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鹽霧試驗腐蝕機理及試驗條件對結果的影響

作(zuo)者：網絡編輯：瑞(rui)凱儀器來源：網絡發布(bu)日期： 2020.07.29

    鹽霧試驗是一種主要利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗，主要分為天然環境暴露試驗及人工模擬鹽霧環境試驗兩大類。
    人工模擬鹽霧環境試驗是利用鹽霧試驗箱，在其容積空間內模擬鹽霧環境來對產品的耐鹽霧腐蝕性能進行考核，與天然環境相比，人工模擬鹽霧環境中的NaCl濃度，可以是一般天然環境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，提高了腐蝕速度，在短時間內就可以得到評估結果。
    鹽(yan)霧試(shi)驗按試(shi)驗溶(rong)劑和溫度變(bian)化可分為中性鹽(yan)霧試(shi)驗NSS、乙醋(cu)酸(suan)鹽(yan)霧試(shi)驗AASS、銅加速醋(cu)酸(suan)鹽(yan)霧CASS及交(jiao)變(bian)鹽(yan)霧試(shi)驗等(deng)四(si)種類型。
    四類鹽霧(wu)試(shi)驗條件
    中性鹽霧(wu)試驗(yan)（NSS）是出現早(zao)目前應(ying)用領域廣的(de)一種加速腐蝕試驗(yan)方法。試驗(yan)條件為連續鹽霧(wu)，溫度(du)35℃，5%的(de)NaCl溶液；NaCl的(de)溶液pH值(zhi)在6.5~7.2之(zhi)間；鹽霧(wu)沉降量為1~2mL/h（80cm2）。
GB/T10125推薦的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    乙酸鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)試(shi)(shi)(shi)驗（AASS）是在(zai)中性(xing)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)試(shi)(shi)(shi)驗的基礎(chu)上(shang)(shang)發展起來的。試(shi)(shi)(shi)驗條件(jian)是NSS的基礎(chu)上(shang)(shang)，在(zai)5%的NaCl溶(rong)液(ye)中加(jia)入一些(xie)冰乙酸，使溶(rong)液(ye)的pH值降(jiang)為3.1~3.3之(zhi)間，形成酸性(xing)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)，試(shi)(shi)(shi)驗溫度35℃。
GB/T10125推(tui)薦的(de)時(shi)間(jian)為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    銅(tong)(tong)加(jia)速醋酸鹽霧(wu)試驗(yan)(yan)（CASS）的試驗(yan)(yan)條件是在0.26g/L的NaCl溶液中加(jia)入(ru)氯化銅(tong)(tong)（CuCl2·2H2O），pH值為3.1~3.3，試驗(yan)(yan)溫(wen)度50℃。
    GB/T10125推薦的時(shi)間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    交變(bian)鹽霧試(shi)(shi)驗(yan)是一種綜合鹽霧試(shi)(shi)驗(yan)，即將鹽霧、濕熱等測試(shi)(shi)條件進行組合循環，模擬復雜(za)環境。按照GB/T2423.18-2012標準(zhun)要求，鹽霧溫(wen)度35℃，NaCl的溶液pH值在6.5~7.2之(zhi)間，規定了6種嚴(yan)酷度等級。
    嚴(yan)(yan)酷等(deng)級(ji)(ji)（1）和（2）適(shi)用(yong)于(yu)試驗(yan)在(zai)海(hai)洋環境或(huo)(huo)在(zai)近海(hai)地(di)區使用(yong)的(de)(de)產品(pin)，一(yi)個(ge)循環。其中嚴(yan)(yan)酷等(deng)級(ji)(ji)（1）適(shi)用(yong)于(yu)試驗(yan)在(zai)大(da)部分(fen)使用(yong)壽(shou)命期間暴(bao)露于(yu)這種環境的(de)(de)產品(pin)（例(li)(li)如(ru)船(chuan)用(yong)雷達、甲(jia)板設備）；嚴(yan)(yan)酷等(deng)級(ji)(ji)（2）適(shi)用(yong)于(yu)試驗(yan)可能(neng)經常暴(bao)露于(yu)海(hai)洋環境、但(dan)通(tong)常會受封閉物保護的(de)(de)產品(pin)（如(ru)船(chuan)橋(qiao)或(huo)(huo)在(zai)控(kong)制室內使用(yong)的(de)(de)航海(hai)設備）；嚴(yan)(yan)酷等(deng)級(ji)(ji)（3）至（6）適(shi)用(yong)于(yu)通(tong)常在(zai)含鹽(yan)大(da)氣與干燥大(da)氣直接(jie)頻繁交替使用(yong)的(de)(de)產品(pin)，例(li)(li)如(ru)汽車級(ji)(ji)零部件(jian)。
