翁雁

（西安航天恒星科技實業(yè)（集團(tuán)）有限公司， 西安 710100）

前言

隨著國家工業(yè)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性有了更高的要求。因此，目前越來越多的產(chǎn)品都需要進(jìn)行溫濕度、鹽霧、腐蝕等試驗。本文特此論述內(nèi)容如下：

1）鹽霧試驗概述；

2）鹽霧試驗種類；

3）循環(huán)腐蝕鹽霧特點；

4）循環(huán)腐蝕鹽霧試驗的行業(yè)市場需求；

圖1 鹽霧試驗箱

圖2 鹽霧試驗在汽車行業(yè)里的應(yīng)用

5）鹽霧、腐蝕試驗的國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)在各行業(yè)里的應(yīng)用；

6）鹽霧、腐蝕試驗在汽車工業(yè)里的應(yīng)用。

1 鹽霧試驗概述

1）鹽霧腐蝕

由于鹽霧在自然環(huán)境中存在，因此鹽霧腐蝕是一種常見和最具破壞性的大氣腐蝕。 鹽霧中的氯離子會穿透金屬材料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)，從而破壞金屬材料表面及其性能，進(jìn)而通過金屬表面的孔隙、裂縫對產(chǎn)品造成進(jìn)一步的影響和損壞。

2）鹽霧試驗

鹽霧試驗是對環(huán)境中大氣鹽霧狀態(tài)的實驗室模擬，具有標(biāo)準(zhǔn)化、加速性的特點。與天然環(huán)境相比，鹽霧試驗設(shè)備中氯化物的鹽濃度通常是天然環(huán)境鹽霧含量的幾倍，甚至幾十倍。因此其腐蝕速度大大提高。在天然環(huán)境下暴露1年的鹽霧腐蝕狀態(tài)，在人工模擬鹽霧試驗環(huán)境條件下24 h 即可完成，并得到相似的結(jié)果。

鹽霧試驗是一種通過鹽霧試驗設(shè)備模擬鹽霧環(huán)境條件來檢測產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗。

2 鹽霧試驗的種類

1）中性鹽霧試驗 （NSS）

中性鹽霧試驗 （NSS）出現(xiàn)最早且目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一種加速腐蝕試驗方法。試驗條件為連續(xù)鹽霧，溫度35 ℃；濕度95 %以上； 5 %的氯化鈉鹽水溶液；溶液pH 值設(shè)定在中性范圍（6.5 ～7.2）；降霧量為1 ～2 mL/（h·80 cm2）。鹽霧沉降在被測試驗件上，經(jīng)過一定時間觀察其表面腐蝕狀態(tài)。

2）醋酸鹽霧試驗（ASS）

醋酸鹽霧試驗（ASS）是在中性鹽霧試驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。試驗條件是在NSS 的基礎(chǔ)上，在5 %氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸，溶液的pH 值降為3 左右，形成酸性鹽霧。腐蝕速度約是 NSS 試驗3 倍。

3）銅加速醋酸鹽霧試驗 （CASS）

為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)及工業(yè)的高速發(fā)展，近幾年更多的產(chǎn)品開始采用這種加速醋酸鹽霧腐蝕試驗。試驗條件為溫度50 ℃，鹽溶液中加入少量銅鹽—氯化銅，強烈誘發(fā)腐蝕。鹽霧收集液pH 值為3.1～3.3，腐蝕速度可達(dá)NSS 試驗的8 倍。

以上鹽霧試驗種類及試驗要求見表1。

表1 鹽霧試驗種類及試驗要求

4）交變鹽霧試驗 （循環(huán)腐蝕鹽霧試驗）

交變鹽霧試驗是一種綜合鹽霧試驗，即將鹽霧、干燥、濕熱（浸泡、潮濕和冷凝等）等測試條件進(jìn)行組合循環(huán)，模擬產(chǎn)品的實際應(yīng)用環(huán)境。通過潮態(tài)環(huán)境的滲透，使鹽霧腐蝕不但在產(chǎn)品表面產(chǎn)生，也在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生。該試驗將產(chǎn)品在鹽霧和濕熱兩種環(huán)境條件下交替轉(zhuǎn)換，最后檢測整機產(chǎn)品的電性能和機械性能有無變化。

該試驗主要用于空腔型的整機產(chǎn)品的測試。

3 循環(huán)腐蝕鹽霧試驗特點

3.1 加速性

1）在鹽霧階段，鹽霧噴射在被測件上，鹽霧溶液充當(dāng)腐蝕介質(zhì)，使被測件發(fā)生電化學(xué)腐蝕，出現(xiàn)生銹、起泡或其它變化。通過鹽霧的連續(xù)噴射，可以保持腐蝕介質(zhì)的更新，試樣表面的腐蝕得以持續(xù)發(fā)展和進(jìn)行；

