什么是循環(huán)腐蝕測(cè)試?
循環(huán)腐蝕測(cè)試是一種比傳統(tǒng)恒態(tài)的暴露更真實(shí)的鹽霧噴淋測(cè)試。因?yàn)閷?shí)際戶外暴露通常包含干濕兩種環(huán)境模擬這些自然的、周期性條件,實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試才有意義。研究表明,經(jīng)過循環(huán)腐蝕測(cè)試后,樣品的相對(duì)腐蝕率、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和戶外的腐蝕結(jié)果很相似。因此,循環(huán)腐蝕測(cè)試比傳統(tǒng)鹽霧噴淋法,更接近真實(shí)的戶外暴露。它們能有效地評(píng)價(jià)很多腐蝕機(jī)制,如一般腐蝕,電化腐蝕和縫隙腐蝕等。
循環(huán)腐蝕測(cè)試的目的是再現(xiàn)戶外腐蝕環(huán)境的腐蝕類型。CCT測(cè)試把樣品暴露于一系列不同條件的循環(huán)環(huán)境中。簡(jiǎn)單的暴露循環(huán),如Prohesion測(cè)試,是把樣品暴露在由鹽霧和干燥條件組成的循環(huán)中。更復(fù)雜的汽車測(cè)試方法除了要求鹽霧及干燥循環(huán)外,還要求浸泡、潮濕和冷凝等循環(huán)。最初這些測(cè)試循環(huán)是通過人工操作來(lái)完成的,實(shí)驗(yàn)室操作人員把樣品從鹽霧噴淋箱移到潮濕試驗(yàn)箱,再移到干燥裝置等。最近,微處理器控制的測(cè)試箱可以自動(dòng)完成這些測(cè)試步驟,減少了試驗(yàn)的不確定性。
暴露條件
循環(huán)腐蝕性測(cè)試中應(yīng)用到下述條件中的一種或全部:
室溫條件:
在CCT測(cè)試中,室溫環(huán)境是指實(shí)驗(yàn)室室溫條件。室溫條件通??梢苑浅>徛馗淖儨y(cè)試樣品的性能。例如,鹽霧噴淋后的樣品在室溫條件中放置兩小時(shí)。樣品實(shí)際上在特定溫度和濕度條件下經(jīng)歷一個(gè)緩慢的干燥過程。一般而言,"室溫條件"中沒有腐蝕性蒸汽和氣體。幾乎沒有氣體流動(dòng),溫度通常是25±5℃,相對(duì)濕度為50%或更低,每次測(cè)試時(shí)應(yīng)監(jiān)控并記錄實(shí)驗(yàn)室條件。
箱內(nèi)條件:
非室溫條件通常指測(cè)試箱內(nèi)暴露條件。在不同的非室溫條件之間的轉(zhuǎn)換,可以通過人工把測(cè)試樣品從一個(gè)試驗(yàn)箱移動(dòng)到另外一個(gè)試驗(yàn)箱,或在全自動(dòng)的試驗(yàn)箱內(nèi),實(shí)現(xiàn)由一個(gè)條件到另一條件的循環(huán)。
每次試驗(yàn)需監(jiān)控溫度和相對(duì)濕度。如果可能, 應(yīng)該采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。溫度偏差應(yīng)該精確到±3℃或更小。
鹽霧(噴淋)條件:
鹽霧條件可在B117類型的測(cè)試箱內(nèi)實(shí)現(xiàn),或在實(shí)驗(yàn)室條件下人工操作。噴嘴可噴出霧狀鹽溶液。一般來(lái)說,除NaCl(氯化鈉)外,也可使用含其他化學(xué)品的電解液來(lái)模擬酸雨或其它工業(yè)腐蝕。圖1表示的是鹽霧條件。
潮濕條件:
CCT測(cè)試程序通常要求高濕度條件。相對(duì)濕度要求為95-100%。ASTM D224711測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中有這一要求。有時(shí)候也可通過選用B117試驗(yàn)箱來(lái)噴淋純水霧來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2顯示Q-Fog鹽霧試驗(yàn)機(jī)處于潮濕條件。
干燥條件:
干燥條件可在一間開放式實(shí)驗(yàn)室中或在一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)。空間內(nèi)空氣充分流通,這樣可避免分層且可干燥樣品。"干燥"的定義比較復(fù)雜,人們對(duì)指的是樣品的表面干燥還是徹底干燥還存有爭(zhēng)議。隨著產(chǎn)品腐蝕的滲透,樣品徹底干燥所需的時(shí)間可能會(huì)增加。圖3顯示Q-Fog處于干燥條件。
浸泡腐蝕條件:
這種條件通常包含特定濃度的電解液,一般情況下濃度為5%,pH值在4到8,溫度通常也是特定的。使用過程中,溶液可能被污染,應(yīng)定期更換溶液。
