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鹽霧試驗腐蝕機理及試驗條件對結(jié)果的影響

作者：網(wǎng)絡(luò) 編輯：瑞凱儀器來源：網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布日期： 2020.07.29

    鹽霧試驗是一種主要利用鹽霧試驗設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗，主要分為天然環(huán)境暴露試驗及人工模擬鹽霧環(huán)境試驗兩大類。
    人工模擬鹽霧環(huán)境試驗是利用鹽霧試驗箱，在其容積空間內(nèi)模擬鹽霧環(huán)境來對產(chǎn)品的耐鹽霧腐蝕性能進行考核，與天然環(huán)境相比，人工模擬鹽霧環(huán)境中的NaCl濃度，可以是一般天然環(huán)境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，提高了腐蝕速度，在短時間內(nèi)就可以得到評估結(jié)果。
    鹽霧試驗按試驗溶劑和溫度變化可分為中性鹽霧試驗NSS、乙醋酸鹽霧試驗AASS、銅加速醋酸鹽霧CASS及交變鹽霧試驗等四種類型。
    四類鹽霧試驗條件
    中性鹽霧試驗（NSS）是出現(xiàn)早目前應(yīng)用領(lǐng)域廣的一種加速腐蝕試驗方法。試驗條件為連續(xù)鹽霧，溫度35℃，5%的NaCl溶液；NaCl的溶液pH值在6.5~7.2之間；鹽霧沉降量為1~2mL/h（80cm2）。
GB/T10125推薦的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    乙酸鹽霧試驗（AASS）是在中性鹽霧試驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。試驗條件是NSS的基礎(chǔ)上，在5%的NaCl溶液中加入一些冰乙酸，使溶液的pH值降為3.1~3.3之間，形成酸性鹽霧，試驗溫度35℃。
GB/T10125推薦的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    銅加速醋酸鹽霧試驗（CASS）的試驗條件是在0.26g/L的NaCl溶液中加入氯化銅（CuCl2·2H2O），pH值為3.1~3.3，試驗溫度50℃。
    GB/T10125推薦的時間為：(2h、6h、24h、48h、72h、96h、144h、240h、480h、720h、1000h)
    交變鹽霧試驗是一種綜合鹽霧試驗，即將鹽霧、濕熱等測試條件進行組合循環(huán)，模擬復(fù)雜環(huán)境。按照GB/T2423.18-2012標(biāo)準(zhǔn)要求，鹽霧溫度35℃，NaCl的溶液pH值在6.5~7.2之間，規(guī)定了6種嚴酷度等級。
    嚴酷等級（1）和（2）適用于試驗在海洋環(huán)境或在近海地區(qū)使用的產(chǎn)品，一個循環(huán)。其中嚴酷等級（1）適用于試驗在大部分使用壽命期間暴露于這種環(huán)境的產(chǎn)品（例如船用雷達、甲板設(shè)備）；嚴酷等級（2）適用于試驗可能經(jīng)常暴露于海洋環(huán)境、但通常會受封閉物保護的產(chǎn)品（如船橋或在控制室內(nèi)使用的航海設(shè)備）；嚴酷等級（3）至（6）適用于通常在含鹽大氣與干燥大氣直接頻繁交替使用的產(chǎn)品，例如汽車級零部件。
