你了解金屬材料的鹽霧腐蝕檢測(cè)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(huì)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(duì)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(duì)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(huì)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(dòng)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(jí)；
4) 機(jī)械部件或運(yùn)動(dòng)部件的活動(dòng)部位由于腐蝕物的產(chǎn)生，而增加摩擦力以至造成運(yùn)動(dòng)部件被卡死。

4 金屬材料鹽霧腐蝕檢測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)試方法的對(duì)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(duì)濕度影響鹽霧的腐蝕作用。金屬腐蝕的臨界相對(duì)濕度大約為 70%。當(dāng)相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(píng)級(jí)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(píng)級(jí)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(jí)別，以某一個(gè)級(jí)別作為合格判定依據(jù)，適合于平板樣品評(píng)價(jià)。
2) 稱重判定法：通過對(duì)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(duì)樣品耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判，適用于對(duì)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(duì)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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