    嚴酷(ku)等級(ji)（1）和（2）將(jiang)實驗(yan)程(cheng)序分成若(ruo)干個(ge)規定(ding)(ding)的(de)(de)噴(pen)霧(wu)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，每(mei)個(ge)噴(pen)霧(wu)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)之(zhi)后(hou)接一個(ge)濕(shi)熱貯存(cun)(cun)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，噴(pen)鹽(yan)(yan)溫度在(zai)15℃~35℃之(zhi)間，貯存(cun)(cun)條(tiao)件為(wei)(wei)(wei)溫度40℃，相對(dui)濕(shi)度93%。嚴酷(ku)等級(ji)（3）至(zhi)（6）將(jiang)實驗(yan)程(cheng)序分若(ruo)干規定(ding)(ding)的(de)(de)試驗(yan)循環。每(mei)個(ge)試驗(yan)循環的(de)(de)組成為(wei)(wei)(wei)：顯示四(si)個(ge)噴(pen)霧(wu)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，每(mei)個(ge)噴(pen)霧(wu)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)之(zhi)后(hou)都緊跟著一個(ge)濕(shi)熱貯存(cun)(cun)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，在(zai)噴(pen)霧(wu)和濕(shi)熱貯存(cun)(cun)之(zhi)后(hou)再在(zai)試驗(yan)標(biao)準大氣條(tiao)件下貯存(cun)(cun)一個(ge)周(zhou)(zhou)期(qi)(qi)。噴(pen)鹽(yan)(yan)溫度在(zai)15℃~35℃之(zhi)間，貯存(cun)(cun)條(tiao)件為(wei)(wei)(wei)溫度40℃，相對(dui)濕(shi)度93%。
鹽霧的(de)腐蝕(shi)機理
    鹽(yan)霧對金(jin)屬材料的腐(fu)蝕是以電化(hua)學作用而(er)逐漸地損壞的,主要(yao)是導電的鹽(yan)溶液滲入金(jin)屬內部發(fa)生(sheng)(sheng)了電化(hua)學反應,形成“低(di)電位金(jin)屬-電解(jie)(jie)質溶液-高電位雜質”的原電池系統,從而(er)發(fa)生(sheng)(sheng)電子轉移(yi),陽極金(jin)屬出現(xian)溶解(jie)(jie),終形成新的化(hua)合物(wu),即腐(fu)蝕生(sheng)(sheng)成物(wu)。同理對于金(jin)屬保護層(ceng)和有(you)機涂層(ceng)的鹽(yan)霧腐(fu)蝕機理也一樣(yang)。
    GJB548-2005方法1009對于腐(fu)(fu)蝕(shi)生成物的定義是指腐(fu)(fu)蝕(shi)作(zuo)用的結果(guo)（即銹或氧化(hua)鐵(tie)、氧化(hua)鎳、氧化(hua)錫等）。腐(fu)(fu)蝕(shi)生成物可能在原來腐(fu)(fu)蝕(shi)部位，或者由于鹽霧的流動或蔓延而覆蓋(gai)非(fei)腐(fu)(fu)蝕(shi)區域。
    鹽霧腐蝕破(po)壞過程中(zhong)起(qi)主要作用的(de)是(shi)Cl-, Cl-半(ban)徑(jing)較小,只有1.81×10-10m，因此具(ju)有很強的(de)穿透能力,容易穿透金(jin)屬氧化(hua)層(ceng)和防護層(ceng)進入(ru)到(dao)金(jin)屬內部,破(po)壞金(jin)屬的(de)鈍(dun)態(tai)。同時, Cl-具(ju)有一定的(de)水合(he)能,容易吸(xi)附(fu)在金(jin)屬表面的(de)孔隙、裂縫等位置,取代保(bao)護金(jin)屬氧化(hua)層(ceng)中(zhong)的(de)氧,致使金(jin)屬受(shou)到(dao)破(po)壞。
    鹽溶液的電化學腐蝕過程如下：
    陽極:金屬以水(shui)化離子的形式進入(ru)溶(rong)液(ye),并把(ba)當(dang)量的電子留在金屬
    Me→Me+++2e
    Me+++nH2O→Me--.2H2O或(huo)Me+nH2O→Me++.nH2O+2e電(dian)子(zi)從(cong)陽極(ji)流到陰極(ji)
   ; 陰極:留在金屬(shu)中的剩余電子(zi)被(bei)氧去(qu)極化,氯通過(guo)擴散(san)或對流,到達陰極表(biao)面(mian), 吸(xi)收電子(zi)而(er)成(cheng)為氫(qing)氧根離子(zi)：1/2O2+H2O+2e→2OH-,溶液中氯化鈉溶液離解，同時生(sheng)成(cheng)腐蝕物。
    NaCl→Na++Cl
    2Me+++2Cl-+2OH-→MeCl2.Me(OH)2
    除了Cl-外,鹽霧(wu)腐蝕機理還受溶解(jie)在(zai)鹽溶液里(li)(實質上是溶解(jie)在(zai)試樣表面的鹽液膜)氧的影響(xiang)。氧能夠引起(qi)金(jin)(jin)屬(shu)表面的去極化(hua)過程,從而加(jia)速陽極金(jin)(jin)屬(shu)溶解(jie)。
