什么是循環(huán)腐蝕試驗(yàn)？Q-FOG CCT鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱是如何完成循環(huán)腐蝕測(cè)試的？

大約在1914年，鹽霧法首次被用于測(cè)試材料的耐腐蝕性，1939年，中性鹽霧試驗(yàn)被寫(xiě)入ASTM B117。傳統(tǒng)的鹽霧標(biāo)準(zhǔn)要求樣品在35°C下持續(xù)暴露在濃度為5%的鹽霧中。盡管ASTM B117試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在其80年的應(yīng)用過(guò)程中多次修訂和改進(jìn)，但人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果與樣品在戶(hù)外暴露的實(shí)際腐蝕效果不太相符。即便如此，ASTM B117仍然是鹽霧腐蝕試驗(yàn)的主要標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于涂料、軍事部件和電子元器件的耐腐蝕試驗(yàn)。

隨著對(duì)材料耐腐蝕性要求的提高，工程師和研究人員繼續(xù)嘗試開(kāi)發(fā)測(cè)試程序，以更準(zhǔn)確地模擬室外腐蝕的影響。20世紀(jì)60年代和70年代，英國(guó)的Harrison和Timmons2,3開(kāi)發(fā)了Prohesion試驗(yàn)，特別適用于工業(yè)保護(hù)涂層的腐蝕性測(cè)試。近年來(lái)，SAE和AISI已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展汽車(chē)循環(huán)腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果令人滿(mǎn)意，并發(fā)表了一些文章，日本的研究人員也開(kāi)發(fā)了一些循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法。

什么是循環(huán)腐蝕試驗(yàn)?

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)是一種比傳統(tǒng)的恒態(tài)暴露更符合實(shí)際的鹽霧試驗(yàn)。因?yàn)閷?shí)際的戶(hù)外暴露通常包括潮濕和干燥的條件，模擬這些自然的循環(huán)條件，加速實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是有意義的。研究表明，經(jīng)過(guò)循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，樣品的相對(duì)腐蝕速率、結(jié)構(gòu)和形貌與室外腐蝕結(jié)果非常相似。因此，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)比傳統(tǒng)的鹽霧方法更接近真實(shí)的戶(hù)外暴露。它們可以有效地評(píng)價(jià)多種腐蝕機(jī)理，如一般腐蝕、電偶腐蝕和縫隙腐蝕。

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的目的是重現(xiàn)室外腐蝕環(huán)境中的腐蝕類(lèi)型。CCT測(cè)試將樣品暴露在一系列具有不同條件的循環(huán)環(huán)境中。簡(jiǎn)單的暴露循環(huán)，如Prohesion測(cè)試，將樣品暴露在由鹽霧和干燥條件組成的循環(huán)中。更復(fù)雜的汽車(chē)測(cè)試方法除了鹽霧和干燥循環(huán)外，還需要浸泡、濕度和冷凝循環(huán)。最初，這些測(cè)試循環(huán)是手動(dòng)完成的，實(shí)驗(yàn)室操作員將樣品從鹽霧室移到濕度測(cè)試室，然后移到干燥裝置，等等。最近，微處理器控制的測(cè)試室可以自動(dòng)化這些測(cè)試步驟，減少測(cè)試的不確定性。

測(cè)試條件

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)采用下列一種或全部條件:

室溫條件:

在CCT測(cè)試中，室溫條件定義為實(shí)驗(yàn)室室溫條件。室溫條件通常會(huì)非常緩慢地改變測(cè)試樣品的性能。例如，鹽噴涂后的樣品在室溫下放置兩個(gè)小時(shí)。樣品實(shí)際上是在特定的溫度和濕度條件下經(jīng)歷一個(gè)緩慢的干燥過(guò)程。

一般來(lái)說(shuō)，“室溫條件”是沒(méi)有腐蝕性蒸汽和氣體的。幾乎沒(méi)有氣體流動(dòng)，溫度通常為?25±5°C，相對(duì)濕度為?50%或更低，應(yīng)監(jiān)測(cè)和記錄每次試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室條件。

艙室條件:

非室溫條件通常是指試驗(yàn)室內(nèi)的暴露條件。在不同的非室溫條件之間的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)手動(dòng)將測(cè)試樣品從一個(gè)測(cè)試室移動(dòng)到另一個(gè)測(cè)試室，或通過(guò)在全自動(dòng)測(cè)試室中從一個(gè)條件循環(huán)到另一個(gè)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

