中性鹽霧實(shí)驗(yàn)在汽車(chē)用冷軋薄板上的應(yīng)用研究

茹雪琴

（酒鋼集團(tuán)檢驗(yàn)檢測(cè)中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 引言

為提升金屬材料的產(chǎn)品質(zhì)量，做好產(chǎn)品耐腐蝕工作至關(guān)重要。在各種腐蝕現(xiàn)象里，鹽霧腐蝕是最頻繁的腐蝕之一，它對(duì)產(chǎn)品的破壞性極強(qiáng)，“主要是導(dǎo)電的鹽溶液滲入金屬內(nèi)部發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕生成物[1]?！边M(jìn)行鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)其本質(zhì)就是高度還原實(shí)際工作環(huán)境，并加快腐蝕速率，在短時(shí)間內(nèi)能夠更好地對(duì)產(chǎn)品的抗腐蝕性能進(jìn)行分析檢驗(yàn)。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素比較多，測(cè)試儀器、實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、PH 值等都是重要的影響因素。本研究主要針對(duì)中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）方法的簡(jiǎn)要探究，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的影響因素，規(guī)避其缺陷，從而獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 鹽霧實(shí)驗(yàn)的概念和機(jī)理

2.1 鹽霧實(shí)驗(yàn)的概念

鹽霧腐蝕是一種常見(jiàn)的環(huán)境實(shí)驗(yàn)，最早可以追溯到1914年，源于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局[2]。這一實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)金屬材料抗腐蝕性能的科學(xué)方法中的一種，實(shí)驗(yàn)原理為模仿產(chǎn)品所處的環(huán)境，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)定更加嚴(yán)酷的實(shí)驗(yàn)條件，以此在短時(shí)間內(nèi)分析出相關(guān)數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)為能很好地操控試驗(yàn)的環(huán)境，大大節(jié)省時(shí)間與資金耗費(fèi)。

2.2 鹽霧腐蝕機(jī)理

金屬材料受到鹽霧腐蝕的原因大致為一種存在于鹽霧里氯化物離子產(chǎn)生了相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，由于其吸附金屬的性能很好，所以很容易與該材料的保護(hù)層接觸提升產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，讓材料的表面產(chǎn)生變形，最終使得該材料被腐蝕。大氣中含有氧氣，當(dāng)物理環(huán)境（濕度、溫度）發(fā)生變化時(shí)，具有腐蝕成分和腐蝕因素的污染物會(huì)腐蝕材料[3]。

3 中性鹽霧實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該先調(diào)試設(shè)備，鹽霧實(shí)驗(yàn)箱空載運(yùn)行，確認(rèn)連續(xù)噴霧至少24 h 的平均鹽霧沉降率和其他試驗(yàn)條件符合要求，再將處理后的試樣放到鹽霧箱內(nèi)試驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)條件如表1 所示。

3.2 影響鹽霧實(shí)驗(yàn)的因素

影響鹽霧實(shí)驗(yàn)的因素很多，本文主要對(duì)以下影響因素進(jìn)行討論：水質(zhì)與溶液中的雜質(zhì)、實(shí)驗(yàn)濕度、溫度、鹽溶液的pH 值、鹽霧沉降率、氯化鈉溶液濃度/樣品放置角度。

3.2.1 水質(zhì)與溶液中的雜質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所需的水質(zhì)有特定的要求，具體要求為要么使用去離子水，要么使用蒸餾水，這些水質(zhì)的電導(dǎo)率不得超過(guò)20μs/cm。因?yàn)辂}霧產(chǎn)生的腐蝕性質(zhì)較為特殊，溶液中混雜有一些物質(zhì)，這些能夠使得金屬間的電位差值變大，從而改變腐蝕的速度，這就使得必須使用特定的水來(lái)進(jìn)行操作。氯化鈉分析純雜質(zhì)≤0.01%。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)濕度、溫度

