你了解金屬材料的鹽霧腐蝕檢測嗎？

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你了解金屬材料的鹽霧腐蝕檢測嗎？

1 前言
腐蝕給金屬材料造成的直接損失巨大。有人統(tǒng)計(jì)每年全世界腐蝕報(bào)廢的金屬約一億噸，占年產(chǎn)量的 20%~40%。而且隨著工業(yè)化的進(jìn)程，腐蝕問題日趨嚴(yán)重化，美國 1949 年腐蝕消耗(材料消耗和腐蝕)為 50 億美元，1975 年達(dá) 700億美元，到 1985年高達(dá) 1680 億美元，與 1949 年相比增加了 80 余倍。估計(jì)全世界每年因腐蝕報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備相當(dāng)于年產(chǎn)量的 30%。顯然，金屬構(gòu)件的毀壞，其價(jià)值遠(yuǎn)比金屬材料的價(jià)值大的多；發(fā)達(dá)國家每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(chǎn)總值的 2%~4%；美國每年因腐蝕要多消耗 3.4%的能源；我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失至少達(dá)二百億。腐蝕的巨大危害不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)損失上，它還會帶來慘重的人員傷亡、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)、阻礙新技術(shù)的發(fā)展、促進(jìn)自然資源的損耗。
2 鹽霧腐蝕背景及機(jī)理
腐蝕是材料或其性能在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)。大多數(shù)的腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境中，大氣中含有氧氣、濕度、溫度變化和污染物等腐蝕成分和腐蝕因素。
鹽霧腐蝕是一種常見和較有破壞性的大氣腐蝕。其中鹽霧是指氯化物的大氣，它的主要腐蝕成分是氯化鈉。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕是由于氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護(hù)層與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的。同時(shí)，氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠并取代氯化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態(tài)表面變成活潑表面，造成對充電器極壞的不良反應(yīng)。
陽極：金屬失去電子而變成金屬陽離子，并以水化離子的形式進(jìn)入溶液，同時(shí)把相當(dāng)?shù)碾娮恿粼诮饘僦小?br /> Me+nH2O →Me2+· nH2O+2e-
陰極：留在陰極金屬中的剩余電子，被氧去極化，還原并吸收電子，成為氫氧根離子。
O2+nH2O+4e-→4OH-
電解液：氯化鈉離解而生成鈉離子和氯離子，部分氯離子、金屬離子和氫氧根離子反應(yīng)成金屬腐蝕物。
2Me2++2Cl-+2OH-→MeCl2·Me(OH)2
3 鹽霧腐蝕危害
1) 鹽霧腐蝕會破壞金屬保護(hù)層，使它失去裝飾性，降低機(jī)械強(qiáng)度；
2) 一些電子元器件和電器線路，由于腐蝕而造成電源線路中斷，特別是在有振動的環(huán)境中，尤為嚴(yán)重；
3) 當(dāng)鹽霧降落在絕緣體表面時(shí)，將使表面電阻降低；絕緣體吸收鹽溶液后，它的體積電阻將降低四個(gè)數(shù)量級；
4) 機(jī)械部件或運(yùn)動部件的活動部位由于腐蝕物的產(chǎn)生，而增加摩擦力以至造成運(yùn)動部件被卡死。

4 金屬材料鹽霧腐蝕檢測試驗(yàn)
鹽霧試驗(yàn)分為天然環(huán)境暴露試驗(yàn)和人工加速模擬環(huán)境試驗(yàn)，后者是利用鹽霧試驗(yàn)箱，在其容積空間內(nèi)用人工的方法，制造鹽霧環(huán)境來對充電器的耐鹽霧腐蝕性能質(zhì)量進(jìn)行考核。
與天然環(huán)境相比，其鹽霧環(huán)境的氯化物的鹽濃度，可以是一般天然環(huán)境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，使腐蝕速度大大提高，對充電器進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，得出結(jié)果的時(shí)間也大大縮短。如在天然暴露環(huán)境下對某充電器樣品進(jìn)行試驗(yàn)，待其腐蝕可能要 1 年，而在人工模擬鹽霧環(huán)境條件下試驗(yàn)，只要 24 小時(shí)，即可得到相似的結(jié)果。但人工加速模擬試驗(yàn)仍然與天然環(huán)境不同，因而也不能代替。

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

圖 1 某鹽霧試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)圖

圖 2 某鹽霧試驗(yàn)設(shè)備
4.2 適用范圍
1) 鋼鐵表面鍍銅+鎳+鉻或鎳+鉻；
2) 銅或銅合金表面鍍鎳+鉻；
3) 300 系列或 400 系列不銹鋼表面鍍鎳+鉻；
4) 鋁或鋁合金表面鍍銅+鎳+鉻；
5) 鋅合金表面鍍銅+鎳+鉻；
6) 塑膠電鍍件。

4.3 試驗(yàn)方法
4.3.1 中性鹽霧試驗(yàn)（NSS 試驗(yàn)）
是出現(xiàn)較早目前應(yīng)用領(lǐng)域較廣的一種加速腐蝕試驗(yàn)方法。它采用5%的氯化鈉鹽水溶液，溶液 PH 值調(diào)在中性范圍（6～7）作為噴霧用的溶液。試驗(yàn)溫度均取 35℃，要求鹽霧的沉降率在 1～2ml/80cm·h 之間。

