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技(ji)術文章
鹽霧試驗腐蝕機理及試驗條件對結果的影響
來源： 網絡(luo) 時間：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)(shi)驗(yan)(yan)按試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溶劑和(he)溫度變(bian)(bian)化(hua)可分為中性鹽(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)NSS、乙(yi)醋(cu)酸鹽(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)AASS、銅(tong)加速醋(cu)酸鹽(yan)霧CASS及(ji)交變(bian)(bian)鹽(yan)霧試(shi)(shi)驗(yan)(yan)等四(si)種類型。
    四(si)類鹽霧(wu)試(shi)驗條件
    中性鹽霧試(shi)(shi)驗（NSS）是(shi)出(chu)現(xian)早目(mu)前(qian)應用領域(yu)廣的(de)一種加速腐蝕試(shi)(shi)驗方(fang)法。試(shi)(shi)驗條件為連續鹽霧，溫(wen)度(du)35℃，5%的(de)NaCl溶液；NaCl的(de)溶液pH值(zhi)在6.5~7.2之間；鹽霧沉降量為1~2mL/h（80cm2）。
GB/T10125推薦(jian)的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    乙酸鹽霧試(shi)驗(yan)（AASS）是在中(zhong)性鹽霧試(shi)驗(yan)的(de)基(ji)礎(chu)上發展起來的(de)。試(shi)驗(yan)條(tiao)件是NSS的(de)基(ji)礎(chu)上，在5%的(de)NaCl溶液中(zhong)加入一(yi)些冰乙酸，使溶液的(de)pH值降(jiang)為3.1~3.3之間，形成酸性鹽霧，試(shi)驗(yan)溫度35℃。
GB/T10125推薦(jian)的時(shi)間為(wei)：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    銅(tong)加速醋酸鹽(yan)霧試驗(yan)（CASS）的試驗(yan)條件是在0.26g/L的NaCl溶液中(zhong)加入氯化(hua)銅(tong)（CuCl2·2H2O），pH值為3.1~3.3，試驗(yan)溫度50℃。
    GB/T10125推薦(jian)的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    交(jiao)變鹽(yan)霧試驗(yan)(yan)是(shi)一種(zhong)(zhong)綜合鹽(yan)霧試驗(yan)(yan)，即(ji)將鹽(yan)霧、濕熱等(deng)測試條件進行組(zu)合循環(huan)，模擬復雜環(huan)境。按照(zhao)GB/T2423.18-2012標準要求(qiu)，鹽(yan)霧溫度35℃，NaCl的(de)溶液pH值在6.5~7.2之間，規定了6種(zhong)(zhong)嚴酷度等(deng)級(ji)。
    嚴(yan)酷(ku)等級（1）和（2）適用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)試驗在海(hai)洋(yang)環(huan)境或在近(jin)海(hai)地區使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)產(chan)(chan)品，一個循(xun)環(huan)。其中嚴(yan)酷(ku)等級（1）適用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)試驗在大部分使(shi)(shi)用(yong)(yong)壽命期間暴露(lu)(lu)于(yu)(yu)(yu)(yu)這種環(huan)境的(de)產(chan)(chan)品（例如船用(yong)(yong)雷(lei)達、甲板設備）；嚴(yan)酷(ku)等級（2）適用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)試驗可能經常(chang)暴露(lu)(lu)于(yu)(yu)(yu)(yu)海(hai)洋(yang)環(huan)境、但通常(chang)會(hui)受封閉物保護(hu)的(de)產(chan)(chan)品（如船橋(qiao)或在控制室內(nei)使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)航海(hai)設備）；嚴(yan)酷(ku)等級（3）至（6）適用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)通常(chang)在含鹽大氣與干燥大氣直(zhi)接頻繁(fan)交(jiao)替使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)產(chan)(chan)品，例如汽(qi)車(che)級零部件。