浸水條件:
必須使用蒸餾水或去離子水。關(guān)于水質(zhì)的要求可參考ASTM D119312標(biāo)準(zhǔn)。浸泡用的容器應(yīng)由塑料或其它惰性材料制成。浸泡液的pH值在6到8之間, 溫度為24±3℃,電導(dǎo)率在2 5 ℃時(shí)應(yīng)小于50mohm/cm。
CCT鹽霧箱測(cè)試指南
因?yàn)镃CT鹽霧測(cè)試箱測(cè)試通常比較復(fù)雜,且需要多步循環(huán)暴露,容易使人混淆。下述的測(cè)試指南可以幫助操作者了解CCT暴露測(cè)試條件可能帶來(lái)各個(gè)步驟之間的差異,并幫助不同實(shí)驗(yàn)室之間就測(cè)試結(jié)果達(dá)成共識(shí)。
使用參照樣品
如果可能,參照樣品(測(cè)試過,已知性能的樣品)應(yīng)和被測(cè)樣品同步進(jìn)行測(cè)試,如有可能最好使用多種參照樣品。參照樣品有助于評(píng)判被測(cè)樣品的測(cè)試性能。參照樣品的使用可以幫助將重復(fù)測(cè)試的測(cè)試條件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,也能對(duì)不同的重復(fù)測(cè)試的結(jié)果比較進(jìn)行指導(dǎo)。
測(cè)試樣品的制備
常見的做法是在進(jìn)行CCT測(cè)試之前,在有涂層的樣品上劃線。這樣可以破壞涂層,以加速腐蝕進(jìn)程。當(dāng)使用石擊儀時(shí),建議按ASTM D317013標(biāo)準(zhǔn)操作。
越來(lái)越多的證據(jù)表明,劃痕深度的不同會(huì)嚴(yán)重影響CCT鹽霧測(cè)試結(jié)果。這對(duì)鍍鋅底材的影響最大。大多數(shù)情形下,劃痕應(yīng)該深入到金屬底材。因?yàn)閯澓鄣膸缀涡螤钜矔?huì)影響結(jié)果,必須記錄所使用的劃線工具??墒褂蔑@微鏡來(lái)觀察劃痕損害,ASTM D165414標(biāo)準(zhǔn)中有劃痕方法的描述。
暴露實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
除了B117中提到的注意事項(xiàng)外, CCT暴露的多種測(cè)試條件給試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性和再現(xiàn)性帶來(lái)更多的潛在問題。
試驗(yàn)箱負(fù)荷:
滿負(fù)荷的試驗(yàn)箱通常比輕負(fù)荷的試驗(yàn)箱,需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)變。為了保證測(cè)試時(shí)空氣流通,試驗(yàn)箱的負(fù)荷應(yīng)均勻。
轉(zhuǎn)換(斜坡)時(shí)間:
無(wú)論是人工操作還是全自動(dòng)的試驗(yàn)箱,轉(zhuǎn)換時(shí)間都是一個(gè)影響測(cè)試結(jié)果的因素。人工操作時(shí),轉(zhuǎn)換時(shí)間是指把樣品從一個(gè)環(huán)境或暴露條件轉(zhuǎn)移到另一個(gè)環(huán)境或暴露條件所需的時(shí)間。全自動(dòng)試驗(yàn)箱中, 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指設(shè)備改變箱內(nèi)暴露條件所需的時(shí)間。自動(dòng)比人工暴露給出更多可預(yù)測(cè)且可重復(fù)的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響仍然需要進(jìn)一步研究。因此,盡可能地監(jiān)控并記錄轉(zhuǎn)換時(shí)間,轉(zhuǎn)換時(shí)間會(huì)隨著以下情況的改變而改變:
室溫條件的變化
人工操作程序的變化
使用的儀器類型
試驗(yàn)箱的負(fù)荷
鹽霧沉降及均勻性:
在傳統(tǒng)的鹽霧噴淋測(cè)試中,噴霧的均勻性通常通過在箱內(nèi)不同位置收集鹽霧來(lái)檢測(cè)。不同于B117,CCT鹽霧沉降率的檢測(cè)不能在測(cè)試操作過程中完成。這是因?yàn)榻^大多數(shù)的CCT暴露規(guī)定鹽霧循環(huán)時(shí)間相對(duì)較短。因此,為了測(cè)得在一個(gè)CCT酸霧腐蝕試驗(yàn)箱里鹽霧沉降量的均勻性,我們必需收集在連續(xù)噴霧達(dá)16個(gè)小時(shí)的鹽霧沉降量。查看B117的方法可獲得關(guān)于收集鹽霧沉降量的詳細(xì)說明。
