栗 鳴， 繆春燕， 王海林

(中天日立光纜有限公司，江蘇南通226463)

0 引言

鹽霧腐蝕是一種常見(jiàn)和最有破壞性的大氣腐蝕。這里講的鹽霧是指含氯化物的大氣，其主要腐蝕成分是海洋中的氯化物鹽-氯化鈉，它主要來(lái)源于海洋和內(nèi)地鹽堿地區(qū)。鹽霧對(duì)金屬材料表面的腐蝕是因其含有的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)所引起的。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)產(chǎn)品極壞的不良反應(yīng)。鹽霧腐蝕作用對(duì)輸電線(xiàn)路的影響及腐蝕機(jī)理見(jiàn)文獻(xiàn)［1-6］。

鹽霧試驗(yàn)是一種利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件，來(lái)考核產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。為了驗(yàn)證光纖復(fù)合架空地線(xiàn)(OPGW)的耐鹽霧腐蝕性，IEEE 1138—2009［7］標(biāo)準(zhǔn)較之94版新增了“鹽霧腐蝕試驗(yàn)”一項(xiàng)。因?yàn)楝F(xiàn)在我國(guó)一些主流OPGW生產(chǎn)廠商已開(kāi)始走向國(guó)際市場(chǎng)，而海外大多數(shù)客戶(hù)的技術(shù)要求中往往將IEEE 1138—2009作為OPGW的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，所以，能否通過(guò)鹽霧試驗(yàn)，已成為OPGW合格與否的判據(jù)之一。但目前國(guó)內(nèi)的 OPGW 相關(guān)國(guó)標(biāo)［8］及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［9］還未將“鹽霧試驗(yàn)”納入各自標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)項(xiàng)目?？紤]到未來(lái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必會(huì)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“接軌”以及國(guó)際間商業(yè)往來(lái)的需要，我們對(duì)如何滿(mǎn)足 IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鹽霧試驗(yàn)的條件要求進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上試圖建立一個(gè)能夠滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)體系。由于該試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此，試驗(yàn)中某些技術(shù)參數(shù)、檢驗(yàn)儀器及試驗(yàn)方法的選擇可能并不為大家所認(rèn)同，大家可就此進(jìn)一步討論。

1 試劑及檢測(cè)儀器的選擇

IEEE 1138—2009第6.4.3.8條中關(guān)于鹽霧試驗(yàn)的過(guò)程敘述如下:將試驗(yàn)纜放入一滿(mǎn)足ISO 9227［10］或ASTM 117［11］規(guī)定要求的標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)。纜樣品被水平放置以模擬一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水平懸掛的OPGW纜。鹽霧試驗(yàn)的連續(xù)噴霧時(shí)間為1000 h。

在這個(gè)試驗(yàn)過(guò)程描述中，IEEE 1138—2009只給出了應(yīng)遵循的三點(diǎn)事項(xiàng):(1)試驗(yàn)箱所滿(mǎn)足的標(biāo)準(zhǔn)要求;(2)OPGW試驗(yàn)樣品的擺放方式;(3)試驗(yàn)時(shí)間。而對(duì)于試驗(yàn)的進(jìn)程、鹽液的配制、試驗(yàn)儀器的選擇等諸多問(wèn)題，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求不盡一致。由于這些試驗(yàn)用儀器、材料都要在國(guó)內(nèi)購(gòu)買(mǎi)，因此還要參考這些材料所滿(mǎn)足的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。下面就來(lái)具體說(shuō)明。

1.1 水

ISO 9227—2006對(duì)試驗(yàn)用水的要求是在25℃ ±2℃溫度下，水的電導(dǎo)率不大于20 μS/cm。ASTM B117—2009對(duì)試驗(yàn)用水的要求是滿(mǎn)足 ASTM D1193［12］中Ⅳ級(jí)水的要求，即25℃時(shí)水的電導(dǎo)率不大于 5.0 μS/cm。而 GB 17324—2003［13］標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)桶裝純凈水的電導(dǎo)率要求是應(yīng)小于10 μS/cm。

經(jīng)對(duì)市售的屈臣氏桶裝蒸餾水(類(lèi)屬于純凈水)測(cè)試，其電導(dǎo)率小于 5 μS/cm，同時(shí)滿(mǎn)足 ISO 9227及ASTM B117兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此，將屈臣氏桶裝蒸餾水做為試驗(yàn)用水。

1.2 氯化鈉

ISO 9227—2006對(duì)試驗(yàn)用氯化鈉的要求是總雜質(zhì)含量不超過(guò)0.5%。ASTM B117—2009的要求不超過(guò)0.3%。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試劑級(jí)氯化鈉的規(guī)定見(jiàn)表 1［14］。