在對(duì)緊固件的防腐能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程中，需要綜合考慮溫度、濕度、鹽度等多方面的條件[5]。鹽霧的腐蝕速度和環(huán)境里的濕度高低呈正相關(guān)，前提條件為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的溫度是一致的。

三者的關(guān)系表現(xiàn)為：

大氣侵蝕度=（（H-65）/10）·1.045·T

式中：H 為空氣相對(duì)濕度（%RH）；T 為空氣溫度，℃。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可分析出，在濕度大于65%RH 的時(shí)候，當(dāng)濕度進(jìn)一步上升時(shí)，金屬受腐蝕程度提升。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的環(huán)境濕度≥70%時(shí)，把鹽溶解于濕度較高的氣體時(shí)，可使該化學(xué)反應(yīng)更順利地進(jìn)行。

除了濕度外，溫度同樣會(huì)導(dǎo)致腐蝕的速度發(fā)生變化。根據(jù)Arhenius 公式可以發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度提高10℃，而該化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生速率也會(huì)隨之提升兩到三倍。但是根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，溫度升高和鹽霧腐蝕速度的相關(guān)度不高，其原因?yàn)楹趿颗c溫度的高低呈反相關(guān)。

所以，實(shí)際實(shí)驗(yàn)的溫度大都控制在33℃～37℃之間，濕度大都控制在70%左右。

3.2.3 鹽溶液的pH 值

這一條件的變化同樣會(huì)使腐蝕的速率發(fā)生變化，在材料的鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)中，噴霧液的pH 值對(duì)鹽霧腐蝕速率的影響很明顯[6]。根據(jù)pH 值的基本原理，pH 每下降一檔，[H+]的數(shù)值反而會(huì)上升十倍，由于這一數(shù)值的上升，去極化作用就會(huì)更加明顯，從而使得金屬受腐蝕的程度加深，pH 值越低，酸性越強(qiáng)，對(duì)材料的腐蝕性也就越強(qiáng)[7]。

3.2.4 鹽霧沉降率

鹽霧沉降率在一定程度上，是有關(guān)鹽霧實(shí)驗(yàn)裝置的一種性能測(cè)試，可以檢驗(yàn)其在噴霧密度，以及鹽霧沉降的特性的好壞。而有關(guān)其參數(shù)，鹽霧沉降率的數(shù)據(jù)大小，是反映液體更新程度的一種直接反應(yīng)，并且腐蝕性也會(huì)依據(jù)液體的更新程度而產(chǎn)生一定的波動(dòng)。

3.2.5 氯化鈉溶液濃度

氯化鈉濃度的高低，反映了一定單位溶液中氯化鈉的含量之多少。而氯化鈉（鹽）的多少又影響著溶液的導(dǎo)電性能的大小，導(dǎo)電性越好，腐蝕速率就越快。但有關(guān)溶液中的氧含量，以及能溶解氧氣的含量，就會(huì)相應(yīng)地減少，從而降低反應(yīng)效率，進(jìn)而影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)GB/T 10125-2021 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鹽霧實(shí)驗(yàn)中，必須要使用溶液含量為5%的氯化鈉溶液，以此來(lái)作為實(shí)驗(yàn)濃度。

3.2.6 樣品放置角度

溫度和腐蝕程度呈正相關(guān)，溫度越高，腐蝕程度越強(qiáng)[8]。在實(shí)際鹽霧實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)溫度與溶液濃度都符合一定條件時(shí)，則設(shè)法使得鹽霧能夠準(zhǔn)確沉降到實(shí)驗(yàn)金屬的表面，進(jìn)行化學(xué)腐蝕性反應(yīng)，而在選擇好適當(dāng)?shù)慕嵌确秶?，?shí)驗(yàn)樣品的一點(diǎn)點(diǎn)的角度變化，都會(huì)影響其與沉降下來(lái)的鹽霧的接觸，進(jìn)而影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)的金屬在一定水平方向上，角度為60°～75°時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)處于波動(dòng)最小，是數(shù)據(jù)最好的時(shí)候。實(shí)驗(yàn)時(shí)噴霧階段實(shí)驗(yàn)箱溫度應(yīng)保持在35℃±2℃[9]。