每次試驗(yàn)都需要監(jiān)測(cè)溫度和相對(duì)濕度。如果可能的話(huà),?應(yīng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。溫度偏差應(yīng)準(zhǔn)確到?±3°C或以下。

鹽霧(噴霧)條件:

鹽霧條件可以在B117型試驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以在實(shí)驗(yàn)室條件下手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。噴嘴能?chē)姵鲮F狀鹽溶液。通常，除NaCl(氯化鈉)外，含有其他化學(xué)物質(zhì)的電解質(zhì)可用于模擬酸雨或其他工業(yè)腐蝕。圖1為鹽霧條件。

濕度條件:

CCT測(cè)試程序通常需要高濕度條件。這一要求見(jiàn)于ASTM d224711試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。這有時(shí)可以通過(guò)使用可選的B117試驗(yàn)箱噴灑純水霧來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2顯示了潮濕條件下的Q-Fog。

干燥條件:

干燥條件可以在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)?？臻g內(nèi)有足夠的空氣流通，避免分層，使樣品干燥。“干燥”的定義是復(fù)雜的，它是指樣品的表面干燥還是完全干燥存在爭(zhēng)議。由于產(chǎn)品腐蝕滲透，樣品徹底干燥所需的時(shí)間可能會(huì)增加。圖3顯示了干燥條件下的Q-Fog。

浸水腐蝕條件:

這種條件通常包含特定濃度的電解質(zhì)，通常為5%，pH值為4至8，溫度通常是特定的。溶液在使用過(guò)程中可能被污染，應(yīng)定期更換。

浸泡條件:

必須使用蒸餾水或去離子水。水質(zhì)要求見(jiàn)ASTM D1193 12。浸泡容器應(yīng)由塑料或其他惰性材料制成。浸泡溶液的pH應(yīng)在6 ~ 8之間，溫度應(yīng)在24±3℃，在25℃時(shí)電導(dǎo)率應(yīng)小于50mohm/cm。

CCT鹽霧箱試驗(yàn)指南

因?yàn)镃CT測(cè)試通常很復(fù)雜，需要多步循環(huán)暴露，所以它可能令人困惑。以下測(cè)試指南可以幫助操作人員理解CCT暴露測(cè)試條件在不同步驟之間可能帶來(lái)的差異，并有助于在不同實(shí)驗(yàn)室之間就測(cè)試結(jié)果達(dá)成共識(shí)。

使用參考樣本

如果可能，參考樣品(性能已知的被測(cè)樣品)應(yīng)與被測(cè)樣品平行測(cè)試，如果可能較好使用多個(gè)參考樣品。參考樣品有助于判斷被測(cè)樣品的測(cè)試性能。參考樣品的使用有助于規(guī)范重復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)條件的參數(shù)，也可為不同重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的比較提供指導(dǎo)。

測(cè)試樣品的制備

通常的做法是在進(jìn)行CCT測(cè)試之前在涂覆樣品上劃線。這會(huì)破壞涂層，加速腐蝕過(guò)程。使用石劃線時(shí)，建議按?ASTM D3170。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，劃痕深度的差異會(huì)嚴(yán)重影響?CCT鹽霧試驗(yàn)結(jié)果。這對(duì)鍍鋅基材的影響最大。在大多數(shù)情況下，劃痕應(yīng)該深入金屬基板。因?yàn)閯澓鄣膸缀涡螤钜矔?huì)影響結(jié)果，所以記錄所使用的劃痕工具是很重要的。劃傷損傷可以用顯微鏡觀察，在劃傷方法ASTM D1654標(biāo)準(zhǔn)中有描述。

暴露試驗(yàn)注意事項(xiàng)

除了B117中提到的注意事項(xiàng)外，CCT暴露在多種測(cè)試條件下對(duì)測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性和可重復(fù)性造成了額外的潛在問(wèn)題。

試驗(yàn)箱加載

滿(mǎn)載的測(cè)試箱通常比輕載的測(cè)試箱需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)變。為保證試驗(yàn)過(guò)程中的空氣循環(huán)，試驗(yàn)箱應(yīng)均勻加載。

