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盐雾试验新替代方案:循环腐蚀盐雾试验

发布于:2022-09-14

循环腐蚀试验的新标准为连续盐雾试验提供了替代方案。

大约在1914年,盐雾试验箱首次用于腐蚀试验,在1939年,中性盐雾试验被合并为ASTM B117,今天ASTM B117是在金属腐蚀委员会G-l管辖下操作盐雾(雾)设备的惯例。这种传统的盐雾试验规定在35°C下持续暴露于5%的盐溶液雾中,在某些情况下ASTM B117对质量控制测试有用,但在其他情况下则不然。在80年的使用过程中,ASTM B117有过多次改进。尽管进行了所有这些改进,但长期以来人们普遍认为盐雾暴露结果与实际大气暴露中所见的腐蚀关系不大。

在涂料行业,每个配方师都可以讲述一些可怕的故事,这些涂料在户外多年表现良好,但在盐雾中很快就失效了;或者更糟的是,在盐雾中持续了几千个小时的油漆却在户外悲惨地失败了。尽管如此,ASTM B117已被普遍接受为标准腐蚀环境,并仍广泛用于测试油漆和电镀饰面、军事部件和电气部件。考虑到盐雾暴露是购买数亿美元涂料的基础,这些涂料保护数十亿美元的结构,潜在的经济损失是惊人的。

ASTM B117的一个局限性是,5%的盐溶液不一定是使用中遇到的电解质的真实代表,各种不同的电解质混合物现在被用于不同的应用,

ASTM B117盐雾更严重的限制是它提供了一个连续的环境,条件没有变化。相反,暴露在天气中的材料会经历湿度、温度、阳光和腐蚀性溶液浓度的周期性变化。就化学反应和最耐腐蚀的材料类型而言,循环环境中的腐蚀与连续环境中的腐蚀有很大不同。世界各地的研究人员已经进行了各种循环腐蚀试验(CCT ),这些试验结合了各种干湿循环、温度循环、溶液浓度循环以及某些情况下的紫外线组合。令人印象深刻的研究表明,对于许多应用,CCT能够更好地区分哪些材料在户外更耐用。许多这些CCT最近已经被各种标准团体采用。说明符现在可以选择标准化的循环测试。下面是对其中一些测试的描述。

ASTM G85附录A5 在委员会G-1的管辖下,ASTM G85《改良盐雾试验规程》的新附件描述了所谓的“prohesion”循环,这种广泛使用的循环暴露是在英国为工业维护涂层开发的。附着力也被认为是丝状腐蚀的良好循环。这个循环交替进行一小时的雾和一小时的干燥。电解质溶液比传统的盐雾要稀得多,但是加入了硫酸盐以在某种程度上代表工业气氛。随着溶液变干,它变得越来越浓,从而使样品在整个溶液浓度范围内循环。暴露条件包括:

电解质溶液

0.05 %氯化钠和0.35 %硫酸铵

溶液pH值

5.0 到 5.4

粘合暴露周期为:

1小时

24°C(或室温)下的盐雾测试

1小时

在35℃下干燥

结论

目前有ASTM标准用于测量土壤中的pH值(G51,腐蚀测试中使用的土壤pH值测试方法)和测量土壤电阻率(G57,使用温纳四电极模式现场测量土壤电阻率的方法)。这些标准是最准确的,所有对土壤的电学或腐蚀特性感兴趣的人都应该遵守。