4.3.2 醋酸鹽霧試驗(yàn)（ASS 試驗(yàn)）
是在中性鹽霧試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它是在 5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的 PH 值降為 3 左右，溶液變成酸性，較后形成的鹽霧也由中性鹽霧變成酸性。它的腐蝕速度要比NSS 試驗(yàn)快 3 倍左右。

4.3.3 銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)（LRHS-663P-RY）
是國外新近發(fā)展起來的一種快速鹽霧腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為50℃，鹽溶液中加入少量銅鹽—氯化銅，強(qiáng)烈誘發(fā)腐蝕。它的腐蝕速度大約是 NSS 試驗(yàn)的 8 倍。

4.3.4 交變鹽霧試驗(yàn)

是一種綜合鹽霧試驗(yàn)，它實(shí)際上是中性鹽霧試驗(yàn)加恒定濕熱試驗(yàn)。它主要用于空腔型的整機(jī)充電器，通過潮態(tài)環(huán)境的滲透，使鹽霧腐蝕不但在充電器表面產(chǎn)生，也在充電器內(nèi)部產(chǎn)生。它是將充電器在鹽霧和濕熱兩種環(huán)境條件下交替轉(zhuǎn)換，較后考核整機(jī)充電器的電性能和機(jī)械性能有無變化。

圖 3 GB/T 10125 中 4 種鹽霧測試方法的對比

4.4 影響因素
影響鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的主要因素包括：試驗(yàn)溫濕度、鹽溶液的濃度、樣品放置角度、鹽溶液的 pH值、鹽霧沉降量和噴霧方式等。

1) 試驗(yàn)溫濕度

溫度和相對濕度影響鹽霧的腐蝕作用。金屬腐蝕的臨界相對濕度大約為 70%。當(dāng)相對濕度達(dá)到或超過這個(gè)臨界濕度時(shí)，鹽將潮解而形成導(dǎo)電性能良好的電解液。當(dāng)相對濕度降低，鹽溶液濃度將增加直至析出結(jié)晶鹽，腐蝕速度相應(yīng)降低。試驗(yàn)溫度越高鹽霧腐蝕速度越快。對于中性鹽霧試驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為試驗(yàn)溫度選在 35℃較為恰當(dāng)。

2)鹽溶液的濃度

鹽溶液的濃度對腐蝕速度的影響與材料和覆蓋層的種類有關(guān)。濃度在 5%以下時(shí)鋼、鎳、黃銅的腐蝕速度隨濃度的增加而增加；
當(dāng)濃度大于 5%時(shí)，這些金屬的腐蝕速度卻隨著濃度的增加而下降。

3)樣品的放置角度

樣品的放置角度對鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果有明顯影響。鹽霧的沉降方向是接近垂直方向的，樣品水平放置時(shí)，它的投影面積較大，樣品表面承受的鹽霧量也較多，因此腐蝕較嚴(yán)重。GB/T2423.17-93標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“平板狀樣品的放置方法，應(yīng)該使受試面與垂直方向成30 度角。

4)鹽溶液的 pH值

鹽溶液的 pH值是影響鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的主要因素之一。pH 值越低，溶液中氫離子濃度越高，酸性越強(qiáng)腐蝕性也越強(qiáng)。以 Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr 等電鍍件的鹽霧試驗(yàn)表明, 鹽溶液的 pH值為 3.0 的醋酸鹽霧試驗(yàn)(ASS)的腐蝕性比 pH 值為6.5～7.2的中性鹽霧試驗(yàn)(NSS)嚴(yán)酷 1.5～2.0 倍。
5) 鹽霧沉降量和噴霧方式
6) 試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間

4.5 結(jié)果判定
鹽霧試驗(yàn)的目的是為了考核充電器或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質(zhì)量，而鹽霧試驗(yàn)結(jié)果判定正是對充電器質(zhì)量的宣判，它的判定結(jié)果是否正確合理，是正確衡量充電器或金屬抗鹽霧腐蝕質(zhì)量的關(guān)鍵。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的判定方法有：評級判定法、稱重判定法、腐蝕物出現(xiàn)判定法、腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法。
1) 評級判定法：把腐蝕面積與總面積之比的百分?jǐn)?shù)按一定的方法劃分成幾個(gè)級別，以某一個(gè)級別作為合格判定依據(jù)，適合于平板樣品評價(jià)。
2) 稱重判定法：通過對腐蝕試驗(yàn)前后樣品的重量變化，計(jì)算出受腐蝕損失的重量（或增重）來對樣品耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行評判，適用于對某種金屬耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行考核。
3) 腐蝕物出現(xiàn)判定法：是一種定性的判定法，它以鹽霧腐蝕試驗(yàn)后充電器是否產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象來對樣品進(jìn)行判定，一般充電器標(biāo)準(zhǔn)中大多采用此方法。
4) 腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法：主要用于分析、統(tǒng)計(jì)腐蝕情況，而不是具體用于某一具體充電器的質(zhì)量判定。

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