淺析循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872—2013的應(yīng)用

摘 要：循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872—2013描述了評(píng)估零部件和總成件的加速實(shí)驗(yàn)室耐腐蝕性測(cè)試的方法，試驗(yàn)程序提供了循環(huán)條件（鹽溶液、各種溫度、濕度和周圍環(huán)境）的組合，以加速金屬腐蝕。該程序可有效評(píng)估各種腐蝕機(jī)制，如一般腐蝕、電鍍腐蝕、縫隙腐蝕等，可單獨(dú)調(diào)整試驗(yàn)曝露/環(huán)境條件，以達(dá)到任何所需的腐蝕曝露水平?，F(xiàn)針對(duì)GMW 14872—2013實(shí)施過程，從試驗(yàn)條件設(shè)置實(shí)施中遇到的難點(diǎn)、復(fù)合鹽霧在試驗(yàn)過程中應(yīng)用遇到的問題以及腐蝕片在試驗(yàn)中的應(yīng)用這3個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行分析，從而更好地實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的復(fù)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：腐蝕片;功能性;外觀性

0? ? 引言

GMW 14872—2013循環(huán)腐蝕測(cè)試方法包括1%（近似值）的復(fù)合鹽霧在高溫、高濕和高溫干燥下的共同應(yīng)用。一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)等于24 h，一個(gè)測(cè)試周期1天完成，測(cè)試曝露是根據(jù)目標(biāo)試片質(zhì)量損失量來描述的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中提供的產(chǎn)品安裝位置以及壽命要求，測(cè)試必須按照滿足試片質(zhì)量損失所需循環(huán)次數(shù)來執(zhí)行。它不同于ASTM B117的連續(xù)噴霧針對(duì)產(chǎn)品耐腐蝕壽命的考察，更貼近測(cè)試樣品在大自然條件下耐腐蝕壽命的考察模式，作為整車、零部件、總成件的通用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用很廣泛，因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)應(yīng)用更值得研究。

本文以底盤件控制臂的測(cè)試為例，對(duì)試驗(yàn)過程中遇到的3個(gè)方面的問題進(jìn)行簡單分析，一個(gè)測(cè)試周期在環(huán)境階段噴4次鹽霧，外觀性檢查進(jìn)行6個(gè)循環(huán)周期，功能性檢查進(jìn)行63個(gè)循環(huán)周期，腐蝕片的腐蝕量如下：6個(gè)測(cè)試周期時(shí)，腐蝕量為（0.84±0.14）g;63個(gè)測(cè)試周期時(shí)，腐蝕量為（9.47±0.38）g。

1? ? 試驗(yàn)條件設(shè)置實(shí)施中遇到的問題

1.1? ? 噴鹽霧后30 min內(nèi)從100%RH降濕至45%RH

一個(gè)測(cè)試循環(huán)由3個(gè)測(cè)試階段組成：

（1）第一階段：環(huán)境階段。溫度為（25±3）℃;相對(duì)濕度為（45±10）%RH;持續(xù)時(shí)間約8 h。

（2）第二階段：高濕階段。溫度為（49±2）℃;相對(duì)濕度約100%RH;持續(xù)時(shí)間約8 h。

（3）第三階段：高溫階段。溫度為（60±2）℃;相對(duì)濕度≤30%RH;持續(xù)時(shí)間約8 h。

在第一階段，最難實(shí)現(xiàn)的就是噴鹽霧完成后迅速降濕。大多數(shù)箱體實(shí)現(xiàn)情況如圖1所示，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，噴淋后產(chǎn)品曝露恒溫恒濕至少1.5 h，不被客戶認(rèn)可。

解決方案：

（1）控制箱體周圍的空氣溫度、濕度。為達(dá)到這個(gè)要求，配備2臺(tái)空調(diào)，相對(duì)而放，實(shí)現(xiàn)更好的對(duì)流，配備2臺(tái)除濕機(jī)，保證箱體周圍空氣溫度在（25±3）℃、濕度在（45±10）%RH范圍之內(nèi)，保證箱體內(nèi)高濕空氣與箱外對(duì)流，箱體內(nèi)空氣濕度快速降低。這個(gè)方法縮短了降濕時(shí)間，但是仍然達(dá)不到30 min內(nèi)降到45%RH的要求。

（2）研究箱體的功能并進(jìn)行試驗(yàn)，在噴鹽霧完成后，在滿足方法（1）的基礎(chǔ)上，增加開箱2 min這個(gè)程序，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試程序環(huán)境條件設(shè)置如表1所示，測(cè)試后溫濕度曲線如圖2所示。