    嚴酷等級（1）和（2）將實驗程序分成若干個規(guī)定的噴霧周期，每個噴霧周期之后接一個濕熱貯存周期，噴鹽溫度在15℃~35℃之間，貯存條件為溫度40℃，相對濕度93%。嚴酷等級（3）至（6）將實驗程序分若干規(guī)定的試驗循環(huán)。每個試驗循環(huán)的組成為：顯示四個噴霧周期，每個噴霧周期之后都緊跟著一個濕熱貯存周期，在噴霧和濕熱貯存之后再在試驗標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下貯存一個周期。噴鹽溫度在15℃~35℃之間，貯存條件為溫度40℃，相對濕度93%。
鹽霧的腐蝕機理
    鹽霧對金屬材料的腐蝕是以電化學(xué)作用而逐漸地損壞的,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“低電位金屬-電解質(zhì)溶液-高電位雜質(zhì)”的原電池系統(tǒng),從而發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,陽極金屬出現(xiàn)溶解,終形成新的化合物,即腐蝕生成物。同理對于金屬保護層和有機涂層的鹽霧腐蝕機理也一樣。
    GJB548-2005方法1009對于腐蝕生成物的定義是指腐蝕作用的結(jié)果（即銹或氧化鐵、氧化鎳、氧化錫等）。腐蝕生成物可能在原來腐蝕部位，或者由于鹽霧的流動或蔓延而覆蓋非腐蝕區(qū)域。
    鹽霧腐蝕破壞過程中起主要作用的是Cl-, Cl-半徑較小,只有1.81×10-10m，因此具有很強的穿透能力,容易穿透金屬氧化層和防護層進入到金屬內(nèi)部,破壞金屬的鈍態(tài)。同時, Cl-具有一定的水合能,容易吸附在金屬表面的孔隙、裂縫等位置,取代保護金屬氧化層中的氧,致使金屬受到破壞。
    鹽溶液的電化學(xué)腐蝕過程如下：
    陽極:金屬以水化離子的形式進入溶液,并把當(dāng)量的電子留在金屬
    Me→Me+++2e
    Me+++nH2O→Me--.2H2O或Me+nH2O→Me++.nH2O+2e電子從陽極流到陰極
    陰極:留在金屬中的剩余電子被氧去極化,氯通過擴散或?qū)α?到達陰極表面, 吸收電子而成為氫氧根離子：1/2O2+H2O+2e→2OH-,溶液中氯化鈉溶液離解，同時生成腐蝕物。
    NaCl→Na++Cl
    2Me+++2Cl-+2OH-→MeCl2.Me(OH)2
    除了Cl-外,鹽霧腐蝕機理還受溶解在鹽溶液里(實質(zhì)上是溶解在試樣表面的鹽液膜)氧的影響。氧能夠引起金屬表面的去極化過程,從而加速陽極金屬溶解。
    另外，由于鹽霧試驗過程中的持續(xù)噴霧,不斷沉降在試樣表面上的鹽液膜使含氧量始終保持在接近飽和狀態(tài)。腐蝕物的生成，使?jié)B入金屬缺陷里鹽溶液的體積逐漸膨脹,因此導(dǎo)致了金屬內(nèi)應(yīng)力的增大,引起應(yīng)力腐蝕,涂層鼓起。
    鹽霧試驗條件對結(jié)果的影響
    腐蝕速率在很大程度上取決于溫度、鹽溶液濃度、溶液PH值、鹽霧淀積率及流速等方面。
    (1)試驗溫度的影響
    隨著溫度升高，腐蝕速度也會越快。IEC60355指出：“溫度每升高10℃,腐蝕速度將提高2～3倍,電解質(zhì)的導(dǎo)電率將增加10%～20%”。這是因為溫度升高,試樣表面鹽液膜中的離子運動加劇,化學(xué)反應(yīng)速度加快。不過由于氧在溶液中的溶解度與溫度成反比，所以當(dāng)溫度超過35℃后，腐蝕速度反而隨著溫度升高而降低。
    腐蝕速度主要是受溫度與溶解在溶液中的氧含量兩個因素所影響。
    當(dāng)溫度低于35℃時，雖然氧含量隨著溫度升高而降低，但在這種情況下電化學(xué)反應(yīng)所需要的氧是足夠的，腐蝕速度（即電化學(xué)反應(yīng)速度）與溫度成正比，腐蝕速度受溫度控制。