表1 GB/T 1266—2006

我們選用國(guó)產(chǎn)化學(xué)純氯化鈉作為試驗(yàn)用鹽。

1.3 鹽度及電導(dǎo)率測(cè)定儀

ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議采用比重計(jì)測(cè)定鹽濃度，25℃測(cè)量值為1.029～1.036。而 ASTM B117則建議使用鹽度測(cè)定儀或比重計(jì)二種方法均可。用鹽度測(cè)定儀時(shí)，18℃時(shí)測(cè)量值為4% ～6%。用比重計(jì)時(shí)，25℃測(cè)量值為1.0255～1.0400。從方便、快捷的角度出發(fā)，我們采用的是上?！袄状拧迸齐妼?dǎo)率儀，型號(hào)DDSJ-318A。該電導(dǎo)率儀帶有溫度補(bǔ)償功能，在鹽度測(cè)量時(shí)，同時(shí)連接溫度電極，儀器自動(dòng)將溫度補(bǔ)償?shù)?8℃時(shí)的值。測(cè)量電導(dǎo)率時(shí)，選用電極常數(shù)1的電導(dǎo)電極;測(cè)量鹽度時(shí)，選用電極常數(shù)10的電導(dǎo)電極。

1.4 pH值

對(duì)于鹽溶液中的pH值測(cè)試，ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議采用電極測(cè)量或0.3pH單位的精密pH試紙兩種方法，ASTM B117僅建議采用電極法。我們采用的是上海“雷磁”牌pH計(jì)，型號(hào)PHB-4。該pH計(jì)是一臺(tái)由單片機(jī)控制，具有溫度及pH雙顯示及緩沖溶液自動(dòng)識(shí)別的3位數(shù)字顯示的pH計(jì)。使用前必須進(jìn)行溫度設(shè)置及pH標(biāo)定。

1.5 參比試驗(yàn)用試樣

為了驗(yàn)證鹽霧試驗(yàn)箱的試驗(yàn)環(huán)境是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)先進(jìn)行“腐蝕環(huán)境評(píng)估”(Evaluation of corrosion condition)，國(guó)內(nèi)一般把它俗稱(chēng)為“參比試驗(yàn)”，我們?cè)诖艘彩褂眠@個(gè)名稱(chēng)。將4～6塊(ASTM B117:至少2塊)參比試樣(低碳鋼片)放入試驗(yàn)箱內(nèi)做參比試驗(yàn)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)參比試樣的失重速率滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，則可認(rèn)為此鹽霧試驗(yàn)箱的鹽霧環(huán)境滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。參比試驗(yàn)一般每三個(gè)月做一次。ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中建議參比試樣為ISO 3574—1999［15］中 CR4 級(jí)鋼片。ASTM B117—2009 標(biāo)準(zhǔn)中建議參比試樣的牌號(hào)為 SAE 1008。經(jīng)查 GB/T 5213—2008［16］附錄 B 表 B.1 可知:ISO 3574 中的CR4號(hào)鋼相當(dāng)于 GB/T 5213—2008中的 DC05號(hào)鋼。

2 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)記錄

2.1 鹽溶液的配制

ASTM B117第8.2條對(duì)鹽溶液的配制有著較清晰的描述。我們的配制過(guò)程大體如下:每次將20 L蒸餾水倒入一塑料桶內(nèi)，對(duì)水的電導(dǎo)率及pH值進(jìn)行測(cè)試，如果指標(biāo)滿(mǎn)足要求，則用“熱的快”將蒸餾水加熱到約70℃以上使水中的CO2蒸發(fā)，把稱(chēng)量好所需的化學(xué)純氯化鈉倒入桶內(nèi)攪拌直到其完全溶化，并把此溶液pH調(diào)整到6.5～7.2范圍內(nèi)。需要指出的是，ISO 9227規(guī)定的鹽的濃度為50 g/L±5 g/L，而ASTM B117規(guī)定的鹽的重量百分濃度為4% ～6%，兩者之間不是完全相同。因此，在溶液配制時(shí)，將重量濃度盡可能地配制在5%左右就可滿(mǎn)足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)了。由于不同產(chǎn)地的氯化鈉的pH值略有差異，因此還要對(duì)鹽溶液的pH值再次進(jìn)行測(cè)試。我們使用的某品牌氯化鈉，加入后溶液的pH值會(huì)有少量下降，即溶液呈弱酸性，依據(jù)ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需加微量NaOH溶液中和(攪拌棒在NaOH溶液里蘸一下然后在鹽溶液中攪動(dòng)均勻即可)使其pH值上升至6.5～7.2。