    嚴(yan)酷等級(ji)(ji)（1）和（2）將(jiang)實驗(yan)程序(xu)分成若(ruo)(ruo)干個(ge)規定的噴霧(wu)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，每(mei)(mei)個(ge)噴霧(wu)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)之(zhi)(zhi)后接(jie)一個(ge)濕熱(re)貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，噴鹽溫度(du)(du)(du)在(zai)15℃~35℃之(zhi)(zhi)間(jian)(jian)，貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)條(tiao)件為(wei)溫度(du)(du)(du)40℃，相對(dui)濕度(du)(du)(du)93%。嚴(yan)酷等級(ji)(ji)（3）至（6）將(jiang)實驗(yan)程序(xu)分若(ruo)(ruo)干規定的試(shi)(shi)驗(yan)循環。每(mei)(mei)個(ge)試(shi)(shi)驗(yan)循環的組(zu)成為(wei)：顯示四個(ge)噴霧(wu)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，每(mei)(mei)個(ge)噴霧(wu)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)之(zhi)(zhi)后都(dou)緊跟著一個(ge)濕熱(re)貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)，在(zai)噴霧(wu)和濕熱(re)貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)之(zhi)(zhi)后再在(zai)試(shi)(shi)驗(yan)標準大氣條(tiao)件下貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)一個(ge)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)(qi)。噴鹽溫度(du)(du)(du)在(zai)15℃~35℃之(zhi)(zhi)間(jian)(jian)，貯(zhu)(zhu)(zhu)存(cun)(cun)(cun)條(tiao)件為(wei)溫度(du)(du)(du)40℃，相對(dui)濕度(du)(du)(du)93%。
鹽霧的腐蝕(shi)機(ji)理
    鹽(yan)霧(wu)對金(jin)屬材料的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)是(shi)以(yi)電(dian)(dian)化學作用而(er)逐(zhu)漸地損壞的(de)(de),主要(yao)是(shi)導電(dian)(dian)的(de)(de)鹽(yan)溶液滲入金(jin)屬內部發生了(le)電(dian)(dian)化學反應,形(xing)成“低電(dian)(dian)位金(jin)屬-電(dian)(dian)解(jie)(jie)質溶液-高電(dian)(dian)位雜質”的(de)(de)原電(dian)(dian)池系(xi)統(tong),從而(er)發生電(dian)(dian)子轉移,陽(yang)極金(jin)屬出現(xian)溶解(jie)(jie),終形(xing)成新(xin)的(de)(de)化合物,即(ji)腐(fu)蝕(shi)生成物。同理(li)對于金(jin)屬保護層和有機涂層的(de)(de)鹽(yan)霧(wu)腐(fu)蝕(shi)機理(li)也一樣。
    GJB548-2005方法1009對于腐(fu)蝕(shi)生成物(wu)(wu)的(de)定義是(shi)指腐(fu)蝕(shi)作用的(de)結果(guo)（即(ji)銹(xiu)或(huo)氧化(hua)(hua)鐵、氧化(hua)(hua)鎳、氧化(hua)(hua)錫等）。腐(fu)蝕(shi)生成物(wu)(wu)可(ke)能在原來腐(fu)蝕(shi)部位，或(huo)者由于鹽霧的(de)流動或(huo)蔓延(yan)而(er)覆蓋(gai)非腐(fu)蝕(shi)區域。