測(cè)試中斷:
當(dāng)測(cè)試必須中斷時(shí),被測(cè)樣品盡可能置于不被腐蝕的條件中。記錄所有的中斷情況及樣板的處理情況。
報(bào)告
除了傳統(tǒng)鹽霧測(cè)試所要求的所有需要記錄的測(cè)試條件外,CCT鹽霧測(cè)試報(bào)告還應(yīng)該包括:
全自動(dòng)鹽霧箱的轉(zhuǎn)換時(shí)間
鹽霧箱的負(fù)荷情況(例如,樣品數(shù)量)
人工測(cè)試時(shí),實(shí)驗(yàn)室的受控溫度、相對(duì)濕度的平均值以及這些參數(shù)每天的波動(dòng)情況。
自動(dòng)CCT鹽霧測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)
循環(huán)腐蝕性測(cè)試一開始是勞動(dòng)密集型人工操作測(cè)試方法。現(xiàn)在,自動(dòng)化多功能鹽霧箱已問世而且它可以在一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)完成所有的CCT測(cè)試。以下是它的一些優(yōu)點(diǎn):
不用人工把測(cè)試樣品從一個(gè)試驗(yàn)箱移到另一個(gè)試驗(yàn)箱
不用費(fèi)力地對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行噴霧
減小因?qū)悠钒釀?dòng)而引起的測(cè)量結(jié)果變化
可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變時(shí)間
常用循環(huán)腐蝕性測(cè)試方法
下列所述是部分常用的測(cè)試方法。以下測(cè)試條件是對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法和操作的簡(jiǎn)述。如欲獲得更詳細(xì)的資料,請(qǐng)參閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。其它的測(cè)試循環(huán)可能更符合您的要求,SAE J156315作為循環(huán)測(cè)試指導(dǎo)的來(lái)源是很有用的。
Prohesion循環(huán)
Prohesion測(cè)試起源于英國(guó),應(yīng)用于工業(yè)防護(hù)涂料的測(cè)試。Prohesion也因在絲狀腐蝕性測(cè)試中的很好結(jié)果而得到認(rèn)可。
Prohesion電解液比傳統(tǒng)的鹽霧濃度更低。除此之外,噴霧空氣未經(jīng)濕潤(rùn)。
暴露條件包括:
電解液 0.05%氯化鈉和0.35%硫酸銨
酸性溶液 pH值在5.0和5.4之間
Prohesion暴露循環(huán)如下:
1小時(shí) 在25℃(或室溫條件下)鹽霧噴淋
1小時(shí) 在35℃干燥 (通過給測(cè)試箱通新鮮空氣來(lái)干燥樣品,45分鐘后樣品上的所有可見液滴都被吹干)
重復(fù)上述步驟
腐蝕/老化循環(huán)
對(duì)工業(yè)防護(hù)涂料來(lái)說,增加紫外線測(cè)試有利于提高一些產(chǎn)品的測(cè)試相關(guān)性16,17。這是因?yàn)樽贤饩€對(duì)涂料的破壞使產(chǎn)品更易腐蝕。腐蝕/老化循環(huán)由一周 Prohesion測(cè)試和一周的QUV暴露交替進(jìn)行。
電解液 0.05%氯化鈉和0.35%硫酸銨
溶液酸度 pH值在5.0和5.4之間
試驗(yàn)周期 2,000小時(shí)
腐蝕/ 老化暴露循環(huán)如下:
1小時(shí) 在25℃ (或室溫條件下)鹽霧噴淋
1小時(shí) 在35℃ 干燥(通過給測(cè)試箱通新鮮空氣來(lái)干燥樣品,45分鐘后(樣品上的所有可見液滴都被吹干)
重復(fù)一周,然后人工操作把樣品移動(dòng)到QUV加速老化實(shí)驗(yàn)裝置且在下列循環(huán)中暴露:
4小時(shí) UV紫外光照, UVA-340燈管, 60℃
4小時(shí) 冷凝(純水),50℃
重復(fù)一周
人工操作把樣品移動(dòng)到CCT試驗(yàn)箱且重復(fù)整個(gè)程序。
汽車CCT暴露
汽車工業(yè)的循環(huán)腐蝕性測(cè)試方法技術(shù)領(lǐng)先。因此,大部分CCT測(cè)試都應(yīng)用在汽車測(cè)試方面。
GM 9540P/B.
