張斌*，章岳，楊嬌娥，陳小工

（神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

1914年，在美國材料試驗學(xué)會(ASTM)的第17 屆年會上，J.A.Capp 首次提出了中性鹽霧試驗方法，至今已歷經(jīng)百年。該方法的最初目的是用于鑒定各種電鍍層的質(zhì)量和保護性能，其試驗方法是將樣品放在鹽水的細霧中進行試驗，能夠較快地鑒別出金屬保護層的耐蝕性。

中性鹽霧試驗的第一個標準是ASTM B117–39J，于1939年由ASTM 公布實行，該試驗方法最初應(yīng)用于檢驗海洋環(huán)境下使用的涂層性能。隨后，中性鹽霧試驗標準被引入到汽車行業(yè)，成為檢驗汽車產(chǎn)品的人工加速腐蝕試驗之一，應(yīng)用廣泛。

本文以大眾汽車(德系)、PSA 集團(法系)和日產(chǎn)汽車(日系)3 家汽車企業(yè)的中性鹽霧試驗標準為例，從鹽溶液配制、鹽霧試驗參數(shù)、試驗過程控制等方面進行了解讀和比較，探討了鹽霧試驗操作技術(shù)，并對國內(nèi)汽車主機廠的中性鹽霧試驗給出了技術(shù)建議，希望能有所借鑒和幫助。

1 鹽溶液的配制要求

表1為配制鹽溶液時，3 家汽車企業(yè)對NaCl、水、pH等的要求。

1.1 鹽中的雜質(zhì)

金屬的鹽霧腐蝕屬電化學(xué)腐蝕，鹽中雜質(zhì)的多少對鹽霧試驗結(jié)果有很大影響，如：NaI 過量時，無形中會增加金屬間的電位差或使金屬形成保護表面，從而影響金屬腐蝕速率；Cu、Ni 離子具有加速腐蝕和干擾試驗結(jié)果的作用，尤其是Ni 鍍層、Cr 鍍層，與實際條件下所得結(jié)果的對比性差，使中性鹽霧試驗的可靠性欠佳，因此必須嚴格控制Cu、Ni 雜質(zhì)含量。

德國大眾和法國PSA 的控制內(nèi)容大致相當，只是雜質(zhì)的總質(zhì)量分數(shù)有所不同，二者之間的關(guān)系相當于分析純NaCl 與優(yōu)級純NaCl 的差異。

日產(chǎn)標準的內(nèi)容與現(xiàn)行的GB 1266–2006《化學(xué)試劑 氯化鈉》大致相當，但GB 1266–2006 僅對碘化物有要求，對Cu、Ni 則無要求。

1.2 試驗用水

日產(chǎn)標準對用水的要求極其嚴格，其用水標準相當于GB/T 6682–2008《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》標準中的二級水。這與日產(chǎn)對NaCl 中雜質(zhì)含量的要求較為寬松、需要嚴控水中的電導(dǎo)率有關(guān)。這種苛刻的試驗用水條件將會大大增加使用日產(chǎn)標準的鹽霧試驗成本。

表1 3 家企業(yè)對鹽溶液的配制要求Table 1 Requirements for preparation of sodium chloride solution stipulated in three companies’ standards

1.3 鹽濃度

研究資料表明，鹽溶液中NaCl 的質(zhì)量分數(shù)為5%左右時，試樣的腐蝕速率最快。這是因為，鹽溶液中的氧含量與鹽濃度有關(guān)。在低濃度時，氧含量隨鹽濃度增大而增大；當鹽濃度增加到5%時，氧含量達到相對飽和；繼續(xù)增大鹽濃度，氧含量反而下降，氧的去極化能力也隨之下降，即腐蝕作用減弱、腐蝕速率降低。

另外，地球上海水含鹽量為1.0%～4.1%，5%的NaCl 溶液較接近海水的含鹽濃度。因此，3 家企業(yè)標準都選用5%的鹽濃度。

1.4 溶液密度

(1)法國PSA D17 1058 中的溶液密度是1.025～1.040 g/mL，該值與ISO 9227:1990 中的要求一致，但后者已被ISO 9227:2006 中的1.029～1.036 g/mL 替代。

通過以上比較，筆者認為，試驗人員在執(zhí)行PSA D17 1058–2008 的標準時，需要對溶液密度進行校正，使其與ISO 9227:2006 中的要求相一致。

(2)不能采用通過溶液密度推斷溶液濃度的方法來配制(50 ± 5)g/L 的鹽溶液，否則難以保證溶液濃度在要求范圍內(nèi)。

1.5 pH

(1)應(yīng)該監(jiān)測配制溶液的pH，還是監(jiān)測收集溶液的pH？這個問題一直有爭論，本文傾向于監(jiān)測配制溶液pH，只要將存放在容器中的鹽溶液封口、密閉，與空氣隔絕接觸即可。

