常用恒定鹽霧試驗方法標準分析

劉菁偉，袁琳

（通標標準技術(shù)服務(天津)有限公司，天津 300457）

引言

鹽霧試驗是一種常見的加速腐蝕試驗，是實驗室利用鹽霧試驗設備人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核電子產(chǎn)品元件、金屬材料、非金屬材料等產(chǎn)品耐腐蝕性能的環(huán)境試驗。鹽霧試驗方法主要分為恒定鹽霧試驗和循環(huán)腐蝕試驗[1]。其中恒定鹽霧試驗主要包括中性鹽霧試驗（NSS試驗）、乙酸鹽霧試驗（AASS試驗）及銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS試驗）三種，其特點是試驗過程中是連續(xù)噴霧的。作為加速腐蝕試驗的基本方法之一，恒定鹽霧試驗因為操作相對簡單，在電工電子、金屬和涂料行業(yè)應用廣泛，因此正確理解恒定鹽霧試驗方法標準及結(jié)果評價標準并正確實施恒定鹽霧試驗是極其重要的。

本文主要針對國內(nèi)外常用恒定鹽霧試驗標準和評價標準進行對比和分析，以幫助科研及試驗工作人員更好地理解和實施恒定鹽霧試驗。

1 恒定鹽霧試驗標準分析

按腐蝕機制分類，金屬腐蝕可以分為電化學腐蝕、化學腐蝕和物理腐蝕三類。其中電化學腐蝕對金屬的危害最為嚴重，也最為普遍。鹽霧對金屬的腐蝕機理基于原電池腐蝕，金屬與電解質(zhì)溶液接觸，以電化學方式，通過電極反應產(chǎn)生腐蝕。常用的恒定鹽霧試驗標準主要有ASTM B117[2]、ASTM G85[3]、ASTM B368[4]、ISO 9227[5]、GB/T 10125[6]、GB/T 1771[7]、IEC 60068-2-11[8]、GB/T 2423.17[9]，這些標準適用非常廣泛，規(guī)定了鹽霧試驗相關(guān)操作，是世界各國或企業(yè)的鹽霧試驗方法的依據(jù)。

恒定中性鹽霧試驗具有悠久的歷史，1939年美國材料試驗學會制定出第一個標準，即ASTM B117-39。由于中性鹽霧試驗腐蝕條件相對比較溫和，腐蝕速度較慢，研究人員隨后開發(fā)出銅加速乙酸鹽霧和乙酸鹽霧試驗方法，其腐蝕速度更快，比如1961年制定的ASTM B368和1985年制定的ASTM G85等標準。國際標準ISO 9227第一版是由金屬和合金腐蝕技術(shù)委員會于1990年編制的，目前ISO 9227現(xiàn)行有效的版本為2022年制定的第五版，規(guī)定了中性鹽霧、乙酸鹽霧和銅加速乙酸鹽霧試驗適用的設備、試劑和方法。國家標準GB/T 10125于1997年首次發(fā)布，現(xiàn)行有效的版本為2021年第二次修訂的GB/T 10125-2021，修改采用ISO 9227:2017。GB/T 1771-2007規(guī)定了測定涂層耐中性鹽霧性能的方法，等同采用ISO 7253:1996。IEC 60068-2-11由IEC技術(shù)委員會編制，現(xiàn)行有效版本為2021版。GB/T 2423.17-2008等同采用IEC 60068-2-11:1981。不同標準適用范圍、測試條件等有一定差異，以下將分類介紹這些標準的內(nèi)容。

1.1 標準適用范圍

ASTM B117-19標準適用于金屬或金屬涂層的耐鹽霧腐蝕試驗；ASTM G85-19適用于黑色和有色金屬以及有機和無機涂層；ASTM B368-21適用于鋁的陽極氧化膜，也適用于鋼材、鋅合金、鋁合金和塑料上的鎳/鉻或銅/鎳/鉻裝飾性鍍層。

ISO 9227:2022和GB/T 10125-2021標準中的中性鹽霧試驗適用于金屬樣品及其合金、金屬陽極性或陰極性覆蓋層、陽極氧化膜、轉(zhuǎn)化膜、金屬基體上的有機覆蓋層；乙酸鹽霧試驗適用于鋁的陽極氧化膜和有機覆蓋層，也適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層；銅加速乙酸鹽霧試驗適用于鋁的陽極氧化膜和有機覆蓋層，也適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層。