    鹽霧腐蝕破壞過程(cheng)中起主要作用的是(shi)Cl-, Cl-半徑較小,只有(you)1.81×10-10m，因(yin)此具有(you)很強(qiang)的穿透(tou)能(neng)力,容易(yi)穿透(tou)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)氧化層(ceng)(ceng)和防護層(ceng)(ceng)進入到(dao)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)內(nei)部,破壞金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的鈍(dun)態(tai)。同時, Cl-具有(you)一(yi)定(ding)的水合能(neng),容易(yi)吸(xi)附在金(jin)(jin)屬(shu)(shu)表面的孔(kong)隙、裂縫(feng)等位(wei)置,取代保護金(jin)(jin)屬(shu)(shu)氧化層(ceng)(ceng)中的氧,致(zhi)使(shi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)受到(dao)破壞。
    鹽溶(rong)液的電化學腐蝕過程如(ru)下：
    陽極:金屬(shu)以(yi)水化離子的形式(shi)進(jin)入溶液,并把(ba)當量的電子留在金屬(shu)
    Me→Me+++2e
    Me+++nH2O→Me--.2H2O或Me+nH2O→Me++.nH2O+2e電子從陽極(ji)流到陰極(ji)
    陰極(ji):留在金屬中的剩余電子被氧去極(ji)化,氯通過擴散或對(dui)流,到(dao)達陰極(ji)表面(mian), 吸收電子而成為(wei)氫氧根離子：1/2O2+H2O+2e→2OH-,溶液中氯化鈉溶液離解，同時生成腐蝕(shi)物。
    NaCl→Na++Cl
    2Me+++2Cl-+2OH-→MeCl2.Me(OH)2
    除了Cl-外,鹽(yan)霧腐(fu)蝕機理還受(shou)溶解在鹽(yan)溶液里(實質上是(shi)溶解在試樣表面(mian)的鹽(yan)液膜)氧(yang)的影響。氧(yang)能夠(gou)引起金屬表面(mian)的去極化過(guo)程,從而加速陽(yang)極金屬溶解。
    另外，由于(yu)鹽霧(wu)試驗過程中(zhong)的(de)(de)持(chi)續噴霧(wu),不斷沉降在試樣(yang)表面上(shang)的(de)(de)鹽液膜使含(han)氧(yang)量始終(zhong)保持(chi)在接近飽和(he)狀態(tai)。腐(fu)蝕(shi)物的(de)(de)生成，使滲入金屬(shu)缺陷里鹽溶液的(de)(de)體(ti)積逐漸膨脹,因此(ci)導(dao)致了金屬(shu)內應力的(de)(de)增大,引(yin)起應力腐(fu)蝕(shi),涂(tu)層鼓起。
    鹽霧(wu)試驗條件(jian)對結果(guo)的影響(xiang)
    腐(fu)蝕速(su)(su)率(lv)在很大程(cheng)度上取決于溫度、鹽溶液濃度、溶液PH值、鹽霧淀積(ji)率(lv)及流速(su)(su)等方面。
    (1)試驗溫度的(de)影響
    隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)升高(gao)，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)(su)度(du)(du)也會越快。IEC60355指出：“溫(wen)度(du)(du)每升高(gao)10℃,腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)(su)度(du)(du)將提高(gao)2～3倍(bei),電解(jie)質的導電率將增加10%～20%”。這是(shi)因為溫(wen)度(du)(du)升高(gao),試樣(yang)表(biao)面鹽液(ye)膜中的離子運動加劇(ju),化(hua)學反應速(su)(su)(su)度(du)(du)加快。不(bu)過(guo)由(you)于氧在溶(rong)(rong)液(ye)中的溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)與溫(wen)度(du)(du)成(cheng)反比，所以當溫(wen)度(du)(du)超過(guo)35℃后，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)(su)度(du)(du)反而(er)隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)升高(gao)而(er)降低(di)。
    腐蝕速度主要是受溫度與溶(rong)解(jie)在溶(rong)液中(zhong)的氧含量(liang)兩個因素所(suo)影響。
    當溫(wen)度(du)(du)低于35℃時，雖然氧(yang)含量隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao)而降低，但在這種情況下電化學反(fan)應(ying)所需(xu)要的氧(yang)是(shi)足夠的，腐蝕速度(du)(du)（即電化學反(fan)應(ying)速度(du)(du)）與溫(wen)度(du)(du)成正比，腐蝕速度(du)(du)受溫(wen)度(du)(du)控制(zhi)。