4 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)所使用的金屬為DC04-Q1 汽車(chē)用薄鋼板，其組成成分如表2 所示。其所選擇的鋼薄板尺寸是150mm×70mm×1mm，共選擇了4 個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品。并且，在同一時(shí)段，分別對(duì)四個(gè)樣品進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4896168 個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所選擇的設(shè)備是型號(hào)為CCT1100，專(zhuān)門(mén)制造的鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)箱。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，用酒精對(duì)樣品進(jìn)行仔細(xì)清潔并擦拭，后再上秤，并記錄重量。實(shí)驗(yàn)選擇中性實(shí)驗(yàn)鹽霧方法，腐蝕液通過(guò)使用去離子水得到，pH 值為6.7～7.2，NaCl 溶液濃度為5%。實(shí)驗(yàn)時(shí)所需要的溫度為（35±2）℃，所設(shè)置好的鹽霧釋放量為1.67mL/h。

表2 DC04-Q1 薄鋼板的化學(xué)成分

5 結(jié)果與分析

5.1 結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行了48h 的鹽霧之后，實(shí)驗(yàn)樣品會(huì)呈現(xiàn)出黃黑色的痕跡，但是不存在肉眼可觀察到的凹陷，也無(wú)氣泡等。在進(jìn)行了96h 之后，樣品表面粗糙度變大，有較大的、可以觀察到的黃褐色，小部分的黑色的銹跡。在168h 之后，樣品表面變化十分大，凹痕明顯，有氣泡，還存在起皮現(xiàn)象（如圖1 所示），并且還伴隨著掉黑渣現(xiàn)象。

經(jīng)歷了鹽霧實(shí)驗(yàn)后的樣品，表面凹凸不平，就像月球表面。圖1a中，有氣泡產(chǎn)生，隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象，而圖1b、圖1d 都有凹痕，并產(chǎn)生了黑色銹跡，圖1c 也是相似情況。

圖1 168h 鹽霧試驗(yàn)后的表面形貌

5.2 結(jié)果數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試樣質(zhì)量有所損失。再次稱(chēng)重，分別得到實(shí)驗(yàn)48h、96h、168h 后的數(shù)據(jù)。由表格可知，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，質(zhì)量損失就越明顯。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3、4、5 所示。

表3 48h 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到不同時(shí)期內(nèi)腐蝕速率如圖2所示。計(jì)算可得，在試驗(yàn)分別進(jìn)行48h、96h、168h 之后，實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品的腐蝕損壞的速率分別為0.7925、0.7293、0.7710 mm/a，并且可以看出，腐蝕速率呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，時(shí)間越長(zhǎng)，速率先降低再升高，但回不到最初的水平。而在相關(guān)過(guò)程中，晶粒的變形會(huì)使得鹽霧腐蝕的整個(gè)速率先變快，然后產(chǎn)品的耐腐蝕程度隨之降低。同時(shí)樣品還會(huì)伴隨著起皮、掉渣等現(xiàn)象，并出現(xiàn)明顯凹陷，這會(huì)在一定程度上加速腐蝕的速度。

圖2 鹽霧實(shí)驗(yàn)不同周期的腐蝕速率

表4 96h 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 168h 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)語(yǔ)

鹽霧實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)產(chǎn)品耐腐蝕性的較好的方法之一。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，溶液的選擇，環(huán)境因素的影響，鹽霧的釋放量和速率，溶液的pH 值等因素，都會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以，為了達(dá)到最好的實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)具有較高的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，具備相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技能，并嚴(yán)格把控各項(xiàng)環(huán)節(jié)，善于吸取前人經(jīng)驗(yàn)，這樣才能得出最準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。