鹽霧試驗腐蝕性能比對方法及研究

于樹洪，申華文，李佳筱，程前

（1.濱州盟威戴卡輪轂有限公司，山東濱州 256602；2.中信戴卡股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

腐蝕是材料或其性能在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質。大多數的腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境中，這是因為大氣中含有氧氣，當物理環(huán)境（濕度、溫度）發(fā)生變化時，具有腐蝕成分和腐蝕因素的污染物會腐蝕材料，通常稱為材料的大氣腐蝕［1］。

鹽霧腐蝕就是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕。因為鹽霧是含有氯化物的大氣，它的主要腐蝕成分是氯化鈉。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕是由于氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層，使內部金屬發(fā)生電化學反應引起的。同時，氯離子含有一定的水合能，易被吸附于金屬表面的孔隙、裂縫，排擠并取代氧化層中的氧分子，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化表面變成活潑表面，形成對金屬表面的破壞性反應［2］。

為了檢驗不同鹽霧試驗腐蝕性能的一致性，及不同鹽霧試驗腐蝕性結果的復現性，根據GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》［3］，最常用的方法是采用鋼板比對試樣確定鹽霧試驗的腐蝕性能，即采用CR4級冷軋?zhí)间摪遄鳛楸葘υ嚇樱_定鹽霧試驗的腐蝕性。

本研究對3種鹽霧試驗腐蝕性能比對方法進行了介紹。以中性鹽霧試驗腐蝕性能的比對結果為例，根據GB/T 10125—2012，介紹了鹽霧試驗腐蝕性能比對方法，即質量損耗法；另外，通過檢測CR4鋼板的腐蝕動力學規(guī)律，即CR4鋼板腐蝕深度隨時間的變化規(guī)律，作為第二種比對方法；第三種比對方法，根據GB/T 8923.1—2011［4］，通過腐蝕后CR4鋼板表面清潔度的目視評定，比對鹽霧試驗腐蝕性能。

1 主要設備、儀器、標準物質及關鍵指標

根據GB/T 10125—2012，可以量化地評價鹽霧試驗腐蝕性能。采用質量損耗法時，使用的主要設備、儀器、標準物質及關鍵指標詳見表1。

表1 鹽霧試驗使用的主要設備、儀器、標準物質及關鍵指標Table 1 Major equipments，instruments，standard substances and key index for salt spray test

2 鹽霧試驗腐蝕性能比對法

2.1 中性鹽霧試驗（NSS試驗）腐蝕性能質量損耗法比對

中性鹽霧試驗腐蝕性能質量損耗法比對依據GB/T 10125—2012。

2.1.1 參比試樣試驗前的準備

將參比試樣，用稀釋的50 %體積分數鹽酸溶液清洗，清除一切塵埃、油或影響試驗結果的其它外來物質。

采用清潔的軟刷或超聲清洗裝置，用適當丙酮溶劑再次徹底清洗試樣。清洗后，用新丙酮溶劑漂洗試樣，然后放入高溫試驗箱干燥，烘干溫度設置為80 ℃。

清洗后的試樣烘干稱重，精確到±0.1 mg，反復稱重4次，取平均值。然后用可剝性塑料膜保護試樣背面，本例中采用聚氯乙烯膠帶作為可剝性塑料膜。為了獲得準確的腐蝕性比對數據，試樣的邊緣也可用可剝性塑料膜進行保護。然后，用油漆筆在參比試樣的可剝性塑料膜上進行標注，例如1，2，3，4。

2.1.2 參比試樣的放置

試樣放置在定制的試驗塑料（惰性材料）支架上，將未做保護的一面朝上并與垂直方向成（20°±5°）的傾角，見圖1。

圖1 參比試樣的放置Figure 1 Placement of reference sample

將支架連同試樣放置于鹽霧箱內四角。參比試樣的下邊緣應與鹽霧收集器的上部處于同一水平面。

2.1.3 中性鹽霧試驗的運行條件

根據GB/T 10125—2012，中性鹽霧試驗的運行條件詳見表2。

表2 中性鹽霧試驗的運行條件Table 2 Operating condition of neutral salt spray test

對鹽霧試驗箱的鹽霧沉降率進行檢測，將接受面積為80 cm2玻璃漏斗固定在量筒（50 mL，分辨率力1 mL）上，放置在規(guī)定的位置，連續(xù)噴霧24 h、48 h后，讀取各個量筒鹽霧沉降量的體積；同時使用pH計測量收集液的pH；用鹽濃度計測量收集液的鹽濃度值。

2.1.4 測定質量損失

試驗運行48 h后，立即取出參比試樣，除掉試樣背面的保護膜，按ISO 8407—2009《金屬和合金的耐腐蝕性 腐蝕試樣中腐蝕生成物的清除》規(guī)定的物理及化學方法去除腐蝕產物，本例中采用50 %體積分數鹽酸溶液去除試樣的腐蝕物。去除過程應嚴格控制時間，避免金屬基體與鹽酸溶液發(fā)生化學反應。

然后在23 ℃下，將試樣放入20 %（質量分數）分析純級別的檸檬酸二銨［（NH4）2HC6H5O7］水溶液中浸泡10 min后，在室溫下用去離子水清洗試樣，再用乙醇溶液清洗。