    當(dāng)溫度高于35℃時，隨著溫度升高而導(dǎo)致氧含量降低，從而不能滿足電化學(xué)反應(yīng)所需要的量。此時，腐蝕速度是受溶解氧含量控制的，雖然溫度升高會使化學(xué)反應(yīng)速度提高，但由于是氧在參與電化學(xué)反應(yīng)，所以氧濃度下降，腐蝕速度卻隨溫度升高而降低。
    (2)溶液濃度的影響
    在一定溫度條件下，腐蝕速度是由鹽濃度與溶解在溶液中的氧含量兩個因素來控制的。當(dāng)溶液中氧的含量能滿足電化學(xué)反應(yīng)時，腐蝕速度受鹽濃度控制，即Cl-濃度越大，發(fā)生的反應(yīng)越強，腐蝕速度與濃度成正比。當(dāng)濃度增加到5%時，氧含量達到相對的飽和，當(dāng)鹽濃度持續(xù)增加后，溶解的氧含量將逐漸降低，不能滿足電化學(xué)反應(yīng)的需求。這時，腐蝕速度是受溶液中氧的含量來控制。雖然Cl-濃度變大，但此時起主要作用的是氧，所以腐蝕速度隨濃度的增加而變小。
    (3)溶液PH值的影響
    溶液的pH值反映了溶液的酸堿度。pH值越低,溶液中氫離子的濃度越高，酸性越強,腐蝕性也越強。所以為了使腐蝕速度穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)，應(yīng)避免NaCl受其他因素影響而引起酸性或堿性。
    (4)鹽霧淀積率的影響
    鹽霧淀積率是單位時間內(nèi)在試驗區(qū)域上淀積的鹽霧量，反映了噴霧密度和均勻性。鹽霧顆粒的大小與吸附的氧含量及腐蝕性息息相關(guān)。自然界中90%以上的鹽霧顆粒直徑在1μm以下。有研究表明，直徑1μm的鹽霧顆粒表面所吸附的氧量與顆粒內(nèi)部溶解的氧量是相對平衡的，鹽霧顆粒再小，所吸附的氧量也不再增加。但如果液膜中的氧是靜止的，當(dāng)液膜與金屬接觸,金屬會很快腐蝕,同時液膜中的氧也很快下降,使腐蝕反應(yīng)減慢。如果液膜不斷更新,腐蝕就會連續(xù)進行。
    金屬表面液膜的更新速度隨鹽霧淀積率的增加而加快。鹽霧淀積率過低會影響金屬表面液膜的更新速度。當(dāng)?shù)矸e率小于0.3mL/cm2·d時,腐蝕速度隨淀積率的增加而增加。這是因為金屬表面液膜較薄,氧很快到達陰極表面,腐蝕率會緩慢上升,并逐漸趨于平穩(wěn)；當(dāng)沉降率超過1.2mL/cm2·d時,液膜將增厚，氧的擴散距離將增加，從而到達陰極表面減緩，腐蝕速度反而不加快。
    因此，控制鹽霧淀積率，保障腐蝕速度穩(wěn)定，使試驗結(jié)果可以再現(xiàn)。一般要求鹽霧淀積率控制在1~2mL/80cm2·h范圍內(nèi)。
    (5)試樣擺放角度的影響
    在鹽霧試驗中,由于試驗箱內(nèi)的溫度、鹽溶液濃度是恒定的,在控制好鹽霧淀積率的同時，試樣在鹽霧箱中的放置角度將對試驗結(jié)果將產(chǎn)生重要影響。鹽霧試驗是以垂直方向淀積的,在初始階段,腐蝕幾乎全部在試樣向上的一面發(fā)生,這和自然環(huán)境下的腐蝕情況存在差異。在自然環(huán)境下,試樣的兩面都會受到鹽霧腐蝕,而且有時試樣背面還更嚴重,說明鹽霧試驗本質(zhì)上與自然環(huán)境的不同。試樣放置角度(樣品與水平面的夾角)的變化會嚴重影響水平面上的投影面積,直接關(guān)系到試樣表面的鹽霧淀積量，一般推薦試樣的擺放角度為20℃~30℃。
    (6)流速的影響
    在氧濃度、溫度、鹽濃度一定時，流速與腐蝕速度成正比關(guān)系，流速增加會導(dǎo)致腐蝕速度的加快。

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