    另外(wai)，由于鹽霧試驗過(guo)程中(zhong)的(de)持續噴霧,不(bu)斷沉降(jiang)在試樣表面上的(de)鹽液膜使含氧量(liang)始終保(bao)持在接近飽和狀態(tai)。腐(fu)蝕(shi)物的(de)生成，使滲入(ru)金屬(shu)缺陷里鹽溶液的(de)體(ti)積逐(zhu)漸膨脹,因此導致了金屬(shu)內(nei)應(ying)(ying)力的(de)增大,引起應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi),涂層鼓(gu)起。
    鹽霧試驗條件(jian)對(dui)結果的影響
   腐蝕速率在(zai)很(hen)大程度(du)上取決于溫度(du)、鹽(yan)溶液濃度(du)、溶液PH值、鹽(yan)霧淀積率及流速等方面。
    (1)試驗溫(wen)度的影響
    隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高，腐(fu)蝕速度(du)(du)(du)也會越快(kuai)。IEC60355指(zhi)出：“溫(wen)度(du)(du)(du)每(mei)升(sheng)(sheng)高10℃,腐(fu)蝕速度(du)(du)(du)將(jiang)提高2～3倍,電解(jie)質的(de)導(dao)電率將(jiang)增加10%～20%”。這是因為溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高,試樣(yang)表面鹽液(ye)膜(mo)中的(de)離子運(yun)動加劇,化(hua)學反(fan)應速度(du)(du)(du)加快(kuai)。不過由(you)于氧在溶(rong)液(ye)中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)與(yu)溫(wen)度(du)(du)(du)成反(fan)比，所以(yi)當(dang)溫(wen)度(du)(du)(du)超過35℃后，腐(fu)蝕速度(du)(du)(du)反(fan)而隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高而降(jiang)低。
   腐蝕速度主要是受(shou)溫度與溶解在溶液(ye)中的氧(yang)含量兩(liang)個因素所影響。
    當溫度(du)(du)(du)低(di)于35℃時，雖然氧(yang)含量隨著溫度(du)(du)(du)升高而降低(di)，但在這種情況下電化學反應所(suo)需要(yao)的氧(yang)是足夠(gou)的，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)(du)(du)（即電化學反應速(su)度(du)(du)(du)）與溫度(du)(du)(du)成正比，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)(du)(du)受溫度(du)(du)(du)控制。
    當溫度(du)(du)高(gao)于35℃時(shi)，隨著溫度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)而導致氧含(han)量(liang)(liang)降(jiang)低，從而不能(neng)滿(man)足電化(hua)學(xue)(xue)(xue)反應(ying)所(suo)需要的(de)量(liang)(liang)。此時(shi)，腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)(du)是受溶解氧含(han)量(liang)(liang)控制(zhi)的(de)，雖然(ran)溫度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)會使化(hua)學(xue)(xue)(xue)反應(ying)速度(du)(du)提(ti)高(gao)，但由于是氧在(zai)參與電化(hua)學(xue)(xue)(xue)反應(ying)，所(suo)以(yi)氧濃度(du)(du)下(xia)降(jiang)，腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)(du)卻隨溫度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)而降(jiang)低。
    (2)溶液濃度(du)的(de)影(ying)響
    在(zai)(zai)一定溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)條(tiao)件(jian)下，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)是由(you)鹽(yan)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)與溶解(jie)在(zai)(zai)溶液中(zhong)的(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)兩(liang)個因素來(lai)(lai)控(kong)制的(de)(de)。