2.2 鹽霧試驗(yàn)箱工作原理

圖1 為鹽霧試驗(yàn)箱工作原理圖。外部壓縮空氣經(jīng)供氣管道進(jìn)入飽和桶預(yù)熱，這個(gè)預(yù)熱過(guò)程是為了避免壓縮空氣在鹽霧室膨脹吸熱引起鹽霧室溫度波動(dòng)。預(yù)熱后的壓縮空氣流經(jīng)鹽液噴嘴時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，將鹽液“吸出”，在這里，壓縮空氣和鹽液混合成“鹽霧”，霧化后噴出噴霧塔。

圖1 鹽霧試驗(yàn)箱

2.3 試驗(yàn)記錄內(nèi)容

ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)中第12.2條列出了試驗(yàn)時(shí)每天的記錄項(xiàng)目，包括:試驗(yàn)溫度、收集液體積、試驗(yàn)溶液和收集液的pH值、收集液鹽濃度。ASTM B117規(guī)定每天的記錄項(xiàng)(第15.1.1～15.1.5)與此大致相同(參見(jiàn)下文4.3)。

3 收集液鹽濃度

3.1 關(guān)于收集液鹽濃度

試驗(yàn)所用的鹽霧試驗(yàn)箱為國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)，產(chǎn)品滿(mǎn)足鹽霧試驗(yàn)箱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10587—2006［17］，原來(lái)一直用于電子產(chǎn)品的耐鹽霧環(huán)境試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)在鹽霧室四個(gè)角放置4塊參比試樣，96 h后取出參比試樣，清洗干燥后稱(chēng)量并計(jì)算其失重，結(jié)果分別為125 g/m2、128 g/m2、135 g/m2和 123 g/m2，滿(mǎn)足 GB 10125—1997每塊參比試樣的質(zhì)量損失在140 g/m2±40 g/m2的要求。試驗(yàn)時(shí)所記錄的項(xiàng)目按照Kinectrics試驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)的記錄表格格式逐一填寫(xiě)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除收集液濃度不滿(mǎn)足要求外(僅為2% ～3%)，其余各項(xiàng)均符合ISO 9227和ASTM B117對(duì)鹽霧試驗(yàn)的指標(biāo)要求。這就是說(shuō)，盡管參比試驗(yàn)的結(jié)果表明試驗(yàn)箱的鹽霧腐蝕環(huán)境能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，但收集液的濃度卻不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

ISO 9227—2006在第8.1條表2、ASTM B117—2009在第10.2條均規(guī)定了收集液的濃度及pH值必須與其所配鹽溶液的各項(xiàng)指標(biāo)保持一致。我們對(duì)試驗(yàn)程序反復(fù)驗(yàn)證無(wú)誤后，再向原生產(chǎn)廠家以及多家大型鹽霧試驗(yàn)箱生產(chǎn)廠商咨詢(xún)，得到的回答是:鹽霧試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠商既不檢測(cè)收集液鹽濃度，也達(dá)不到5%的要求。

表2 鹽霧試驗(yàn)箱出廠驗(yàn)收項(xiàng)目

表3 要求檢測(cè)收集液鹽濃度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及條款

通過(guò)對(duì)比表2、表3可知:在我國(guó)，鹽霧試驗(yàn)的方法與鹽霧試驗(yàn)箱的生產(chǎn)采用的是不同的標(biāo)準(zhǔn)。依照標(biāo)準(zhǔn)要求，鹽霧試驗(yàn)箱出廠時(shí)對(duì)收集液鹽濃度并不檢測(cè)。由于出廠時(shí)不檢測(cè)收集液鹽濃度，所以一個(gè)滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)的鹽霧試驗(yàn)箱可能并不適合于參照某些鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧腐蝕試驗(yàn)。即如果我們用國(guó)產(chǎn)鹽霧試驗(yàn)箱來(lái)進(jìn)行IEEE 1138—2009鹽霧試驗(yàn)的話(huà)，收集液鹽濃度將不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)進(jìn)一步了解，國(guó)外某些公司生產(chǎn)的鹽霧試驗(yàn)箱可以滿(mǎn)足ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)對(duì)收集液鹽濃度的要求，但價(jià)格是相同容積國(guó)產(chǎn)機(jī)的10～20倍。

3.2 溶液中氧含量與腐蝕速度的關(guān)系

鹽霧試驗(yàn)箱鹽霧室各條件如試驗(yàn)溫濕度、鹽霧沉降率、樣品放置角度、pH值、鹽溶液的濃度等都會(huì)對(duì)試樣的鹽霧腐蝕速度產(chǎn)生影響［20、21］。一般認(rèn)為，提高氯化鈉溶液的濃度對(duì)提高腐蝕速度有利。但實(shí)踐證明，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隨著濃度的增加而下降。這是因?yàn)辂}溶液里的氧含量與鹽的濃度有關(guān)，在低濃度范圍內(nèi)，氧含量隨鹽濃度的增加而增加;但是當(dāng)鹽濃度增加到5%時(shí)，氧含量達(dá)到相對(duì)的飽和，如果鹽濃度繼續(xù)增加，氧含量則相應(yīng)下降。氧含量下降，氧的去極化能力也下降，即腐蝕作用減弱，因此腐蝕降低。基于以上原因，各鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中均將鹽霧試驗(yàn)中的鹽溶液濃度定為5%。

