當(dāng)涂層受紫外光照射質(zhì)量下降時，常常更加不耐腐蝕。上世紀(jì)九十年代初，ISO和ASTM就規(guī)范了腐蝕與加速老化綜合試驗方法。當(dāng)前，該方法仍被視為確定工業(yè)維護(hù)涂層有效性的最有效的試驗方法。

本文回顧了不同工業(yè)維護(hù)涂層系統(tǒng)目前進(jìn)行該試驗的結(jié)果，包括較低揮發(fā)性有機(jī)化合物涂層，如水性丙烯酸涂層和硅基涂層。此外，一些行業(yè)專家針對腐蝕/老化試驗提出了他們的見解，同時推薦針對特殊應(yīng)用而開發(fā)改進(jìn)的試驗循環(huán)。

背景

腐蝕加速試驗是用于測試耐腐蝕性能的優(yōu)選方法。在加速試驗中，相比運(yùn)行環(huán)境，實驗室暴露條件與實際環(huán)境越接近，得到的數(shù)據(jù)則越有用。

傳統(tǒng)的、應(yīng)用最廣泛的腐蝕加速方法是鹽霧法，即在35°C下連續(xù)噴灑5%的鹽溶液。該試驗(ASTM B 117)在1914年左右首次應(yīng)用于腐蝕試驗。即使長期以來人們都知道傳統(tǒng)鹽霧法不能最大程度的模擬運(yùn)行環(huán)境，然而在很多材料規(guī)范中它都被列為必備試驗方法。

上世紀(jì)六十年代初，工程師和科學(xué)家們就嘗試建立循環(huán)腐蝕試驗方法，以更準(zhǔn)確地預(yù)估出材料的腐蝕性。相比傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)暴露方法，循環(huán)腐蝕試驗更具有現(xiàn)實意義。由于實際暴露環(huán)境通常包括潮濕和干燥兩種條件，因此應(yīng)在這些自然循環(huán)條件試驗后再進(jìn)行實驗室加速試驗。研究證明，采用循環(huán)腐蝕試驗，其相對腐蝕率、結(jié)構(gòu)和形態(tài)與戶外更接近。因此，相比傳統(tǒng)的鹽霧試驗，循環(huán)腐蝕試驗通常與戶外環(huán)境具有更好的相關(guān)性。

目前已設(shè)計開發(fā)出多種不同的循環(huán)腐蝕試驗方法。簡單循環(huán)法(如Prohesion，該方法尤其適用于測定工業(yè)維護(hù)涂層)包括鹽霧和干燥條件之間的循環(huán)。更精密的方法則需要采用包含多個步驟的循環(huán)，除鹽霧和干燥外，還包括靜置、潮濕、飽和濕度或其它條件。這些試驗均采用潮濕/干燥循環(huán)，以開發(fā)模擬更接近戶外循環(huán)條件的實驗室條件。腐蝕與加速老化綜合試驗方法是循環(huán)試驗的一種，由Sherwin Williams公司的研究人員于上世紀(jì)八十年代開發(fā)出，用于檢測工業(yè)維護(hù)涂層。

腐蝕與加速老化綜合試驗

Sherwin Williams研究人員通過Prohesion試驗研究三種涂層系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在多個涂層作用時Prohesion本身并不會將不同類別進(jìn)行區(qū)別(醇酸(鉻酸鋅抑制劑) – 醇酸外涂層;丙烯酸乳膠(偏硼酸鋇抑制劑)– 丙烯酸乳膠外涂層;環(huán)氧聚酰胺(磷酸鋅抑制劑) – 環(huán)氧聚酰胺外涂層)。

理論上，隨著紫外光曝曬涂層質(zhì)量下降，會降低耐腐蝕性能，因此開發(fā)設(shè)計出新的腐蝕與加速老化綜合試驗方法。新的試驗方法綜合了Prohesion(ASTM G85)和QUV®紫外光曝曬兩種試驗法(ASTM G154)。