當(dang)(dang)溶液中(zhong)氧(yang)的(de)(de)含(han)量(liang)(liang)能(neng)(neng)滿足(zu)電化學(xue)反(fan)應(ying)時，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)受鹽(yan)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)控(kong)制，即Cl-濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)越大(da)(da)，發生的(de)(de)反(fan)應(ying)越強，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)與濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)成(cheng)正比。當(dang)(dang)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)增(zeng)加到5%時，氧(yang)含(han)量(liang)(liang)達(da)到相對的(de)(de)飽和，當(dang)(dang)鹽(yan)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)持續增(zeng)加后(hou)，溶解(jie)的(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)將逐漸(jian)降低(di)，不能(neng)(neng)滿足(zu)電化學(xue)反(fan)應(ying)的(de)(de)需求。這時，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)是受溶液中(zhong)氧(yang)的(de)(de)含(han)量(liang)(liang)來(lai)(lai)控(kong)制。雖然(ran)Cl-濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)變大(da)(da)，但(dan)此時起主要作用的(de)(de)是氧(yang)，所以腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)隨濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加而(er)變小。
    (3)溶液PH值的影響
    溶(rong)液(ye)的pH值反映了溶(rong)液(ye)的酸(suan)堿(jian)度(du)。pH值越(yue)低,溶(rong)液(ye)中氫離子的濃度(du)越(yue)高(gao)，酸(suan)性(xing)(xing)越(yue)強(qiang)(qiang),腐蝕性(xing)(xing)也(ye)越(yue)強(qiang)(qiang)。所以(yi)為了使(shi)腐蝕速度(du)穩定在可控范圍內，應避(bi)免NaCl受其他因(yin)素(su)影響而(er)引起酸(suan)性(xing)(xing)或堿(jian)性(xing)(xing)。
    (4)鹽霧(wu)淀積率的影響
    鹽(yan)(yan)霧(wu)淀積率是(shi)單位時間內在試(shi)驗區域(yu)上淀積的(de)(de)(de)(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)量，反映了噴霧(wu)密度和均勻性(xing)。鹽(yan)(yan)霧(wu)顆(ke)粒的(de)(de)(de)(de)大小與(yu)吸(xi)(xi)附的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含量及(ji)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)息息相關。自(zi)然界中90%以上的(de)(de)(de)(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)顆(ke)粒直(zhi)徑(jing)在1μm以下。有研究表明，直(zhi)徑(jing)1μm的(de)(de)(de)(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)顆(ke)粒表面所(suo)吸(xi)(xi)附的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)量與(yu)顆(ke)粒內部溶解(jie)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)量是(shi)相對(dui)平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)，鹽(yan)(yan)霧(wu)顆(ke)粒再(zai)小，所(suo)吸(xi)(xi)附的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)量也(ye)不再(zai)增加(jia)。但如果液膜中的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)是(shi)靜(jing)止的(de)(de)(de)(de)，當液膜與(yu)金屬接觸,金屬會(hui)很(hen)快腐(fu)(fu)蝕(shi),同時液膜中的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)也(ye)很(hen)快下降,使腐(fu)(fu)蝕(shi)反應減慢。如果液膜不斷更(geng)新,腐(fu)(fu)蝕(shi)就會(hui)連續進行(xing)。