影響配制溶液pH和收集溶液pH 的因素見表2，由于這些因素復(fù)雜和難以量化評估，實驗人員對配制溶液pH 進行監(jiān)測更有利于試驗操作。

表2 配制溶液pH和收集溶液pH 的影響因素Table 2 Factors affecting the pHs of as-prepared and collected salt solutions

另外，ISO 9227:2006 指出，噴霧時溶液中CO2的損失可能導(dǎo)致pH 變化，可將溶液加熱到35°C 以上時才放入鹽霧箱中，或使用新鮮的沸水配制溶液來降低溶液中CO2的含量，以免pH 發(fā)生變化。

在配制溶液時，以上做法沒有現(xiàn)實意義，既不利于實際操作，實際效果也難以評估。

(2)ISO 9227:2006 指出，如果(25 ± 2)°C 下配制溶液的pH 不在6.0～7.0 范圍內(nèi)，應(yīng)檢查鹽和/或水中是否有不需要的雜質(zhì)存在。

PSA標準要求在(23 ± 2)°C時配制溶液pH為6.0～7.5。這一范圍是否恰當，尚需要通過大量試驗去驗證和推敲。

(3)在PSA 標準中，“不允許用分析純HCl、NaOH調(diào)整配制溶液的pH，pH 不合格的溶液要直接倒掉”，此要求過于苛刻，也會造成很大的浪費。

長期的實踐證明，只要調(diào)整配制溶液pH 在要求范圍內(nèi)，即可投入使用。

2 鹽霧試驗的工藝要求和控制要點

表3為3 家汽車企業(yè)對鹽霧試驗工藝條件的要求。

表3 3 家企業(yè)鹽霧試驗的操作要求Table 3 Operation specifications of salt spray test stipulated by three companies

2.1 鹽霧箱容積

容積不應(yīng)小于0.4 m3，若鹽霧箱容積過小，則難以保證噴霧分布的均勻性，因此非常有必要對鹽霧箱容積作出明確規(guī)定。

2.2 放置角度

在試驗中，鹽霧垂直沉降，主要腐蝕面幾乎都發(fā)生在樣板的迎霧面上。樣板被試面與垂直方向之間的夾角越大，則樣板在水平面上的投影面積就會越大，樣板表面鹽霧沉降量也會隨之增加，使腐蝕速率加快。

樣板被試面與垂直方向之間成20° ± 5°角較為合理。如果標準中允許的角度范圍過寬，則不利于試驗的重現(xiàn)性，試驗結(jié)果也會有很大的差別。

2.3 噴霧壓力

(1)噴霧壓力與鹽霧沉降量直接相關(guān)。噴霧壓力過高會使鹽霧沉降量增大，但使箱內(nèi)產(chǎn)生正壓力，造成氣流過分湍動，不利于鹽霧顆粒均勻分布；噴霧壓力過低則空氣引射效果差，易產(chǎn)生鹽霧顆粒粗大、沉降量偏低的現(xiàn)象。減小噴霧壓力波動區(qū)間，有利于提高鹽霧試驗的重現(xiàn)性。

(2)由于鹽霧試驗是模擬大氣環(huán)境，為盡可能地客觀真實，鹽霧箱都裝有一個平衡壓力口，以盡量保持箱內(nèi)壓力和外界大氣壓力相等。在物理意義上，1 atm=760 mmHg=101.325 kPa，相當于在標準大氣條件下海平面的大氣壓。1 at(工程大氣壓)=735 mmHg=98.07 kPa，相當于海拔200 m 處的正常大氣壓。日產(chǎn)標準中提出了一個噴霧壓力的最佳控制區(qū)間，試驗人員可在實際操作中予以采納。

2.4 鹽霧沉降量

鹽霧沉降量是指單位時間內(nèi)單位面積上沉降的鹽霧量。其直接受鹽霧總量的影響，鹽霧總量越高，則沉降量越大。通常每80 cm2的沉降量應(yīng)控制在1.0～2.0 mL/h。在此范圍內(nèi)，腐蝕速率穩(wěn)定，試驗結(jié)果的重現(xiàn)性好。

2.5 箱內(nèi)溫度

3種標準選定的都是(35 ± 2)°C，35°C 模擬了大多數(shù)國家夏季最高平均溫度。同時，為盡量減少試驗溫度變化而造成的誤差，將試驗溫度控制在設(shè)定值±2°C以內(nèi)。