1.2? ? 噴鹽霧的噴頭問題

在環(huán)境階段，噴復(fù)合鹽霧采用濕噴淋法，溶液應(yīng)以霧化霧的形式噴灑，并應(yīng)足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚，樣件和試片所有區(qū)域應(yīng)徹底濕潤。在這個(gè)過程中一般會(huì)遇到以下兩個(gè)問題：

（1）如何確定樣件和試片是否徹底濕潤，以及復(fù)合鹽霧噴射量足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚。針對(duì)這個(gè)問題，特意對(duì)箱體短期開箱進(jìn)行驗(yàn)證，后期在箱體多方位放置攝像頭，觀察噴頭情況。最初噴頭采用60°角，噴灑的扇形區(qū)域沒辦法覆蓋所有區(qū)域，箱體最內(nèi)側(cè)可以潤濕，但不能把先前留在樣品上的鹽沖洗掉，6個(gè)周期后表面仍有鹽積聚，這樣就難以判斷產(chǎn)品是形成了白銹還是鹽漬，對(duì)于判斷產(chǎn)品合格與否造成了困難。為此，我公司和廠商一起多次試驗(yàn)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)噴頭45°時(shí)可把箱體內(nèi)產(chǎn)品徹底潤濕，并且足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚。后來把噴頭換成了可固定角度的產(chǎn)品，避免了在試驗(yàn)過程中噴灑角度有所變化。

（2）在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，同一箱體、同一位置，腐蝕片存在腐蝕量偏差過大的現(xiàn)象，查找原因后發(fā)現(xiàn)是噴頭被腐蝕鹽顆粒堵住了。經(jīng)過長期觀察，基本5天左右，噴頭不清洗，腐蝕量就會(huì)偏差過大（一般情況下都是腐蝕量偏小），這樣不光要延長測(cè)試時(shí)間，測(cè)試費(fèi)用也會(huì)增加。主要可從以下兩個(gè)方面解決這個(gè)問題：

1）增加噴頭清洗頻次，將清洗噴頭的頻率基本定為3天一次，主要用高壓水槍清洗，并用超聲波清潔10 min。

2）更換新噴頭，設(shè)備廠商可依據(jù)客戶需求定制噴頭，把噴頭直徑改大0.2 mm，這樣的話，基本10天清洗一次，腐蝕量即可符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2? ? 復(fù)合鹽霧在試驗(yàn)過程中應(yīng)用遇到的問題

試驗(yàn)所用復(fù)合鹽霧是由氯化鈉（NaCl，0.9%）、氯化鈣（CaCl2，0.1%）、碳酸氫鈉（NaHCO3，0.075%）組成。試驗(yàn)過程中溶液箱體中出現(xiàn)了沉淀物，很多客戶也遇到過此類現(xiàn)象，對(duì)于該問題，采取以下兩種解決辦法：

（1）發(fā)生沉淀現(xiàn)象是由于CaCl2+2NaHCO3=2NaCl+

CaCO3↓? +H2O+CO2↑? 。首先在配置溶液時(shí)，必須保證在（25±3）℃的環(huán)境溫度下配置，并且配置使用的水滿足ASTM D1193 Ⅳ的要求;其次配置溶液不能稱完一起加水溶解，而是要把3種化學(xué)品分別溶解，然后再混合，加適量的水，以滿足規(guī)定的濃度要求。接著不斷攪拌，使之充分混合，再測(cè)溶液的電導(dǎo)率和pH值，如果已開始使用，則在使用一天后再測(cè)電導(dǎo)率和pH值，如果有結(jié)塊，基本可以判斷是溶液偏堿性，可以稍微加一點(diǎn)低濃度的鹽酸，使溶液和剛配置完成的溶液pH值、電導(dǎo)率基本一致。

（2）配溶液不要一次配很多，最好能增加配溶液的頻次。經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，如果能每天換溶液，則基本不會(huì)出現(xiàn)沉淀結(jié)塊現(xiàn)象。還可以在溶液箱中加入自動(dòng)攪拌棒，設(shè)置每2 h攪拌一次，并每天對(duì)溶液使用前后的pH值和電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，保證pH值和電導(dǎo)率測(cè)試值在合理范圍之內(nèi)，這樣就基本解決了復(fù)合鹽溶液結(jié)塊的問題。

