鹽霧腐蝕的發(fā)展歷史

時間：2015-03-31T15:03:28 | 閱讀：4088

最近幾年，老化和腐蝕試驗領(lǐng)域出現(xiàn)了喜人的變化。本文將簡要綜述腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)的歷史，腐蝕試驗行業(yè)的現(xiàn)狀，及最新的腐蝕試驗箱創(chuàng)新如何符合更好的測試標(biāo)準(zhǔn)及如何引起腐蝕試驗革命。

鹽霧試驗100年

一百年前，腐蝕試驗工程師開發(fā)了一種常溫條件下的試驗，該試驗通過壓縮空氣操作霧化噴淋5%氯化鈉鹽溶液。此腐蝕試驗仍在全球得到廣泛應(yīng)用，并在ASTM B117和IS0 9227中被標(biāo)準(zhǔn)化。盡管此試驗對很多質(zhì)量控制應(yīng)用有效，但是它再而三地表現(xiàn)出試驗結(jié)果與真實腐蝕現(xiàn)象相關(guān)性差的問題，尤其是在用于涂有有機(jī)涂料的材料時。

早期循環(huán)腐蝕試驗

現(xiàn)代腐蝕試驗可追溯到20世紀(jì)60年代的英格蘭。循環(huán)Prohesion(Prohesion是Protection和Adhesion兩個單詞的組合)試驗組合了濕/干循環(huán)并在氯化鈉溶液中添加硫酸銨?，F(xiàn)在，ASTM G85附錄5將此試驗標(biāo)準(zhǔn)化，并常參考用于工業(yè)防護(hù)涂料。最近，美國建筑制造商協(xié)會證明了此方法仍然很重要，他們在AAMA2605標(biāo)準(zhǔn)中，使用Prohesion替代傳統(tǒng)鹽霧試驗，用于窗戶和其他建筑門窗產(chǎn)品使用的鋁型材高性能涂料。

在20世紀(jì)90年代早期，Sherwin-Williams公司的研究員發(fā)布了一項交替使用紫外線老化試驗箱(QUV試驗機(jī))和Prohesion的試驗方法，用于涂裝金屬板的研究。其工作促成了ASTM D5894和IS0 11997-2的發(fā)展。接下來的研究又進(jìn)一步確認(rèn)此方法在工業(yè)防護(hù)涂料戶外腐蝕測試中有更好的相關(guān)性。此方法還用于公路建設(shè)和維護(hù)及石油化學(xué)品行業(yè)。

汽車腐蝕試驗

與老化測試領(lǐng)域一樣，很多腐蝕測試創(chuàng)新都發(fā)生在汽車行業(yè)。20世紀(jì)80年代和20世紀(jì)90年代的汽車循環(huán)腐蝕試驗在之前倡導(dǎo)的干濕循環(huán)中增加了冷凝高濕。腐蝕溶液重現(xiàn)了使用鹽融化雪和冰的惡劣路況。這些試驗一般從利用傳統(tǒng)壓縮空氣霧化噴嘴噴灑腐蝕溶液，然后烘干的方式進(jìn)行。測試樣板上的鹽殘渣會在冷凝高濕環(huán)境中溶解，重新在試樣表面和涂料劃痕上產(chǎn)生反應(yīng)。在很多環(huán)境中，尤其是在冬季鹽處理道路上行駛的汽車，這些試驗往往與戶外腐蝕有很好的相關(guān)性，并很大程度上提高了防腐性，對行業(yè)有很大的幫助。

循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)被定義為包括幾種環(huán)境條件，包括腐蝕鹽霧條件、試驗箱中無加熱和潮濕應(yīng)用的“停滯”條件、潤濕試樣的濕潤條件(不增加腐蝕溶液)及在較低相對濕度和高溫下的烘干條件。這些實驗是20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)00年代的新技術(shù)，但也存在缺陷。