2.6 加濕飽和氣室溫度

2.6.1 鹽霧箱溫度

鹽霧箱中有2 個溫度需要控制，即箱內(nèi)溫度和加濕飽和氣室溫度。這2 個溫度的控制既相互關(guān)聯(lián)，又相互獨立。箱內(nèi)溫度設(shè)定為35°C時，若加濕飽和氣室溫度仍設(shè)定為35°C，則噴霧時因管道熱損失和鹽霧溫度小于35°C，箱內(nèi)溫度均勻性會變差。因此，箱內(nèi)溫度應(yīng)以35°C為基準，實際測溫偏低或偏高時，應(yīng)相應(yīng)地提高或降低加濕飽和氣室溫度。

2.6.2 飽和塔中熱水溫度

ISO 9227:2006 中給出了不同噴霧壓力下飽和塔中熱水溫度的指導(dǎo)值，具體見表4。

表4 不同噴霧壓力下飽和塔中熱水溫度的指導(dǎo)值Table 4 Reference values of temperature in saturated hot water tower under different spraying pressures

噴霧時由于壓縮空氣在噴嘴口突然膨脹，該處壓縮空氣溫度會下降，從而使剛形成的鹽霧溫度降低。因此，適當?shù)募訚耧柡蜌馐覝囟葢?yīng)根據(jù)上表中的噴霧壓力以及噴嘴類型靈活調(diào)整。

3 對國內(nèi)汽車主機廠開展中性鹽霧試驗的建議

3.1 現(xiàn)狀

進入21世紀以來，在中性鹽霧標準的試驗內(nèi)容、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求上，外資汽車企業(yè)開始向ISO 標準對標、看齊，如：德國大眾汽車EN ISO 9227:2006就等效采用了ISO 9227:2006 標準、美國通用汽車也直接采用ISO 9227:2006 標準。但還有一部分外資企業(yè)依舊在制定和執(zhí)行企業(yè)標準，這些企業(yè)標準在細節(jié)上還有不夠嚴謹和規(guī)范之處，也是客觀存在的事實。

以法國PSA D17 1058–2008為例，試驗用水和鹽溶液的控溫范圍不一致，前者為(20 ± 2)°C，后者為(23 ± 2)°C，導(dǎo)致試驗中的操作過程脫離實際。而ISO 9227:2006 要求試驗用水、制備鹽溶液和收集鹽溶液的溫度均為(25 ± 2)°C。

3.2 與ISO 9227:2006 相關(guān)的最新動態(tài)

新版國標 GB/T 10125–2012等同采用 ISO 9227:2006，于2013年10月1日起開始實施。與舊版GB/T 10125–1997 相比，其主要變化如下：

(1)修改了氯化鈉溶液濃度，并對溶液的pH 調(diào)整方法做了更詳細的規(guī)定。

(2)修改鹽霧箱的容積不小于0.4 m3。

(3)修改了試樣的放置要求。

(4)增加了試驗條件的新要求。

(5)增加了試驗后試樣處理的方法。

新版在內(nèi)容上的更新和修訂，使整個鹽霧試驗過程更加嚴謹，有利于提高試驗重現(xiàn)性。

3.3 技術(shù)建議

建議國內(nèi)汽車主機廠可以直接執(zhí)行ISO 9227:2006標準，沒有必要亦步亦趨、完全照搬國外汽車企業(yè)標準來執(zhí)行。這是因為：

(1)從某種意義上講，控制鹽霧試驗過程比關(guān)注試驗結(jié)果更重要，因此，嚴謹選擇鹽霧試驗參數(shù)顯得尤為重要。ISO 標準的編制比外資汽車企業(yè)標準更加嚴謹和規(guī)范，對國內(nèi)汽車企業(yè)而言，也會更加實用和高效。

(2)由于不能對用不同標準進行的鹽霧試驗結(jié)果進行比較，國內(nèi)汽車主機廠統(tǒng)一采用ISO 9227:2006 標準，有利于和汽車零部件供應(yīng)商、第三方實驗機構(gòu)開展對標、配套和協(xié)作等工作，也有利于試驗設(shè)備的采購和配套。

(3)ISO 9227:2006 作為一種全球性的、基礎(chǔ)性的人工加速腐蝕試驗標準，采用它更加符合經(jīng)濟全球化的趨勢，有利于汽車企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量獲得更加廣泛的認同。

4 結(jié)語

嚴格控制鹽霧試驗過程是提高試驗重現(xiàn)性的關(guān)鍵。另外，由于不同標準進行的鹽霧試驗結(jié)果不能進行比較，為便于和零部件供應(yīng)商、第三方實驗機構(gòu)開展配套、協(xié)作，建議國內(nèi)汽車主機廠優(yōu)先采用ISO 9227:2006。