3? ? 腐蝕片在試驗(yàn)過程中的應(yīng)用分析

腐蝕片的腐蝕量是衡量測(cè)試是否滿足要求最重要的技術(shù)指標(biāo)，它不僅用于衡量箱體在一定周期內(nèi)測(cè)試能力是否滿足要求，還能衡量產(chǎn)品的腐蝕情況是否滿足要求。在整個(gè)測(cè)試過程中，由于鹽霧測(cè)試的性質(zhì)，鹽霧腐蝕具有不可逆性，且測(cè)試時(shí)間長，所需經(jīng)費(fèi)比較高，因此對(duì)于腐蝕片的技術(shù)要求就特別嚴(yán)苛。經(jīng)過8年和其他機(jī)構(gòu)的測(cè)試比對(duì)，再加上客戶的反饋，總結(jié)腐蝕片在試驗(yàn)過程中的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面的問題：

3.1? ? 腐蝕片的預(yù)處理

問題：驗(yàn)收后的腐蝕片表面是涂滿防銹油的，如圖3所示，使用前怎么處理腐蝕片表面的防銹油？

解決方法：首先用白色無紡布擦掉防銹油，可以使用商業(yè)級(jí)脫脂劑來輔助此過程，考慮到有機(jī)試劑對(duì)人體的危害性，建議使用無水乙醇清洗腐蝕片，整個(gè)過程一定要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，并且通風(fēng)櫥的風(fēng)速最好大于1 m3/min。另外，使用超聲波清潔10 min左右，然后在無水乙醇中浸泡至少1 h，直到腐蝕片表面看不到油漬點(diǎn)，并且用高純水清洗表面不再掛有水滴，說明表面防銹油已徹底清洗干凈。然后放入干燥器中，至少干燥2 h，再稱重使用。

3.2? ? 腐蝕片的安裝以及試驗(yàn)過程中的放置

問題：標(biāo)準(zhǔn)要求腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm，所有試件應(yīng)垂直固定，與垂直方向的偏差不得超過15°，且不得相互接觸。安裝的緊固件不可以用金屬，最好用尼龍。那么，在試驗(yàn)過程中，腐蝕片是否可以垂直安裝、固定？怎樣保持腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm？緊固時(shí)應(yīng)該注意什么呢？

解決方案：腐蝕片的安裝、固定模式如圖4所示，理論上講垂直安裝也是可以的，不過從圖4的固定支架可以看出，如果采取垂直安裝方式，腐蝕片的背面會(huì)被支架遮擋，使得噴到腐蝕片背面的鹽霧量相對(duì)較少。由于噴鹽霧的噴頭是45°角，采用垂直偏15°的角度放置腐蝕片，試驗(yàn)證明，此時(shí)噴頭噴出的鹽霧可以沖掉腐蝕片表面附著的析鹽，效果比垂直安裝更好，腐蝕量比垂直安裝更符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

關(guān)于腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm，在樣件和腐蝕片之間放置一個(gè)厚度為5 mm的尼龍墊片，即可解決這個(gè)技術(shù)問題。另外，在緊固腐蝕片時(shí)要注意不用過大的力，只要保證腐蝕片可以垂直放置不活動(dòng)即可。針對(duì)這個(gè)問題，筆者曾經(jīng)做過試驗(yàn)，用10 N·m的力固定，腐蝕片的孔徑更易生銹，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)束后緊固件沒辦法取下來，只能鋸下來，并需使用除銹化學(xué)試劑。緊固螺絲以及墊片如圖5所示。

3.3? ? 腐蝕片的除銹

測(cè)試過程中，腐蝕量是衡量整個(gè)測(cè)試是否符合要求最重要的標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕片腐蝕量的定量是測(cè)試過程中最重要的環(huán)節(jié)，也是所有實(shí)驗(yàn)室和客戶最關(guān)注的點(diǎn)，因此它也成為對(duì)于該測(cè)試最重要的研究對(duì)象。針對(duì)腐蝕片的除銹，標(biāo)準(zhǔn)中推薦兩種處理方法：（1）化學(xué)試劑浸泡去除法;（2）噴砂除銹法。