通過美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE ACAP委員會(huì)和美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)AISI所做研究,這是目前首選的用于汽車表面腐蝕(面涂或預(yù)涂金屬板)的CCT方法之一。GM 9540P/B要求每天按16小時(shí)工作周期人工試驗(yàn), 或使用自動(dòng)循環(huán)測(cè)試箱。如果是人工操作,就要用一個(gè)噴霧器給樣品噴霧直到全部濕透。零件在被噴霧之前看起來(lái)必須是干燥的。如果是人工操作, 周末的時(shí)候樣品只能暴露在實(shí)驗(yàn)室條件下。自動(dòng)化測(cè)試裝置可在一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)完成暴露測(cè)試。
GM 9540P/B暴露條件包括:
電解液 0.9%NaCl,0.1%CaCl2 & 0.25 NaHCO3
溶液酸度 pH值在6.0和8.0之
試驗(yàn)周期 80測(cè)試循環(huán) (1,920小時(shí))
GM 9540P/B暴露測(cè)試循環(huán)如下:
– 徹底的鹽霧噴淋
90分鐘 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(25℃,相對(duì)濕度30-50%)
– 徹底的鹽霧噴淋
90分鐘 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(25℃,相對(duì)濕度30-50%)
– 徹底的鹽霧噴淋
90分鐘 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(25℃,相對(duì)濕度30-50%)
– 徹底的鹽霧噴淋
210分鐘 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(25℃,相對(duì)濕度30-50%)
8小時(shí) 潮濕 (相對(duì)濕度9-100%)
8小時(shí) 干燥 (60℃,相對(duì)濕度<30%)
重復(fù)上述步驟
日本汽車循環(huán)腐蝕性測(cè)試
日本人已開發(fā)了一些循環(huán)腐蝕性測(cè)試,大部分主要用于汽車測(cè)試。
CCT-1.
CCT-1由一些日本的汽車制造商制定,也稱作CCTA。
CCT-1暴露條件包括:
電解液 5%氯化鈉
溶液酸度 未規(guī)定
試驗(yàn)周期 200測(cè)試循環(huán)(1,600小時(shí))
CCT-1暴露測(cè)試循環(huán)如下:
4小時(shí) 35℃鹽霧噴淋
2小時(shí) 60℃相對(duì)濕度小于35%干燥,
2小時(shí) 50℃相對(duì)濕度大于95%潮濕,
重復(fù)上述步驟
CCT-4
CCT-4由一些日本的汽車制造商制定,在SAE和AISI的研究項(xiàng)目中。CCT-4 被認(rèn)為是和實(shí)際車輛腐蝕結(jié)果相關(guān)性最好的暴露方法之一。沒有特別規(guī)定周末的測(cè)試。
CCT-4暴露條件包括:
電解液 5%氯化鈉
溶液酸度 未規(guī)定
試驗(yàn)周期 50測(cè)試循環(huán)(1,200小時(shí))
CCT-4暴露測(cè)試循環(huán)如下:
10分鐘 35℃鹽霧噴淋
155分鐘 60℃干燥
75分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
160分鐘 60℃干燥
80分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
160分鐘 60℃干燥
80分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
160分鐘 60℃干燥
80分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
160分鐘 60℃干燥
80分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
160分鐘 60℃干燥
80分鐘 60℃潮濕,相對(duì)濕度95%
重復(fù)上述步驟
CCT酸雨
這是一種模擬酸雨暴露的測(cè)試循環(huán),是日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織(JASO)的測(cè)試方法 M609在汽車腐蝕性測(cè)試方面的改進(jìn)版。
CCT酸雨暴露條件如下:
電解液 5%(重量)NaCl,0.12%
(體積)HNO3, 0.173%
(體積)H2SO4, 0.228%
(重量)NaOH
溶液酸度 pH值在3.5
CCT酸雨暴露循環(huán)如下:
2小時(shí) 35℃鹽霧噴淋
4小時(shí) 60℃干燥,相對(duì)濕度小于30%
2小時(shí) 50℃濕潤(rùn)/潮濕,相對(duì)濕度高于95%
CCT酸雨測(cè)試要求各測(cè)試條件之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間如下:
鹽霧到干燥 30分鐘以內(nèi)
干燥到潮濕 15分鐘以內(nèi)
潮濕到鹽霧 30分鐘以內(nèi)
總結(jié)
目前,有很多鹽霧腐蝕性測(cè)試方法可供選擇,每種方法各有利弊。有些研究人員認(rèn)為鹽霧條件優(yōu)于浸泡條件。有些則選用特殊電解液來(lái)模擬酸雨。但多數(shù)選用的是自動(dòng)化鹽霧箱。對(duì)不同的暴露溫度、持續(xù)時(shí)間和暴露順序的設(shè)定仍有爭(zhēng)論,所以對(duì)循環(huán)時(shí)間的修正和腐蝕溶液改進(jìn)的研究將毫無(wú)疑問地繼續(xù)進(jìn)行下去。但是,對(duì)于大多數(shù)材料來(lái)講,循環(huán)腐蝕性測(cè)試結(jié)果比傳統(tǒng)的鹽霧噴淋更真實(shí),這是大多數(shù)人的共識(shí)。
涉及測(cè)試:循環(huán)鹽霧試驗(yàn)