在進(jìn)行了新的循環(huán)腐蝕與加速老化綜合試驗后，三個涂層系統(tǒng)的性能排序與實際運(yùn)行環(huán)境的排序保持一致(見表1)。同時發(fā)現(xiàn)，相比僅使用Prohesion法或傳統(tǒng)鹽霧法，產(chǎn)品的總腐蝕率和形態(tài)與戶外情況更加接近。Sherwin Williams的研究員Brian Skerry總結(jié)認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗的排序結(jié)果與戶外的排序結(jié)果最為接近。但也不難推斷出，曝曬溫度、試驗時間和循環(huán)順序較好與最終應(yīng)用環(huán)境的相同。

表1:Sherwin Williams戶外與實驗室曝曬的排序關(guān)系

腐蝕與加速老化試驗循環(huán)

腐蝕與加速老化試驗循環(huán)包括一周的Prohesion試驗和一周的QUV加速老化試驗交替進(jìn)行，試驗條件如表2所述。一般試驗持續(xù)約2000小時。

隨著時間的推移，證明腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗可對水性涂層的性能進(jìn)行有效等級評估。該新方法應(yīng)用于上世紀(jì)九十年代中期(ISO 11997-1&2和ASTM D5894)。顏色和光澤保持率均在ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)中有所說明。

表2：腐蝕與加速老化試驗循環(huán)的試驗條件

驗證腐蝕與加速老化綜合試驗

克利夫蘭涂層學(xué)會(CCS)、鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(SSPC)和幾家制造商已對腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗進(jìn)行了深入研究。研究已證明，(相比其它加速腐蝕試驗)該試驗方法可更真實模擬表面形態(tài)劣化、腐蝕產(chǎn)品形成和相對涂層性能。采用綜合試驗法得出的試驗結(jié)果與戶外評估結(jié)果更接近(見表3)。

表3：不同試驗循環(huán)和實際海洋環(huán)境的相關(guān)性

鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(SSPC)對15個不同的系統(tǒng)進(jìn)行了試驗，包括醇酸、丙烯酸、環(huán)氧和聚氨酯橡膠。SSPC比較了腐蝕與加速老化綜合試驗、傳統(tǒng)鹽霧試驗、采用5%氯化鈉溶液的循環(huán)鹽霧試驗、Prohesion試驗和兩種循環(huán)浸漬試驗的結(jié)果與戶外腐蝕的結(jié)果(31個月)。

SSPC研究確認(rèn)，腐蝕與加速老化綜合試驗可提供與惡劣戶外海洋暴露條件最一致的環(huán)境。

克利夫蘭涂層技術(shù)學(xué)會(CSCT)研究了多個實驗室加速腐蝕試驗與惡劣戶外運(yùn)行環(huán)境的相關(guān)性。研究的加速試驗包括鹽霧(ASTM B117)、潮濕-干燥循環(huán)(5%鹽溶液)、Prohesion和腐蝕與加速老化綜合試驗。戶外試驗場包括新澤西州、北卡羅萊納州海岸、佛羅里達(dá)州、加利福尼亞內(nèi)陸、加利福尼亞海岸、俄亥俄州、密蘇里州以及俄勒岡州。試驗樣品是以冷軋鋼為底板的9種涂層。

評估方法包括常用于評估漏電、生銹、起泡、絲狀腐蝕和鏡面光澤的ASTM評估法。用Spearman相關(guān)系數(shù)來比較戶外結(jié)果與實驗室結(jié)果。

比較起泡和表面生銹程度時，CSCT發(fā)現(xiàn)ASTM B 117鹽霧法與戶外環(huán)境相關(guān)性不大。采用5%氯化鈉溶液的潮濕-干燥試驗法比B 117鹽霧法的相關(guān)性稍好。腐蝕與加速老化綜合法與大多數(shù)戶外試驗場的相關(guān)性較好。

美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會(AASHTO)進(jìn)行15個腐蝕與加速老化綜合試驗循環(huán)，對專用于鋼鐵表面(如橋梁)的富鋅底漆的涂層系統(tǒng)進(jìn)行評估。如Corbett所說：“ASTM B117更常被稱作“鹽霧”法，是腐蝕試驗公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有些人認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)已過時，而傾向于使用ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D5894是綜合腐蝕試驗和紫外光暴露試驗的循環(huán)腐蝕試驗法，該方法與‘現(xiàn)實世界’環(huán)境條件更接近?！?/p>