GB/T 1771-2007適用于涂層，色漆或涂料體系。

GB/T 2423.17-2008適用于評定保護性涂層的質(zhì)量以及均勻性。也適用于比較具有相似結(jié)構(gòu)的試樣的抗鹽霧腐蝕的能力。IEC 60068-2-11:2021適用于評估用于保護金屬免受腐蝕的涂層的質(zhì)量和均勻性。它特別適用于檢測某些金屬、有機、陽極氧化物和轉(zhuǎn)化涂層中的不連續(xù)性，如氣孔和其他缺陷。

1.2 試驗溶液

鹽霧主要是模擬海洋大氣環(huán)境的，海水中含有較多的鹽分，其中含量最多的就是氯化鈉，在海水中含量在（2～3）%?？紤]到主要的腐蝕是由氯化鈉引起的，鹽霧試驗方法中大都是規(guī)定用氯化鈉來配置鹽霧溶液模擬腐蝕情況。鹽溶液的配置主要在于水和氯化鈉的選擇，不同的標準對水和氯化鈉的要求也略有差異。

1）標準對配置鹽溶液所需水的要求

ASTM B117-19 、ASTM G85-19和ASTM B368-21規(guī)定，配置鹽溶液的水需要符合ASTM D1193 IV類水的要求。GB/T 10125-2021、ISO 9227:2022和IEC 60068-2-11:2021要求配置鹽溶液的水應該是電導率不高于20 μS/cm （25±2）℃的蒸餾水或去離子水。GB/T 2423.17-2008規(guī)定應用蒸餾水或者去離子水配置鹽溶液。GB/T 1771-2007規(guī)定，配置鹽溶液的水需要符合GB/T 6682中規(guī)定的至少純度為三級的水：pH值范圍（25 ℃）為5.0～7.5；電導率（25 ℃）≤0.50 ms/m；可氧化物質(zhì)含量（以O計）≤0.4 mg/L；蒸發(fā)殘渣（105±2）℃≤2.0mg/L。實驗人員在配置鹽溶液時，應依據(jù)標準對所用水的指標要求對鹽液用水進行檢測，滿足標準要求時方可進行鹽液配置。

2）標準對配置鹽溶液所需氯化鈉的要求

ASTM B117-19要求，配置鹽溶液所用氯化鈉總雜質(zhì)應不超過0.3 %（質(zhì)量分數(shù)）。氯化物以外的鹵化物（溴化物、氟化物和碘化物）含量應低于0.1 %（質(zhì)量分數(shù)），銅含量應低于0.3 ppm（質(zhì)量）。且規(guī)定不得使用添加了防結(jié)塊劑的氯化鈉。ASTM G85-19規(guī)定所用氯化鈉中氯化物以外的鹵化物（溴化物、氟化物和碘化物）含量應低于0.1 %（質(zhì)量分數(shù)），銅含量應低于0.3 ppm（質(zhì)量）。同樣規(guī)定了不得使用添加了防結(jié)塊劑的氯化鈉。ASTM B368-21規(guī)定配置鹽溶液所用氯化鈉應為ACS試劑級或同等品。

GB/T 10125-2021、ISO 9227:2022和IEC 60068-2-11:2021要求配置鹽溶液的氯化鈉中銅、鎳、鉛等重金屬總含量應低于0.005 %（質(zhì)量分數(shù)）。碘化鈉含量應不超過0.1 %（質(zhì)量分數(shù)）或以干鹽計算的總雜質(zhì)應不超過0.5 %（質(zhì)量分數(shù)）。GB/T 2423.17-2008規(guī)定配置鹽溶液的氯化鈉干燥時，碘化鈉的含量不超過0.1 %，雜質(zhì)的總含量不超過0.3 %。GB/T 1771-2007規(guī)定所用氯化鈉應為白色，質(zhì)量分數(shù)≥99.5 %，而且基本上不含銅和鎳，碘化鈉的質(zhì)量分數(shù)≤0.1 %。