2）在濕熱階段（浸泡、潮濕和冷凝等），通過鹽霧階段累積在試樣表面的腐蝕介質(zhì)，由試樣表面逐漸向試樣內(nèi)部擴散，從而引起試樣深度方向的腐蝕；

3）在干燥階段,隨著濕度減小，導(dǎo)致試樣表面上鹽溶液濃度升高，引起表面腐蝕速率加快。

通過鹽霧、濕、干三個階段組合交替循環(huán)，改變了傳統(tǒng)鹽霧連續(xù)噴射的簡單狀態(tài)，使得腐蝕不但發(fā)生在被測件表面，也會向被測件內(nèi)部快速滲透，加速被測件的腐蝕程度，縮短測試時間，試驗更趨嚴(yán)格和快速。

3.2 復(fù)雜性

循環(huán)鹽霧試驗可以模擬大氣環(huán)境中真實的干濕交替的狀態(tài)。由于循環(huán)組合的不同，可呈現(xiàn)多種測試環(huán)境，與被測件真實使用環(huán)境更為接近，更能檢驗被測件在真實環(huán)境中的腐蝕狀態(tài)，試驗的狀態(tài)更復(fù)雜。

由于循環(huán)腐蝕的測試操作需要在多個循環(huán)組合之間切換，最初只能通過人工操作在不同試驗箱完成。隨著技術(shù)進(jìn)步，目前已開始通過單個試驗箱完成自動循環(huán)鹽霧試驗。 因試驗及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前國產(chǎn)鹽霧試驗箱尚無法完全的支持，僅部分進(jìn)口設(shè)備可全自動完成循環(huán)腐蝕鹽霧試驗過程。

4 循環(huán)腐蝕鹽霧試驗的行業(yè)市場需求[1]

1）涂層材料行業(yè)：涂料和油漆等企業(yè)；

2）金屬和合金行業(yè)：鋼鐵企業(yè)、金屬零部件和電鍍層、航空、船舶等軍工企業(yè)；

3）電工電子產(chǎn)品行業(yè)：電子、電器系統(tǒng)等；

4）汽車材料行業(yè)：整車廠及其配套零部件企業(yè)等。

5 國內(nèi)、國際鹽霧和腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)及不同行業(yè)的應(yīng)用

5.1 涂層材料用循環(huán)腐蝕鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法[2]（見表2）

涂層類材料可依據(jù) ISO 11997-1:2005 標(biāo)準(zhǔn)方法來進(jìn)行循環(huán)鹽霧試驗，如表2 所示的四種不同的循環(huán)方式。其特點是在每個循環(huán)周期的中性鹽霧階段后，至少含有一個干燥或周圍環(huán)境階段，即鹽霧階段后進(jìn)行至少一次的干濕轉(zhuǎn)換且在一個周期中，可含有多個不同溫度的干燥階段。

方法A 可用于汽車涂漆鋼板和零部件外涂層的測試；

方法B 主要用于車輛用熱固涂料的測試；

方法C 則可用于水溶或乳膠漆類材料的測試；

方法D 則可作為防腐涂層的一種通用性檢測方法。

5.2 金屬和合金用循環(huán)腐蝕鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法[3]（見表3）

金屬和合金用循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法可依據(jù) GB/T 24195-2009 以及GB/T 20854-2007 的規(guī)定進(jìn)行。

表2 涂層材料用循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法

1）GB/T 24195-2009《金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗》與ISO 16151-2005 中規(guī)定的方法相同，有方法A 和方法B兩種方法。

2）GB/T 24195 / ISO 16151 采用酸性溶液作為鹽霧腐蝕液，pH 值控制在3.5±0.1 的范圍，屬于比較嚴(yán)苛的測試方法。

①方法A 適用于金屬及其合金；金屬陰極涂層；陽極氧化涂層和金屬材料上的有機涂層。

②方法B 適用于鋼板上的陽極涂層和鋼板上帶有轉(zhuǎn)換涂層的陽極涂層。

③GB/T 20854-2007《金屬和合金的腐蝕 循環(huán)暴露在鹽霧、“干”和“濕”條件下的加速試驗》與 ISO 14993-2001 中規(guī)定的方法相同

④GB/T 20854 / ISO 14993 采用中性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，pH 值控制在6.5 ～7.2 間。較之酸性溶液，試驗方法相對溫和。