現(xiàn)代腐蝕試驗的難題

第一代汽車循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)存在的一個棘手問題是重復(fù)性和再現(xiàn)性。試驗中的可變性原因沒有被記錄或發(fā)表，因此越來越多地使用標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板，以試圖解決這些問題。標(biāo)準(zhǔn)腐蝕樣板為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的金屬，在標(biāo)準(zhǔn)測試前和后稱重。標(biāo)準(zhǔn)一般會規(guī)定每次循環(huán)的質(zhì)量損失。但是，使用標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板無法解決根本問。在太多的情況中，當(dāng)無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板損失速率時，幾乎沒有能夠調(diào)整的控制選項。這是現(xiàn)代腐蝕試驗的難題。

實驗室的大部分腐蝕是在試驗的干濕之間的過渡階段發(fā)生的?？刂七@些周期是控制腐蝕速率并由此控制標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板質(zhì)量損失的一個關(guān)鍵因素。通用汽車在2006年使用GMW14872標(biāo)準(zhǔn)取代通常使用的GM9540P標(biāo)準(zhǔn)，說明了過渡控制問題。出版的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗環(huán)境和干燥階段期間的相對濕度，并包括對各階段之間轉(zhuǎn)換時間的要求。日本標(biāo)準(zhǔn)起草者遵循了類似的思路，改良了通常使用的日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織JASO和日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)CCT I和CCT IV循環(huán)，這些標(biāo)準(zhǔn)要求各個試驗階段快速過渡。

通用汽車甚至早在GMW 14872前就開始摒棄傳統(tǒng)方法。GM 9540P被開發(fā)為一種標(biāo)準(zhǔn)試驗，試樣被噴淋后，從實驗室環(huán)境條件轉(zhuǎn)移到濕度試驗箱。將之調(diào)整為在腐蝕試驗箱中運行。但是，GM 9540P標(biāo)準(zhǔn)原版的修訂刪除使用壓縮空氣霧化鹽霧，而是直接噴灑到試樣上。直接噴霧的目標(biāo)是快速達(dá)到濕度飽和，并輕輕的洗掉之前實驗中產(chǎn)生的殘渣，而不清除腐蝕副產(chǎn)物。傳統(tǒng)鹽霧不能實現(xiàn)快速濕度飽和，且洗掉鹽殘渣的時間太長。

標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板用于量化鹽霧腐蝕

如圖，標(biāo)準(zhǔn)腐蝕板被用來量化腐蝕試驗中產(chǎn)生的腐蝕量及評估鹽霧試驗箱的性能。

GMW14872試驗開創(chuàng)了一種新方法，直接噴淋腐蝕性溶液，根據(jù)正在試驗的特定汽車零部件決定是否重復(fù)這一步驟。但是，標(biāo)準(zhǔn)中的重要創(chuàng)新是強調(diào)相對緩慢的(一小時)從環(huán)境階段到濕度階段的過渡期，甚至更慢(三小時)從濕度階段到干燥階段的過渡期。

新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，最初讓腐蝕試驗者們感到困惑，因為當(dāng)時市場上的試驗箱必須經(jīng)過改造或在試驗期間人工操作才能實現(xiàn)試驗的所有要求。一些改造后，在試驗箱上增加了額外噴霧功能和自動箱蓋開始功能，還有一些創(chuàng)造性試驗，組合了試驗箱的自動功能與通用汽車用于創(chuàng)建該方法的人工測試方法。

實驗窒腐蝕前進(jìn)一步

美國Q-lab新推出的CRH交變鹽霧試驗箱

現(xiàn)代腐蝕試驗箱，如新型Q-FOG@ CRH鹽霧試驗箱，對環(huán)境條件的控制更加嚴(yán)格，且不再需要人工操作就可以滿足試驗需求，如GMW 14872。第一項改善是增加相對濕度控制功能(參見圖1)。這對需要“干燥”或“實驗室環(huán)境”條件的試驗階段來說很重要。實驗室環(huán)境條件隨地理氣候條件變化，往往達(dá)不到控制各階段之間過渡時間的精確度。因為 Q-FOG CRH的相對濕度控制系統(tǒng)和供空氣預(yù)處理裝置提供熱或冷的干燥空氣進(jìn)入箱體，Q-FOG CRH幾乎可以達(dá)到所有汽車腐蝕工程師規(guī)定的試驗條件。