    金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)面(mian)液(ye)膜(mo)的(de)更新速度隨鹽霧淀(dian)積(ji)(ji)(ji)率(lv)的(de)增加(jia)而加(jia)快(kuai)(kuai)。鹽霧淀(dian)積(ji)(ji)(ji)率(lv)過低(di)會影響金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)面(mian)液(ye)膜(mo)的(de)更新速度。當(dang)淀(dian)積(ji)(ji)(ji)率(lv)小于0.3mL/cm2·d時,腐蝕(shi)速度隨淀(dian)積(ji)(ji)(ji)率(lv)的(de)增加(jia)而增加(jia)。這是因為金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)面(mian)液(ye)膜(mo)較薄,氧(yang)很快(kuai)(kuai)到(dao)達(da)陰極表(biao)(biao)面(mian),腐蝕(shi)率(lv)會緩(huan)(huan)慢(man)上升,并逐漸趨于平穩；當(dang)沉降率(lv)超過1.2mL/cm2·d時,液(ye)膜(mo)將增厚，氧(yang)的(de)擴散(san)距(ju)離(li)將增加(jia)，從(cong)而到(dao)達(da)陰極表(biao)(biao)面(mian)減緩(huan)(huan)，腐蝕(shi)速度反而不加(jia)快(kuai)(kuai)。
    因此，控制鹽霧(wu)淀積率，保障腐蝕(shi)速度穩定(ding)，使試驗結果(guo)可以再現(xian)。一般要(yao)求(qiu)鹽霧(wu)淀積率控制在1~2mL/80cm2·h范(fan)圍內。
    (5)試(shi)樣擺放角(jiao)度的影響
    在(zai)鹽(yan)(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)中,由于試(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱(xiang)內(nei)的(de)(de)(de)(de)溫度、鹽(yan)(yan)溶液濃度是恒定的(de)(de)(de)(de),在(zai)控制(zhi)好鹽(yan)(yan)霧淀(dian)積(ji)率的(de)(de)(de)(de)同時(shi)，試(shi)(shi)樣(yang)在(zai)鹽(yan)(yan)霧箱(xiang)中的(de)(de)(de)(de)放置角(jiao)度將(jiang)對試(shi)(shi)驗(yan)(yan)結果(guo)將(jiang)產(chan)生重要(yao)影響。鹽(yan)(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)是以垂直(zhi)方向(xiang)淀(dian)積(ji)的(de)(de)(de)(de),在(zai)初(chu)始階(jie)段,腐(fu)蝕(shi)幾乎(hu)全(quan)部(bu)在(zai)試(shi)(shi)樣(yang)向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)一面(mian)(mian)發生,這和自然環(huan)境(jing)下(xia)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)情況存在(zai)差異。在(zai)自然環(huan)境(jing)下(xia),試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)兩面(mian)(mian)都會受到鹽(yan)(yan)霧腐(fu)蝕(shi),而且(qie)有(you)時(shi)試(shi)(shi)樣(yang)背面(mian)(mian)還更嚴(yan)重,說明鹽(yan)(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)本質上(shang)與自然環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)(de)不同。試(shi)(shi)樣(yang)放置角(jiao)度(樣(yang)品與水平面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)夾角(jiao))的(de)(de)(de)(de)變化會嚴(yan)重影響水平面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)投影面(mian)(mian)積(ji),直(zhi)接關系到試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)鹽(yan)(yan)霧淀(dian)積(ji)量，一般推薦試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)擺放角(jiao)度為20℃~30℃。
    (6)流(liu)速的影響
    在氧濃度、溫度、鹽濃度一定(ding)時，流(liu)速與(yu)腐蝕速度成(cheng)正比關系，流(liu)速增加會導(dao)致(zhi)腐蝕速度的(de)加快(kuai)。

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