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盐雾试验相关知识

盐雾试验概述:盐雾试验是模拟含有盐份的海洋大气对金属材料及其保护层进行腐蚀的试验。

盐雾腐蚀的机理盐雾对金属材料的腐蚀,主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应,形成低电位金属-电解质溶液-高电位杂质”微电池系统,发生电子转移。

阳极:金属失去电子而变成金属阳离子,并以水化离子的形式进入溶液,同时相当的电子留在金属中。

阴极:留在阴极金属中的剩余电子,被氧去极化,还原并吸收电子,成为氢氧根离子。

电解液:氯化钠离解而生成钠离子和氯离子,部分氯离子、金属离子和氢氧根离子反应生成金属腐蚀物。

盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子。它具有很强的穿透本领,容易穿透金属氧化层进入金属内部,破坏金属的钝态。同时氯离子具有很小的水合能,容易被吸附在金属表面,取代保护金属的氧化层中的氧,使金属受到破坏。除了氯离子外,盐雾腐蚀机理还受溶解于盐溶液里(实质上是溶解在试样表面的盐膜)的影响。氧元素能够引起金属表面的去极化过程,加速阳极金属溶解,由于盐雾试验过程中持续喷雾,不断沉降在试样表面上的盐液膜,使含氧量始终保持在接近饱和状态。腐蚀产物的形成,使渗入金属缺陷里的盐溶液的体积膨胀,因此增加了金属的内部应力,引起应力腐蚀,导致保护层鼓起

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盐雾试验分类主要分为二大类一类为天然环境暴露试验,另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。天然环境暴露试验耗时较长,不易及时检测产品性能

人工加速模拟盐雾试验包括:中性盐雾试验醋酸盐雾试验铜盐加速醋酸盐雾试验、交变盐雾试验。

中性盐雾试验是出现最早目前应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法。一般情况下,它采用5%的氯化钠盐水溶液,溶液PH值调在中性范围(6.5~7.2)作为喷雾用的溶液。试验温度均取35℃,要求盐雾的沉降率在1~3ml/80cm2.h之间,沉降量一般都是1~2ml/80cm2.h之间。

醋酸盐雾试验,是在中性盐雾试验基础上发展起来的,在5%氯化钠溶液中加入一些冰醋酸,使溶液PH值降为3左右,溶液变成酸性,最后形成的盐雾也中性变为酸性盐雾。它腐蚀速度要比中性盐雾试验快3倍左右

铜盐加速醋酸盐雾试验,试验温度为50℃,盐溶液中加入一定量的氯化铜。它的腐蚀速度大约是中性盐雾试验的8倍

交变盐雾试验,是中性盐雾试验加恒定湿热试验。它主要用于空腔型的整机产品,通过潮湿环境的渗透,使盐雾腐蚀不但在产品表面产生,也在产品内部产生。它将产品在盐雾和湿热两种环境下交替转换,最后考核整机产品的电性能和机械性能有无变化。

、影响盐雾测试的因素试验温湿度、盐溶液的浓度、样品放置角度、盐溶液的pH值、盐雾沉降量和喷雾方式等

1、温度和相对湿度影响盐雾的腐蚀作用。金属腐蚀的临界相对湿度大约为70%。当相对湿度达到或超过这个临界湿度时,盐潮解而形成导电性能良好的电解液。当相对湿度降低,盐溶液浓度将增加直至析出结晶盐,腐蚀速度相应降低。

试验温度越高盐雾腐蚀速度越快。国际电工委员会IEC60355:1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》标准指出:“温度每升高10℃,腐蚀速度提高2~3倍,电解质的导电率增加10~20%”。这是因为温度升高,分子运动加剧,化学反应速度加快的结果。对于中性盐雾试验,大多数学者认为试验温度选在35℃较为恰当。如果试验温度过高,盐雾腐蚀机理与实际情况差别较大。

2、盐溶液的浓度对腐蚀速度的影响与材料和覆盖层的种类有关。浓度在5%以下时钢、镍、黄铜的腐蚀速度随浓度的增加而增加;当浓度大于5%时,这些金属的腐蚀速度却随着浓度的增加而下降。上述这种现象可以用盐溶液里的氧含量来解释,盐溶液里的氧含量与盐的浓度有关,在低浓度范围内,氧含量随盐浓度的增加而增加,但是,当盐浓度增加到5%时,氧含量达到相对的饱和,如果盐浓度继续增加,氧含量则相应下降。氧含量下降,氧的去极化能力也下降即腐蚀作用减弱。但对于锌、镉、铜等金属,腐蚀速度却始终随着盐溶液浓度的增加而增加

3盐溶液的pH值是影响盐雾试验结果的主要因素之一。pH值越低,溶液中氢离子浓度越高,酸性越强腐蚀性也越强。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等电镀件的盐雾试验表明,盐溶液的pH值为3.0的醋酸盐雾试验(ASS)的腐蚀性比pH值为6.5~7.2的中性盐雾试验(NSS)严酷1.5~2.0倍。

4、样品的放置角度对盐雾试验的结果有明显影响。盐雾的沉降方向是接近垂直方向的,样品水平放置时,它的投影面积最大,样品表面承受的盐雾量也最多,因此腐蚀最严重。研究结果表明:钢板与水平线成45度角时,每平方米的腐蚀失重量为250 g,钢板平面与垂直线平行时,腐蚀失重量为每平方米140 g。GB/T2423.17-93标准规定“平板状样品的放置方法,应该使受试面与垂直方向成30度角。”