可進(jìn)行相對溫度控制的循環(huán)腐蝕試驗箱

圖1-可進(jìn)行相對濕度控制的循環(huán)腐蝕試驗箱

濕/干過渡時間十分重要，只有結(jié)合可調(diào)整轉(zhuǎn)換時間時，可控相對濕度才有效。GMW 14872試驗需要轉(zhuǎn)換時間緩慢、呈線性，而其他方法需要“盡快”上升或使轉(zhuǎn)換時間最小化。Q-FOG CRH鹽霧試驗箱和其他現(xiàn)代腐蝕試驗箱使用戶能夠編程，使控制參數(shù)呈線性變化(參見圖2)或使轉(zhuǎn)換時間最小化(參見圖3)，并調(diào)整以改變腐蝕樣片的質(zhì)量損失。

濕/干試驗條件的線性過渡時間

圖2-在一些腐蝕試驗箱中可以編程濕/干試驗條件的線性過渡時間。

編程轉(zhuǎn)換時間

圖3--些現(xiàn)代腐蝕試驗箱可以編程轉(zhuǎn)換時間，比如Q-FOG CRH鹽霧試驗箱。

Q-FOG CRH的另一個進(jìn)步是控制腐蝕噴霧。用戶能夠?qū)婌F打開/關(guān)閉的時間進(jìn)行編程，以便他們能夠精確控制噴到試樣上的沉降量。這是GMW 14872測試標(biāo)準(zhǔn)中另一種有效的控制腐蝕樣品速率的方法，其中僅說明了“試驗樣品和樣片徹底潤濕/溶液滴落?！眰鹘y(tǒng)鹽霧應(yīng)用強調(diào)噴霧的均勻性和避免“直接沖擊”，然而新方法強調(diào)噴霧快速潤濕試樣并沖洗掉鹽殘渣，以留下長時間過渡到其他試驗階段(參見圖4)。

CRH鹽霧試驗箱的噴淋功能

圖4-Q-FOG CRH鹽霧試驗箱的噴淋功能。解決了-個實際問題

GMW 14872和類似的SAE J2334方法存在的一個嚴(yán)重困擾是溶液中的碳酸氫鈉和氯化鈣在噴嘴和管道形成碳酸鈣沉淀。沉淀堵塞噴嘴，降低到試樣的噴霧量。這對樣片質(zhì)量損失速率產(chǎn)生可測量的影響，且是使用這些標(biāo)準(zhǔn)用戶常抱怨的問題。Q-FOG CRH使用自動噴嘴清潔功能以最小化碳酸鈣形成和兩步過濾清除形成的任何碳酸鈣解決了此問題。醋酸清潔噴嘴可能仍是一個必要的維護(hù)功能，但是，這些方法應(yīng)能夠降低保持系統(tǒng)正確操作需要的勞動力。如果所有這些方法都不起作用，Q-FOG CRH有一個噴霧流速控制器會在流速因任何原因降低時提醒操作員的系統(tǒng)。

準(zhǔn)備好迎接腐蝕試驗革命

現(xiàn)代腐蝕試驗箱能夠更好的控制環(huán)境腐蝕，而工程師認(rèn)為這是實驗室試驗可行、快速且可重復(fù)的關(guān)鍵。隨著時間推移，需要更新試驗標(biāo)準(zhǔn)，以給予試驗箱用戶正確的控制試驗的指南。好消息是，現(xiàn)代腐蝕試驗箱向用戶提供了多個之前沒有的功能。盡管腐蝕試驗革命已經(jīng)進(jìn)行很久了，觸發(fā)革命的技術(shù)到今天才得到廣泛應(yīng)用。