過(guò)渡(坡道)時(shí)間

無(wú)論試驗(yàn)箱是手動(dòng)操作還是完全自動(dòng)化，轉(zhuǎn)換時(shí)間是影響試驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)因素。在手動(dòng)操作中，轉(zhuǎn)換時(shí)間是將樣品從一種環(huán)境或暴露條件轉(zhuǎn)移到另一種環(huán)境或暴露條件所需的時(shí)間。在全自動(dòng)的試驗(yàn)室中，?轉(zhuǎn)換時(shí)間是設(shè)備改變室中暴露條件所需的時(shí)間。自動(dòng)曝光比手動(dòng)曝光更具有可預(yù)測(cè)性和可重復(fù)性。過(guò)渡時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響還有待進(jìn)一步研究。因此，盡可能多地監(jiān)測(cè)和記錄隨時(shí)間變化而變化的過(guò)渡時(shí)間是很重要的：

室溫條件的變化

手動(dòng)程序的更改

所用儀器的類(lèi)型

試驗(yàn)箱的負(fù)載

鹽霧沉降均勻性

在傳統(tǒng)的鹽霧測(cè)試中，通常通過(guò)在腔內(nèi)不同位置收集鹽霧來(lái)檢查霧的均勻性。與B117不同，CCT鹽霧沉降速率測(cè)試不能在測(cè)試操作過(guò)程中進(jìn)行。這是因?yàn)榻^大多數(shù)CCT暴露規(guī)定相對(duì)較短的鹽霧循環(huán)時(shí)間。因此，為了測(cè)量CCT測(cè)試裝置中鹽霧沉積的均勻性，我們必須在長(zhǎng)達(dá)16小時(shí)的連續(xù)噴霧周期內(nèi)收集鹽霧沉積。關(guān)于收集鹽霧沉積的詳細(xì)說(shuō)明，參見(jiàn)方法B117。

測(cè)試中斷

當(dāng)測(cè)試必須中斷時(shí)，將樣品置于盡可能無(wú)腐蝕性的環(huán)境中。記錄所有的中斷和樣品的處理。

報(bào)告

除了常規(guī)鹽霧試驗(yàn)需要記錄的所有試驗(yàn)條件外，CCT鹽霧試驗(yàn)報(bào)告還應(yīng)包括：

• 全自動(dòng)鹽霧室的切換時(shí)間

• 鹽霧室負(fù)載條件(如樣品數(shù)量)

• 實(shí)驗(yàn)室人工測(cè)試時(shí)控制溫度和相對(duì)濕度的平均值以及這些參數(shù)的每日波動(dòng)

自動(dòng)化CCT鹽霧測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)

循環(huán)腐蝕測(cè)試最初是一種人工操作的勞動(dòng)密集型測(cè)試方法?，F(xiàn)在，有了自動(dòng)化多功能鹽霧室，可以在一個(gè)室中進(jìn)行所有的CCT測(cè)試。以下是它的一些優(yōu)點(diǎn)：

• 無(wú)需手動(dòng)將測(cè)試樣品從一個(gè)腔室移動(dòng)到另一個(gè)腔室

• 不需要費(fèi)力地噴灑試驗(yàn)樣品

• 減少移動(dòng)樣品引起的測(cè)量結(jié)果的變化

• 更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)過(guò)渡時(shí)間

  
  

常用的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法

以下是一些常用的測(cè)試方法。以下試驗(yàn)條件是對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法和操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明。如需了解更詳細(xì)的信息，請(qǐng)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其他的測(cè)試周期可能更適合您的需求，SAE J1563作為循環(huán)測(cè)試的指導(dǎo)來(lái)源是有用的。

鹽霧腐蝕測(cè)試方法有很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。一些研究人員認(rèn)為鹽霧條件優(yōu)于浸泡條件。有些人選擇特殊的電解質(zhì)來(lái)模擬酸雨。然而，大多數(shù)選擇使用自動(dòng)鹽霧室。不同的暴露溫度、持續(xù)時(shí)間和暴露順序的設(shè)置仍然存在爭(zhēng)議，因此對(duì)周期時(shí)間修正和腐蝕解決方案改進(jìn)的研究無(wú)疑將繼續(xù)下去。然而，對(duì)于大多數(shù)材料來(lái)說(shuō)，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果比傳統(tǒng)的鹽霧腐蝕試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)，這是大多數(shù)人的共識(shí)。