)積累及規(guī)律性研究”運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)鍍鋅和噴鋅大氣曝露腐蝕結(jié)果和大氣環(huán)境影響因子進(jìn)行多元線性回歸，發(fā)現(xiàn)其大氣暴露環(huán)境下生成的腐蝕產(chǎn)物為ZnSO4（OH）6·5H2O和少量的Zn5Cl（OH）8·H2O及Zn4Cl（OH）4SO4·5H2O。這些腐蝕產(chǎn)物基本上不具保護(hù)性能，因此，熱噴鋅和鍍鋅在大氣環(huán)境中的腐蝕速度與曝露時(shí)間之間基本上符合線性關(guān)系。

王紹明等研究了鋅及覆蓋層的戶外大氣腐蝕行為，給出了鍍鋅在江津（酸性環(huán)境）和廣州（海洋環(huán)境）地區(qū)大氣暴露腐蝕深度與暴露時(shí)間的關(guān)系（圖2），均呈線性關(guān)系，表明這些腐蝕產(chǎn)物不具有保護(hù)性，腐蝕數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由圖2可知，大氣腐蝕環(huán)境中酸性環(huán)境和海洋性環(huán)境下鍍鋅鋼絞線的腐蝕深度與時(shí)間符合線性關(guān)系，說(shuō)明鍍鋅試樣腐蝕產(chǎn)物不具有保護(hù)性，相關(guān)系數(shù)在0.9以上，相關(guān)性良好。酸性腐蝕環(huán)境中鍍鋅鋼絞線腐蝕速率比海洋性腐蝕環(huán)境中較大，但酸性環(huán)境腐蝕線性方程斜率較大。比較圖1和圖2可知：試驗(yàn)室和大氣環(huán)境中鍍鋅的腐蝕深度與暴露（試驗(yàn)）時(shí)間均呈線性關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)中放入的無(wú)應(yīng)力鋼絞線，用失重法計(jì)算得出腐蝕量，對(duì)不同試驗(yàn)周期的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，腐蝕深度與時(shí)間關(guān)系都符合線性方程，相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，相關(guān)性良好。這與大氣腐蝕試驗(yàn)站的腐蝕數(shù)據(jù)相一致。

可以認(rèn)為：酸性環(huán)境和中性環(huán)境的多因子循環(huán)復(fù)合加速試驗(yàn)?zāi)茌^好地模擬鋼絞線在典型大氣中的腐蝕行為。

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