3.3 收集液濃度的重要性

鹽霧試驗(yàn)是一種實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，因此其實(shí)驗(yàn)條件的選擇，一方面是起加速作用，另一方面又要保證所采用的實(shí)驗(yàn)條件是供環(huán)境實(shí)驗(yàn)的基本標(biāo)準(zhǔn)，即保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。所謂重現(xiàn)性是指用同一方法，相同的實(shí)驗(yàn)樣品而在不同的實(shí)驗(yàn)條件下(不同的操作者、不同的實(shí)驗(yàn)室、不同的設(shè)備)得到的結(jié)果的一致性。只有這樣，才能對(duì)各種產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。保證實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性的主要條件就是要保證試驗(yàn)中各參數(shù)的一致性。

ASTM B117第10.2條注11關(guān)于收集液鹽濃度有這樣的注釋:盡管為了統(tǒng)一起見(jiàn)將鹽濃度設(shè)定為4% ～6%，但2% ～6%的鹽濃度將得到同樣的(實(shí)驗(yàn))結(jié)果。意思是說(shuō)，收集液的鹽濃度在2% ～6%都可以，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只是為了統(tǒng)一起見(jiàn)才將之規(guī)定在4%～6%的范圍。我們對(duì)此的理解為，如果不按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)收集液鹽濃度進(jìn)行要求的話(huà)，就很難保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性，可能會(huì)使委托方和檢測(cè)方或者是供貨商和采購(gòu)商之間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生分歧。一旦由于鹽霧試驗(yàn)不能通過(guò)，則該批次OPGW將面臨被判不合格的風(fēng)險(xiǎn)。

4 鹽霧試驗(yàn)機(jī)改造

根據(jù)我們的試驗(yàn)結(jié)果以及向許多鹽霧試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠商了解，國(guó)產(chǎn)鹽霧試驗(yàn)機(jī)均不能滿(mǎn)足 IEEE 1138—2009 OPGW試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)收集液鹽濃度4%～6%的要求，因此必須對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

4.1 飽和桶的改造

采取一定的措施，抑制壓縮空氣從飽和桶中帶出過(guò)量的水汽，使得飽和桶中的水分消耗減少。這樣處理后從源頭上控制了水分過(guò)多導(dǎo)致收集液濃度下降。

4.2 鹽霧室的改造

通過(guò)采取隔套加熱再補(bǔ)償部分水氣的方法，減少了原來(lái)結(jié)構(gòu)的水氣蒸發(fā)量，避免噴霧塔噴出的鹽霧被過(guò)分稀釋。

4.3 連續(xù)5天的試驗(yàn)記錄對(duì)比

表4為加拿大著名的Kinectrics試驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)的記錄。表5為本公司實(shí)驗(yàn)室改造后的實(shí)驗(yàn)記錄。

由表4、表5中數(shù)據(jù)對(duì)比可知，改造后的鹽霧試驗(yàn)箱各項(xiàng)性能指標(biāo)已基本與加拿大Kinectrics試驗(yàn)室記錄數(shù)據(jù)一致，完全滿(mǎn)足ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 加拿大Kinectrics試驗(yàn)室試驗(yàn)記錄

表5 中天日立光纜公司實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)記錄

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)較之94版新增了“鹽霧腐蝕試驗(yàn)”。根據(jù)該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所參考的兩個(gè)鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ISO 9227或ASTM B117，結(jié)合我國(guó)的鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，嘗試建立一套試驗(yàn)體系。在檢測(cè)儀器、鹽液配制、鹽霧試驗(yàn)箱的選擇等方面，盡可能地滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)由于我國(guó)的鹽霧試驗(yàn)箱制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，市售的鹽霧試驗(yàn)箱收集液鹽濃度不能滿(mǎn)足鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的4%～6%。為了使鹽霧試驗(yàn)具有重現(xiàn)性和可比性，必須保證鹽霧試驗(yàn)條件滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求，其中也包括收集液鹽濃度。

(3)改造后的鹽霧試驗(yàn)箱收集液鹽濃度滿(mǎn)足了ISO 9227或ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)對(duì)收集液鹽濃度的要求，滿(mǎn)足了IEEE 1138—2009 OPGW標(biāo)準(zhǔn)中鹽霧試驗(yàn)的試驗(yàn)條件要求。

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［18］GB/T 2423.17—2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分:試驗(yàn)方法試驗(yàn)Ka鹽霧［S］.

［19］GB/T 10125-1997 人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)［S］.

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