這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）化學(xué)除銹法，使用ISO 8407規(guī)定的化學(xué)清洗法去除腐蝕副產(chǎn)物。這個(gè)方法操作簡單，成本也低，如果考慮成本問題，則化學(xué)除銹法是首選的方法。但其劣勢(shì)是，該方法很難控制，去除掉表面大面積銹后，對(duì)于腐蝕片表面的銹點(diǎn)，化學(xué)試劑會(huì)造成腐蝕去除過量的問題，導(dǎo)致過早判定試驗(yàn)周期滿足腐蝕要求的不良結(jié)果，通常表現(xiàn)為零部件和實(shí)車腐蝕測(cè)試復(fù)現(xiàn)性差。

（2）噴砂除銹法，其注意事項(xiàng)如下：

1）噴砂應(yīng)選擇80目左右的專用砂，在使用前最好用專用篩子先篩選下再使用，未達(dá)尺寸要求的砂棄用;

2）在除銹的過程中要一點(diǎn)一點(diǎn)地去除，持續(xù)觀察去除情況，直至表面沒有紅銹點(diǎn)即可，以防除銹過量;

3）噴砂完成后不要馬上就稱重，先用小毛軟刷去除腐蝕片表面的浮砂，然后用無水酒精浸泡30 min左右，再用無紡布擦干，并放在干燥器中干燥2 h以上再稱重。

噴砂除銹法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)銹點(diǎn)的去除特別有優(yōu)勢(shì)，不會(huì)出現(xiàn)銹蝕去除過量的現(xiàn)象;缺點(diǎn)是成本高，處理時(shí)間周期長，對(duì)工程師操作要求高。

腐蝕片的除銹過程如圖6、圖7、圖8所示。

3.4? ? 腐蝕片腐蝕量不達(dá)標(biāo)

針對(duì)腐蝕片的除銹處理，最重要的問題就是腐蝕量不達(dá)標(biāo)，基本每次試驗(yàn)都會(huì)遇到該問題，要么是腐蝕量過大，要么是腐蝕量過小。

（1）腐蝕量過小是最常出現(xiàn)的問題，可以采用以下解決方法：

1）首先要判斷鹽霧噴頭是否堵塞。由于復(fù)合鹽霧是由氯化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣組成，其顆粒很容易堵塞噴頭，因此要做好噴頭的日常維護(hù)工作，避免產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。

2）在噴頭沒有堵塞的情況下，可以依據(jù)腐蝕量偏小的具體情況對(duì)測(cè)試過程進(jìn)行調(diào)整：如果腐蝕量偏小過多，就要增加腐蝕鹽霧的噴霧時(shí)間，一般增加2～3 min，噴霧時(shí)間最長不超過5～6 min，否則降濕時(shí)間長，不滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試環(huán)境階段的要求。腐蝕量偏小≤0.14 g時(shí)，可以進(jìn)行微調(diào)。

方法一：增加第二階段從溫度25 ℃、45%RH到49 ℃、100%RH環(huán)境變化的時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)要求1 h內(nèi)達(dá)到，通常箱體10 min多就可以達(dá)到。為了增加腐蝕量，可以延長這個(gè)變化時(shí)間，通過設(shè)置箱體的變化速率，使變化時(shí)間最長達(dá)到1 h。

方法二：改變第三個(gè)測(cè)試階段從49 ℃、100%RH到60 ℃、濕度不大于30%RH的變化坡度。

這兩種微調(diào)方法都可以改變腐蝕量，可以單獨(dú)使用，也可以同時(shí)使用。

（2）腐蝕量過大。這個(gè)問題相對(duì)腐蝕量偏小比較好解決，首先要判斷腐蝕量處理過程是否存在問題，處理沒問題的話，基本改變噴鹽霧的時(shí)間就可以了。

4? ? 結(jié)語

經(jīng)過100多年來對(duì)腐蝕方法的研究，循環(huán)腐蝕測(cè)試技術(shù)已越來越成熟，GMW 14872經(jīng)過幾個(gè)版本的變更，已經(jīng)成為目前最通用的一種方法。本文對(duì)循環(huán)腐蝕測(cè)試條件的設(shè)置、復(fù)合鹽溶液的沉淀、腐蝕片的應(yīng)用等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行了研究解析，這些細(xì)節(jié)對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的可靠性及復(fù)現(xiàn)性至關(guān)重要，因此，可以說是產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試過程中十分重要的環(huán)節(jié)，也是質(zhì)量控制的重要手段。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Cyclic Corrosion Laboratory Test：GMW 14872—2013[S].

[2] Standard Practice for Operating Salt Spray （Fog） Apparatus：ASTM B117[S].

收稿日期：2021-04-02

作者簡介：黃艷（1981—），女，安徽宿州人，工程師，研究方向：機(jī)械。