市场上可买到的土壤电阻率仪器之一,它在97赫兹方波频率的基础上工作

小组委员会g01 . 10正在用两个标准取代G57,以进一步澄清技术并消除任何混淆来源。一个标准涉及温纳四点法;第二部分将涉及土壤箱的使用。

干燥是通过用新鲜空气吹扫试验箱来实现的,这样在45分钟内所有可见的液滴都从样品上干燥掉。

循环腐蚀试验箱用于需要循环暴露于盐雾、干燥和湿度的新标准

ASTM B5894

循环盐雾/紫外线 ASTM标准D5894,《涂漆金属的周期性盐雾/紫外线暴露操作规程》(在喷雾/干燥柜和紫外线/冷凝柜中交替暴露),刚刚在一月份通过了ASTM协会审查。ASTM D5894循环包括在循环盐雾室(prohesion)中的一周和在荧光紫外线/冷凝室中的一周,按照ASTM G53,《非金属材料暴露的光和水暴露仪器(荧光紫外线冷凝型)操作规程》。总持续时间通常为6至12周,取决于材料的耐久性。广泛的研究表明,对于工业维护涂料来说,这种循环比持续的盐雾,甚至是单独的附着力更好地再现了大气腐蚀,这是因为紫外线对这种涂层的损害会使其更容易受到腐蚀。测试循环如下所述进行:

按照ASTM C53,在荧光紫外/冷凝测试仪中按以下周期测试一周

4小时

使用UVA-340灯在60°C下紫外线照射

4小时

50°C下冷凝(纯水)

 一周后,按照ASTM C85附录A5,手动将样品移至循环盐雾室,并暴露一周

1小时

24°C时0.05%氯化钠和0.35%硫酸铵的盐雾

1小时

在35℃下干燥

一周后,手动将样品移回荧光紫外室,并重复整个程序,总共6或12周

循环腐蚀盐雾箱工作原理

循环腐蚀试验在重复循环中将试样暴露在一系列不同的环境中。简单的测试可能包括两种状态之间的循环:有雾和干燥。更复杂的程序,如汽车,需要多步循环,包括湿度或冷凝,以及盐雾和干燥。

喷雾功能

在喷雾功能期间,腐蚀测试仪通常作为传统的盐雾进行操作

内部储罐中的腐蚀性溶液被泵送到喷嘴,在那里与压缩空气混合

压缩空气在到达喷嘴的途中通过鼓泡塔进行加湿(除了附着力测试)

喷嘴将溶液和空气雾化成腐蚀性雾

室加热器保持程序化的室温度

Q-FOG 循环腐蚀试验箱喷雾和干燥功能

干燥功能

在干燥功能期间,吹扫鼓风机迫使室内空气通过空气加热器进入室内。这造成了室内的低湿度条件。腔室温度由腔室加热器和空气加热器控制。

潮湿功能

Q-FOG CCT型号循环腐蚀盐雾试验箱可以将热的水蒸汽导入到盐雾箱内,使盐雾箱箱体保持95%-100%的相对湿度,如有需要可以通过蒸汽发生器的加热器保持箱体内的温度保持在一个设置好的固定值。

Q-FOG循环腐蚀试验箱潮湿和喷淋功能

喷淋功能

Q-FOG循环腐蚀盐雾箱喷淋功能可用于某些汽车腐蚀试验标准,溶液的流量可以支持调整,固定在特别位置的喷嘴将溶液均匀的喷淋在样品上。

相对湿度控制功能

Q-FOG CRH型号循环腐蚀盐雾箱通过使用空气预调节器,鼓风机和雾化加湿喷嘴,使盐雾箱体内的响度湿度和温度逐步爬坡上升到设定值。

Q-FOG 循环腐蚀试验箱相对湿度控制功能

通用汽车GM9540P方法B 

根据汽车工程师协会(SAE)汽车腐蚀与防护(ACAP)委员会的研究,GM9540P方法B目前被认为是汽车表面腐蚀(涂漆或预涂金属)的推荐CCT方法之一。这个循环包括短暂的盐雾期、室温干燥期、湿热期和干热期。电解质包括典型道路盐的成分。这个循环中不包括紫外线,因为紫外线对汽车面漆的损害不足以影响其耐腐蚀性。该测试通常是手动进行的,使用喷雾瓶进行盐润湿,然后在湿度室和烘箱中进行单独的测试。如果手动执行,测试需要16个小时的工作日。也有许多自动测试器可以在一个小室中进行这种暴露。GM9540P/B暴露条件包括:

电解质溶液

0.9% NaCI + 0.1 % CaCI 2 + 0.25 NaHC03

溶液pH值

6.0到 8.0

典型持续时间

40次循环或80次循环(960小时或1920小时)

GM9540P/B暴露周期如下:

10分钟

盐雾测试

80分钟

环境条件(25摄氏度,30 - 50%相对湿度)

10分钟

盐雾测试

80分钟

环境条件(25摄氏度,30 - 50%相对湿度)

10分钟

盐雾测试

80分钟

环境条件(25摄氏度,30 - 50%相对湿度)

10分钟

盐雾测试

170分钟

环境条件(25摄氏度,30 - 50%相对湿度)

8小时

49°C时的湿度(95 - 100% RH)

8小时

在60℃干燥30%相对湿度)

重复进行

ISO工业标准草案-酸雨覆铜板

 该程序旨在模拟酸雨暴露,是对日本汽车标准组织汽车腐蚀试验方法M609的修改。电解液含有酸雨的一些主要成分。它尚未通过ISO技术委员会156获得ISO的最终批准。在CCT循环腐蚀盐雾试验箱中模拟酸雨腐蚀情况暴露条件包括:

电解质溶液

5%(wt)NaCl, 0.12%(vol)HNO3 , 0.173%(vol)H2SO4, 0.228%(wt) NaOH

溶液pH值

3.5

在CCT循环腐蚀盐雾试验箱中模拟酸雨腐蚀情况,暴露周期为:

2小时

35℃时的盐雾

4小时

在60℃、相对湿度低于30%的条件下干燥

2小时

50℃时潮湿/湿润,相对湿度超过95%

在CCT循环腐蚀盐雾试验箱中模拟酸雨腐蚀的过渡时间规定如下:

喷雾干燥

30分钟内

干到湿

15分钟内

湿成雾

30分钟内

ISO 11474-盐加速户外暴露

该试验通常被称为“结痂腐蚀”试验,尚未获得ISO的最终批准。该试验包括将样品暴露在面向南方45°的常规架子上。每周两次用3%的盐溶液手动喷洒样品。这种简单的程序伴随着湿/干循环、溶液浓度循环、湿度循环、温度循环和紫外线暴露而加速腐蚀。关于涂料加速试验的ASTM小组委员会001.27(涂料和相关涂料、材料和应用的委员会0-1的一部分)也投票通过了一个类似的5%盐溶液标准。

未来方向

这些新的循环方法都不是腐蚀测试的“全部和最终目的”。没有一个测试可以模拟所有的最终使用环境。任何单一的测试也不可能适用于所有种类的材料。将来,说明符将不得不选择最适合特定材料和最终使用环境的测试方法。再者,以上方法都被认为是没有完全完成的。工作正在进行中,以提高实验室到实验室的再现性(始终是一个问题),并开发更现实的循环和电解质。我们非常希望能够找到其他以前没有尝试过的方法,甚至更适合某些应用。

此外,重要的是要记住,所有的耐久性测试,包括自然户外暴露,都是相对测试。他们没有给出一种材料实际使用寿命的绝对预测。它们仅仅提供了两种或多种材料在耐久性方面相互比较的指示。为了了解自己的情况,在每次腐蚀测试中,无论是在室内还是室外,暴露已知耐久性的对照样品是非常重要的。当然,要抵制诱惑,不要想出一个神奇的转换系数,x小时的实验室暴露相当于y年的室外服务。

也就是说,这些新的循环测试确实有望给出各种材料耐腐蚀性的更真实的排名。如果应用得当,它们有可能节省数十亿美元不必要的腐蚀损失。此外,如此多的新标准正在开发的事实证明了大气腐蚀测试的新时代,有了开发更有意义的标准测试的新自由。