    當溫度高(gao)于(yu)35℃時(shi)(shi)，隨(sui)著溫度升(sheng)(sheng)(sheng)高(gao)而導致氧(yang)含(han)量降低(di)，從而不能滿足電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)(ying)所需要的量。此時(shi)(shi)，腐(fu)蝕(shi)速(su)度是(shi)受溶解(jie)氧(yang)含(han)量控制的，雖然溫度升(sheng)(sheng)(sheng)高(gao)會使化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)(ying)速(su)度提高(gao)，但由于(yu)是(shi)氧(yang)在參與電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)(ying)，所以氧(yang)濃度下降，腐(fu)蝕(shi)速(su)度卻隨(sui)溫度升(sheng)(sheng)(sheng)高(gao)而降低(di)。
    (2)溶液濃度(du)的影(ying)響
    在一定溫度(du)(du)(du)條件下，腐蝕速度(du)(du)(du)是(shi)由鹽濃度(du)(du)(du)與溶(rong)(rong)解在溶(rong)(rong)液中(zhong)的(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)兩個因素來(lai)控(kong)制的(de)(de)。當溶(rong)(rong)液中(zhong)氧(yang)(yang)的(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)能(neng)滿足(zu)(zu)電化(hua)學(xue)反應時，腐蝕速度(du)(du)(du)受(shou)鹽濃度(du)(du)(du)控(kong)制，即(ji)Cl-濃度(du)(du)(du)越大(da)，發生(sheng)的(de)(de)反應越強(qiang)，腐蝕速度(du)(du)(du)與濃度(du)(du)(du)成(cheng)正比。當濃度(du)(du)(du)增加到5%時，氧(yang)(yang)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)達到相(xiang)對的(de)(de)飽和(he)，當鹽濃度(du)(du)(du)持續增加后，溶(rong)(rong)解的(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)將逐漸降低，不能(neng)滿足(zu)(zu)電化(hua)學(xue)反應的(de)(de)需(xu)求(qiu)。這(zhe)時，腐蝕速度(du)(du)(du)是(shi)受(shou)溶(rong)(rong)液中(zhong)氧(yang)(yang)的(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)來(lai)控(kong)制。雖然Cl-濃度(du)(du)(du)變(bian)(bian)大(da)，但此時起主要作用的(de)(de)是(shi)氧(yang)(yang)，所以腐蝕速度(du)(du)(du)隨濃度(du)(du)(du)的(de)(de)增加而(er)變(bian)(bian)小。
    (3)溶液(ye)PH值(zhi)的影響
    溶(rong)液的(de)pH值(zhi)反映(ying)了(le)溶(rong)液的(de)酸堿度。pH值(zhi)越低(di),溶(rong)液中氫離子的(de)濃度越高(gao)，酸性越強(qiang),腐蝕性也越強(qiang)。所(suo)以為了(le)使腐蝕速度穩(wen)定在可(ke)控范圍內，應避免NaCl受其(qi)他(ta)因素影響(xiang)而引起(qi)酸性或堿性。
    (4)鹽霧淀積率的影響
    鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)淀(dian)積率(lv)是(shi)單位時間內(nei)在(zai)試驗區域上淀(dian)積的(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)量，反映了噴霧(wu)(wu)密(mi)度和均勻性。鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)顆粒(li)的(de)大小(xiao)與(yu)(yu)吸附的(de)氧(yang)含量及腐蝕(shi)(shi)性息息相關。自然界中(zhong)90%以上的(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)顆粒(li)直(zhi)徑(jing)在(zai)1μm以下。有研(yan)究表明，直(zhi)徑(jing)1μm的(de)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)顆粒(li)表面所(suo)吸附的(de)氧(yang)量與(yu)(yu)顆粒(li)內(nei)部溶解的(de)氧(yang)量是(shi)相對平衡的(de)，鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)顆粒(li)再小(xiao)，所(suo)吸附的(de)氧(yang)量也不再增(zeng)加。但如果(guo)液膜中(zhong)的(de)氧(yang)是(shi)靜止的(de)，當液膜與(yu)(yu)金屬接觸(chu),金屬會很快腐蝕(shi)(shi),同時液膜中(zhong)的(de)氧(yang)也很快下降,使腐蝕(shi)(shi)反應(ying)減慢。如果(guo)液膜不斷更(geng)新,腐蝕(shi)(shi)就會連續進(jin)行。