5喷雾方式

盐雾颗粒越细,所形成的表面积越大,被吸附的氧量越多,腐蚀性也越强。自然界中90%以上盐雾颗粒的直径为1微米以下,研究成果表明:直径1微米的盐雾颗粒表面所吸附的氧量与颗粒内部溶解的氧量是相对平衡的。盐雾颗粒再小,所吸附的氧量也不再增加。传统的喷雾方法包括气压喷射法和喷塔法,最明显的缺点是盐雾沉降量均匀性较差,盐雾颗粒直径较大。超声雾化法借用超声雾化原理将盐溶液直接雾化成盐雾并通过扩散进入试验区,解决了盐雾沉降量均匀性差的问题,而且盐雾颗粒直径更小。不同的喷雾方法对盐溶液的pH值也会产生影响

五、盐雾测试样板制备过程中的影响因素

1底材处理干净,会影响漆膜对底材附着力,加速漆膜起泡按照标准工艺处理底材,保证磷化膜质量。

2电泳槽液中杂质离子过多,沉积时混入电泳漆膜中。可通过控制槽液电导率,减少杂质离子在电泳槽中的浓度。

3、漆膜厚度,漆膜越厚,耐盐雾性能越好

4电泳后水洗水含盐较多。可用纯水洗,控制电导率。

5、电泳漆膜未固化完全。对不同厚度工件分类电泳,严格控制烘烤时间和温度。

6环境养护因素。避免手指接触漆膜,避免漆膜上留下灰尘、汗渍油渍、碰损等。

、合成设计时提高涂料耐盐雾性能的方法    

1 体系交联密度,涂料体系交联密度提高后,可大大降低水和氧的透过速率,能有效减缓底材腐蚀情况。同时交联密度提高后,涂膜的玻璃化温度得到了提高,漆膜浸水后由于吸水起增塑作用,其玻璃化温度约下降30℃左右 ,若涂层浸水后其玻璃化温度仍超过试验环境温度,则附着点并不因涂层松弛而移动,仍固定于原附着点,即湿附着力良好;建议试验采取在体系参与反应的基团的数量高的树脂体系,尽力提高涂料体系交联密度,同时要注意体系的反应速度活性

2 颜基比,成膜致密性影响到盐雾的渗透,随着PVC的增大,涂膜起泡逐渐降低,而锈蚀却逐渐增大,且柔韧性、耐冲击性均逐渐降低。这是因为在正常情况下,涂层中聚合物树脂基料的数量足可以包覆涂层中的颜填料颗粒,此时涂层为连续致密的膜,而当涂膜中的颜填料体积增大到某一定值而使树脂基料不足以包覆这些颜、填料颗粒时,涂膜的各项性能均会发生突变,建议根据颜填料的吸油量确定临界体积颜料浓度 ( 即 CPVC) ,再按CPVC的700%~80% 来设计配方;

3 颜填料的选择  防锈颜填料分物理防锈和化学防锈两类,配方中增加物理防锈颜填料云母氧化铁和超细云母粉,这些片状结构物料的加入能增加漆膜的致密性,降低腐蚀性介质的渗透率,对腐蚀性介质起着屏蔽作用。化学防锈颜料主要有铅系颜料及铬酸盐、磷酸盐颜料,由于环保要求,现在一般不选用前两种。老配方中采用的是磷酸锌和三聚磷酸铝,新配方中则以一种新型的复合磷酸锌铝为主防锈颜料,辅添一定量的磷酸锌和三聚磷酸铝,其含量约为25%左右为宜,磷酸盐离解产生的磷酸根可使金属表面钝化,引起阳极极化,而锌离子和铝离子则在阴极反应生成难溶物引起阴极极化,可大大提高了涂膜的防锈能力。

4 附着力促进剂的选择   偶联剂能增加有机材料对无机底材的粘接能力,涂膜与底材的附着力增大后,能大大提高涂膜的抗起泡能力,因为起泡是涂膜局部丧失附着力从底材表面脱落而形成的。有机硅偶联剂的通式为 X3Si(CH2)nY , X 基团是易水解的基团, Y 基团是选择来与给定树脂发生反应的有机官能团。如干净的冷轧钢板基体表面不是铁,而是水合氧化铁,反应性硅烷偶联剂的 X 基团和无机底材的羟基 ( 或底材表面的水层 ) 形成氢键,然后缩聚而成氧丙环键;

5 抗划痕腐蚀助剂的选用     由于铁标规定盐雾试验样板表面须划叉,漆膜表面被划破后,会大大地增加了基材的腐蚀速率。所以配方中还要通过加入0.5%左右的 抗划痕腐蚀助剂,来有效地减缓了划叉处基材的腐蚀程度,此类助剂都是一种特殊极性物质,它能被吸附在基材表面形成一层单分子的保护膜,可阻止外界腐蚀因子对基材的侵蚀,如SERVO的有机锌络合物SER-AD FA 379/579等。

、盐雾试验结果的表述

1腐蚀物外:如经过盐雾试验后产品表面产生灰色或黑色镀层腐蚀物产生棕色铁锈、绿色铜锈等

2腐蚀面积百分

腐蚀评级与缺陷面积 
缺陷面积%         腐蚀评级 
无缺陷                 10  
≤0.1                     9 
0.1-0.25             8 
0.25-0.5             7 
0.5-1.0              6 
1.0-2.5              5 
2.5-5                 4 
5-10                  3 
10-25                2
25-50                1 
50                    0 

 

3按照重量增减进行表述

这种方法是根据腐蚀物会造成样品重量发生变化,称量样品在试验前后重量变化,分为失重法和增重法。这两种方法所用的通常都是平板状样品。

失重法就是使用能够溶解腐蚀物,同时对样品自身又不起化学反应的化学溶剂,把试验后样品上的腐蚀物溶解掉,让试验后样品的重量比试验前轻的一种表述方法。失重法的表示方法为:试验后单位试样面积失去重量的数值。

增重法直接测量试验后单位试样面积增加重量的数值

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