腐蝕與加速老化綜合試驗法修改

由于在加速的形式下模擬大氣腐蝕，ASTM D5894一般公認(rèn)為是傳統(tǒng)鹽霧試驗(B117)的實質(zhì)性改進(jìn)。然而很少有一個試驗就能充分展示出在復(fù)雜環(huán)境中(內(nèi)陸煉油廠)使用的涂層特點(diǎn)。“將有意義的試驗方案綜合起來的第一步是定義涂層工作的環(huán)境。”

多年來，許多研究人員對腐蝕與加速老化循環(huán)法進(jìn)行修改，以適用于特定材料或應(yīng)用。以下為幾個相關(guān)示例：

荒漠工業(yè)環(huán)境是非常特殊的一種情況。實踐證明，在科威特等工業(yè)區(qū)的條件下，涂層劣化似乎比開發(fā)大部分涂層的西方國家更迅速。在11個工業(yè)涂層系統(tǒng)的研究中，將來自科威特工業(yè)地帶的五個區(qū)域的兩年半的數(shù)據(jù)與主要工業(yè)環(huán)境條件的相關(guān)涂層性能進(jìn)行比較。

實驗室試驗包括對較早期腐蝕與加速老化試驗項目進(jìn)行修改等。采用了不同的循環(huán)和方案，以便更好地模擬科威特的工業(yè)環(huán)境。實驗室試驗綜合了采用5%氯化鈉和3000ppm硫酸溶液進(jìn)行100小時的鹽霧試驗，然后室溫下干燥16小時，再在60°C下的QUV條件下暴露12小時，最后在40°C下冷凝12小時。研究人員發(fā)現(xiàn)該試驗循環(huán)可提供與科威特工業(yè)環(huán)境極為相關(guān)的條件。

國際集裝箱出租商協(xié)會(IICL)針對集裝箱涂層已采用腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗的更新版本進(jìn)行試驗。由于集裝箱需要在海上運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，從而增加了腐蝕的潮濕時間(試驗規(guī)定在30°C下噴霧4小時，在40°C下干燥2小時)。

美國聯(lián)邦公路管理局發(fā)現(xiàn)ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)的“邏輯試驗方法”是針對較熱氣候的，從而制定出了針對較冷氣候的包含冷凍/融化循環(huán)的改進(jìn)版暴露程序。其變更包括測試橋梁涂層的機(jī)械應(yīng)力和考慮了熱循環(huán)。進(jìn)行紫外光和連續(xù)冷凝的循環(huán)后進(jìn)入低溫期，最后再進(jìn)行鹽霧和干燥循環(huán)。該循環(huán)條件參見法國標(biāo)準(zhǔn)NF T 34–600–1997的附錄B。

Rohm和Haas對ASTM D5894試驗稍加修改，采用較低的冷凝和紫外光暴露溫度。針對其涂層，Rohm和Hass“發(fā)現(xiàn)該循環(huán)試驗的結(jié)果與戶外暴露的結(jié)果更接近?！?/p>

結(jié)論

在其制定了20年后，工業(yè)專家仍一致認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗法是測試易受光照影響發(fā)生退化的涂層耐腐蝕性的較好方式。該方法已經(jīng)過一系列的相關(guān)加速和戶外試驗結(jié)果的驗證。

研究人員通過修改ASTM和ISO中的原方法，加入酸性溶液、進(jìn)行冷凍/融化循環(huán)和其它調(diào)整，開發(fā)出與產(chǎn)品的最終使用環(huán)境更接近的條件，對試驗結(jié)果進(jìn)行了成功驗證。

Sherwin Williams公司的Skerry 對此進(jìn)行了較好的總結(jié)：“雖然強(qiáng)烈推薦(腐蝕與加速老化綜合試驗法)，但這個實驗方法并不是萬靈藥。性能關(guān)聯(lián)性的量化、試驗循環(huán)條件以及試驗時長因素優(yōu)化方面，還有待進(jìn)一步改善。盡管如此，該方法仍是目前最可行的試驗方法。它提供了多種可能性，使我們能針對特定用戶需求進(jìn)行客觀化修改?！?/p>