2.3 試驗條件

實驗室中的鹽霧試驗是在鹽霧箱內(nèi)，通過將配置的鹽溶液噴成霧狀，鹽霧微粒沉降并附著在樣品表面，逐步引起樣品的腐蝕。鹽霧試驗主要控制的試驗參數(shù)主要有所用鹽溶液的濃度、鹽霧沉降率、鹽溶液pH值、試驗溫度、試驗時間等參數(shù)。不同的標準對鹽霧試驗的主要控制參數(shù)也有明確規(guī)定，試驗過程中需要根據(jù)標準要求控制相關(guān)試驗參數(shù)。

1）鹽溶液濃度

恒定鹽霧試驗過程中需要關(guān)注鹽溶液濃度，其對腐蝕速率有很大的影響。經(jīng)研究，5 %左右濃度時的鹽溶液，腐蝕速度最快[1]。低于5 %濃度時，隨著鹽溶液濃度的增加，溶液中氧含量增加，氧的去極化能力增加。鹽溶液濃度大于5 %時，鹽溶液濃度增加會導致溶液中氧含量下降，氧的去極化能力變?nèi)?，腐蝕速率也相應有所下降。此外，溶液濃度越高，也易堵設備噴嘴。

2）鹽霧沉降率

鹽霧沉降率反映試驗過程中噴霧量的多少及均勻性，是單位時間內(nèi)在單位面積上沉降的鹽霧量。鹽霧顆粒越細，所形成的表面積越大，降落到樣品表面的鹽溶液中吸附的氧量越多，其腐蝕性也越強。因此，取適中的鹽霧沉降率，使腐蝕速度穩(wěn)定，試驗結(jié)果重現(xiàn)性好[10]。

3）鹽溶液pH值

在材料的鹽霧腐蝕試驗中，除了鹽溶液濃度和鹽霧沉降率，鹽溶液的pH對鹽霧腐蝕速率的影響也很明顯。當鹽溶液的pH低于7.0時，pH越小，鹽溶液中的氫離子濃度就越高，酸性越強，對樣品和材料的腐蝕也就越嚴重。

4）試驗溫度

鹽霧腐蝕本質(zhì)上是材料發(fā)生了電化學反應，溫度對反應速率有明顯影響，溫度每升高10 ℃，材料腐蝕速度提高2～3倍，這可能與電解液的導電率增加（10～20）%相關(guān)。但因氧含量隨溫度的升高而降低[10]，且腐蝕速率會受到氧含量的影響，所以鹽霧腐蝕速率并不會隨著溫度的升高而一直加快[11]。

通過表1可以看出，ASTM 標準、電工電子產(chǎn)品IEC 60068-2-11:2021和GB/T 2423.17-2008對沉降鹽液濃度都是按氯化鈉的質(zhì)量分數(shù)要求的，GB/T 10125-2021、ISO 9227:2022和GB/T 1771-2007都是要求沉降鹽液濃度為（50±5）g/L。測試溫度除銅離子加速鹽霧要求溫度在50 ℃左右外，其它鹽霧條件都要求溫度控制為（35±2）℃。鹽霧沉降率除GB/T 1771-2007要求在80 cm2的水平面積的平均沉降率為1.0～2.5以外，其它條件均要求（1.0～2.0）ml/（80 cm2·h）。酸性鹽霧試驗和銅離子加速鹽霧試驗均要求沉降鹽液pH值為3.1～3.3，中性鹽霧試驗均要求沉降鹽液pH為6.5～7.2。

表1 主要恒定鹽霧試驗標準測試條件對比

3 結(jié)語

本文比較了恒定鹽霧試驗方法標準適用范圍及主要試驗條件等方面的差異，為鹽霧試驗檢驗檢測人員提供了可選擇的試驗方法及技術(shù)支持。鹽霧試驗是一種常用的考察產(chǎn)品耐腐蝕能力的試驗方法，在整個試驗過程中，依據(jù)產(chǎn)品的種類及其使用情況，選擇適用的試驗方法，保證試驗參數(shù)和試驗條件的科學性和準確性至關(guān)重要。試驗中影響試驗結(jié)果的因素有很多，要盡可能減小這些因素的影響，讓試驗結(jié)果真實地反應產(chǎn)品性能，需要實驗人員熟悉檢驗方法及標準要求，并且了解產(chǎn)品相關(guān)情況，選擇好匹配的試驗條件并控制好相關(guān)參數(shù)，才能得到更為準確的測試結(jié)果。