    金屬表(biao)面(mian)液(ye)(ye)膜的更(geng)新(xin)速(su)(su)度(du)隨鹽(yan)霧淀積(ji)(ji)率(lv)的增(zeng)加而(er)加快(kuai)。鹽(yan)霧淀積(ji)(ji)率(lv)過(guo)低會(hui)影響金屬表(biao)面(mian)液(ye)(ye)膜的更(geng)新(xin)速(su)(su)度(du)。當淀積(ji)(ji)率(lv)小于0.3mL/cm2·d時,腐(fu)蝕速(su)(su)度(du)隨淀積(ji)(ji)率(lv)的增(zeng)加而(er)增(zeng)加。這是因為金屬表(biao)面(mian)液(ye)(ye)膜較薄,氧很快(kuai)到達陰(yin)極表(biao)面(mian),腐(fu)蝕率(lv)會(hui)緩慢(man)上升(sheng),并逐漸趨(qu)于平(ping)穩；當沉降率(lv)超(chao)過(guo)1.2mL/cm2·d時,液(ye)(ye)膜將增(zeng)厚，氧的擴散距離將增(zeng)加，從而(er)到達陰(yin)極表(biao)面(mian)減緩，腐(fu)蝕速(su)(su)度(du)反而(er)不(bu)加快(kuai)。
    因(yin)此，控制鹽霧淀(dian)積率，保障腐蝕速(su)度穩定，使試驗結果可以再現。一(yi)般(ban)要求(qiu)鹽霧淀(dian)積率控制在(zai)1~2mL/80cm2·h范圍內。
    (5)試樣擺放角度的影響
    在(zai)(zai)鹽(yan)霧試(shi)驗(yan)(yan)(yan)中,由于(yu)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)箱(xiang)內的(de)溫度(du)(du)、鹽(yan)溶液濃度(du)(du)是(shi)恒定的(de),在(zai)(zai)控制好鹽(yan)霧淀積率的(de)同時，試(shi)樣(yang)(yang)在(zai)(zai)鹽(yan)霧箱(xiang)中的(de)放置角(jiao)度(du)(du)將對(dui)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)結果將產(chan)生重(zhong)要(yao)影響(xiang)。鹽(yan)霧試(shi)驗(yan)(yan)(yan)是(shi)以(yi)垂直(zhi)(zhi)方向(xiang)淀積的(de),在(zai)(zai)初始階段,腐(fu)蝕(shi)幾(ji)乎全(quan)部在(zai)(zai)試(shi)樣(yang)(yang)向(xiang)上(shang)的(de)一面(mian)發生,這(zhe)和自(zi)(zi)然環境(jing)下的(de)腐(fu)蝕(shi)情(qing)況存在(zai)(zai)差異(yi)。在(zai)(zai)自(zi)(zi)然環境(jing)下,試(shi)樣(yang)(yang)的(de)兩(liang)面(mian)都(dou)會受到鹽(yan)霧腐(fu)蝕(shi),而且有時試(shi)樣(yang)(yang)背面(mian)還更嚴重(zhong),說明(ming)鹽(yan)霧試(shi)驗(yan)(yan)(yan)本質上(shang)與自(zi)(zi)然環境(jing)的(de)不(bu)同。試(shi)樣(yang)(yang)放置角(jiao)度(du)(du)(樣(yang)(yang)品與水(shui)平面(mian)的(de)夾角(jiao))的(de)變化會嚴重(zhong)影響(xiang)水(shui)平面(mian)上(shang)的(de)投(tou)影面(mian)積,直(zhi)(zhi)接關(guan)系到試(shi)樣(yang)(yang)表面(mian)的(de)鹽(yan)霧淀積量(liang)，一般推薦試(shi)樣(yang)(yang)的(de)擺(bai)放角(jiao)度(du)(du)為(wei)20℃~30℃。
    (6)流速的影響
    在氧濃(nong)度(du)、溫度(du)、鹽濃(nong)度(du)一(yi)定時，流(liu)速與腐蝕速度(du)成(cheng)正比關(guan)系，流(liu)速增加會(hui)導致腐蝕速度(du)的加快。

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