最后放入高溫試驗箱干燥，烘干溫度設置為80 ℃，快速干燥的目的是防止試樣在潮濕空氣中氧化，影響后續(xù)稱重。

試樣稱重精確到±0.1 mg。通過計算參比試樣暴露面積，得出單位面積的質量損失。

2.1.5 比對結果判定

經過48 h試驗后，每塊參比試樣的質量損失在（70±20）g/m2范圍內，說明鹽霧試驗箱運行正常及鹽霧試驗的腐蝕性能合格。

2.2 鹽霧試驗腐蝕性能動力學比對

2.2.1 鹽霧試驗腐蝕性電化學本質分析

為了更好地驗證鹽霧試驗的腐蝕性能，還需要繼續(xù)從電化學特性和機理方面進行分析和檢測。

鹽霧箱加速試驗為持續(xù)的電解質溶液的侵蝕，鹽霧箱中由于不斷有空氣噴入，氧氣的濃度應與大氣環(huán)境中相同。在鹽霧箱中，引起金屬銹蝕的因素主要有：氯離子、水蒸氣、氧氣，其中氯離子和水蒸氣的濃度很大，超出自然環(huán)境許多倍，它們是引起金屬銹蝕的主要原因，氧氣起的是協(xié)同作用，而鹽霧箱中較高的溫度則對這幾種因素起到了加速的作用。

鹽霧箱加速試驗中，CR4鋼板腐蝕主要是電化學腐蝕，這一點從相關的資料中可以得到肯定［5］。

通過試驗發(fā)現，CR4鋼板銹層特性為疏松的紅棕色的腐蝕產物（圖2）；據文獻報道［6］，腐蝕產物結構均由FeOOH、γ-Fe2O3、β-FeOOH組成。

圖2 CR4鋼板銹層紅棕色的腐蝕產物Figure 2 Reddish brown corrosion products on CR4 steel rust layer

2.2.2 鹽霧試驗腐蝕動力學數學模型

為了建立鹽霧試驗腐蝕動力學數學模型，需要對參比試樣進行持續(xù)試驗，并持續(xù)檢測參比試樣的腐蝕深度（圖3），通過統(tǒng)計方法，獲得比較準確的鹽霧試驗腐蝕動力學數學模型。

圖3 金相顯微鏡下CR4參比試樣Figure 3 CR4 reference samples detected by metallographic microscope

通過金相顯微鏡對參比試樣進行檢測，獲得參比試樣腐蝕深度數據（圖3）。測量過程中，在1 mm取樣寬度內，分散測量4點，取4點的平均值作為腐蝕深度值，詳見表3。

表3 參比試樣腐蝕深度數據Table 3 Corrosion depth data of the reference samples

根據表3，可以建立腐蝕深度數學模型，獲得公式1。CR4參比試樣腐蝕深度數字模型曲線見圖4。

圖4 CR4參比試樣腐蝕深度數學模型曲線Figure 4 The mathematical model curve of CR4 reference samples’ depth corrosion

式中，V為腐蝕深度，μm；t為腐蝕時間，d。

采用建立CR4參比試樣腐蝕深度數學模型的方法評價鹽霧試驗的腐蝕性能，持續(xù)的試驗時間長，測量方法復雜，取樣方法會直接影響數學模型的準確性。當檢測了大量的統(tǒng)計數據后，建立的數學模型會比較接近，腐蝕性能比對結果的準確性會提高。

鑒于采用腐蝕深度法評價鹽霧腐蝕性能需要大量的統(tǒng)計數據，獲得數學模型較難，因此此法一般較少使用，只有在質量損耗法比對失效的情況才會采用；或者，參比實驗室間有此項要求的情況下，才會采用。同時，采用該方法可以提高試驗室的檢測能力。

2.3 鹽霧試驗腐蝕性能的目視比對

根據GB/T 8923.1—2011，涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定方法，將未涂裝過的鋼材表面原始程度按氧化皮覆蓋程度和銹蝕程度分為4個等級，分別以A、B、C、D 表示，并有相應的照片對照。文字描述如下：

A——大面積覆蓋著氧化皮而幾乎沒有鐵銹的鋼材表面；

B——已發(fā)生銹蝕，并且氧化皮已開始剝落的鋼材表面；

C——氧化皮已因銹蝕而剝落，或者可以刮除，并且在正常視力觀察下可見輕微點蝕的鋼材表面；

D——氧化皮已因銹蝕而剝落，并且在正常視力觀察下可見普遍發(fā)生點蝕的鋼材表面。

在實際比對過程中，多采用人工劃網格的方法，具體的網格尺寸可以根據試驗標準或約定，例如，圖5所示的網格尺寸為5 mm×5 mm；通過檢測網格內紅棕色腐蝕點數，進行腐蝕性能比對，評判標準為腐蝕點數在同一數量級即可。目視檢測方法，通常被中小型試驗室采用，無需太多高精度檢測儀器，就可以直接做出比對結果。

圖5 鹽霧試驗腐蝕性能的網格目視比對Figure 5 Mesh visual alignment of salt spray test corrosion property

3 結語

通過對鹽霧試驗腐蝕性能評定方法的介紹可知，根據GB/T 10125—2012，鹽霧試驗腐蝕性能質量損耗法比對方法采用得比較多，因為這種方法操作比較容易，獲得的數據可以量化，使得比對結果有可比性。

采用鹽霧試驗腐蝕性能動力學比對時，需要耗費大量的人力、物力，耗時較長，試驗成本較高，需要采集的數據較多，而且需要專業(yè)的檢測設備，僅在有特殊比對要求的情況下才會使用。

采用目視方法進行鹽霧試驗腐蝕性能比對的特點是操作簡便，不需要太多高精度檢測儀器即可完成，因此，多被小試驗室采用，或者用于同一試驗室的不同試驗箱之間的比對。