⑤適用于金屬及其合金；陽性和陰性金屬覆蓋層；轉(zhuǎn)化覆蓋層；陽極氧化物覆蓋層；金屬材料上的有機覆蓋層等。

5.3 電工電子產(chǎn)品用循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法[4]（見表4）

電工電子產(chǎn)品用循環(huán)鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)方法可按照GB/T 2423.18-2012 試驗方法。

1）GB/T 2423.18-2012《環(huán)境試驗 第2 部分：試驗方法試驗Kb：鹽霧，交變(氯化鈉溶液）》 與IEC 68-2-52-1996 中采用的方法相同。

2）GB/T 2423.18 / IEC 68-2-52 循環(huán)測試由三種測試階段組成：

①鹽霧：15～35 ℃、5 %的氯化鈉溶液、pH 值6.5～7.2；

②濕熱：40 ℃、93 %RH；

③儲存：23 ℃、45 %～50 %RH。

此方法的特點是采用鹽霧、濕熱加儲存環(huán)境的組合，沒有加入高溫干燥階段。在每個循環(huán)周期中濕熱階段相對較長，以保證被測件表面腐蝕介質(zhì)的充分滲透，并在隨后的儲存環(huán)境中慢慢干燥。三種測試階段可組合為6種不同嚴(yán)酷等級測試，見表4。

表3 金屬和合金用循環(huán)腐蝕鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法

表4 電工電子產(chǎn)品用循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法

3）嚴(yán)酷等級的增加是通過濕熱階段的時長等加以區(qū)分。

①等級（1）適用于長期暴露于類似海洋環(huán)境中的產(chǎn)品測試；

②等級（2）適用于暴露于類似海洋環(huán)境中，但會受到一定封閉保護(hù)的產(chǎn)品測試；

③等級（3）～（6）適用于暴露在含鹽氣氛與干燥氣氛之間頻繁轉(zhuǎn)換的環(huán)境中的產(chǎn)品測試。

5.4 汽車材料用循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法

汽車行業(yè)是最早使用循環(huán)鹽霧試驗作為產(chǎn)品可靠性的評價手段的行業(yè)之一。 基本上各大汽車生產(chǎn)廠家都有自己的循環(huán)鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)，用以模擬汽車材料在使用環(huán)境中的腐蝕情況。

1）CCT 循環(huán)

CCT 是由日本日產(chǎn)汽車Nissan 提出的， 也是最早被應(yīng)用的循環(huán)腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)方法之一，在傳統(tǒng)中性鹽霧方法的基礎(chǔ)上又加進(jìn)了濕熱和干燥。CCT 循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法見表5。

首先在JASO M610-1992Cosmetic corrosion test method for automotive parts[5]中形成了標(biāo)準(zhǔn)方法CCT I。經(jīng)過在實踐中的使用和改進(jìn)，CCT 方法已經(jīng)發(fā)展到 CCT IV，CCT IV 是目前被認(rèn)為與實際車輛腐蝕結(jié)果相關(guān)性最好的方法之一，并被引用到 ASTM D 6899-2003 標(biāo)準(zhǔn)方法Standard Guide for Laboratory Cyclic Corrosion Testing of Auto. Painted Steel[6]中。

CCT 方法主要是用于汽車鋼板及零部件的測試。

2）GMW 14872[7]

GMW 14872 Cyclic Corrosion Laboratory是美國通用汽車公司的循環(huán)鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)方法, 其特點是采用濕熱、干燥疊加儲存環(huán)境的組合。

即環(huán)境溫度（25 ℃，45 %RH）8 h →

濕熱 （49 ℃，＜100 %RH）8 h →

干燥 （60 ℃，≤30 %RH） 8 h 的周期循環(huán)試驗；

在周末和節(jié)假日，被測件在25 ℃，45 %RH 的環(huán)境下條件儲存。

該方法鹽霧沒有作為組合中的一個固定階段，而是可以根據(jù)實際環(huán)境的特點，在環(huán)境溫度階段加入鹽霧，如噴射溶液組成為NaCl 0.9 %，CaCl20.1 %，NaHCO3（小蘇打）0.075 %的鹽霧。 除鹽霧外，在環(huán)境溫度階段，也可加入其它環(huán)境因素，如砂礫、粉塵、熱沖擊、機械沖擊等。

根據(jù)車身底部零件、發(fā)動機艙零件、外部零件及內(nèi)部零件等諸多不同的車身位置，選擇不同的循環(huán)次數(shù)。

3）SAE J2334[8]

表5 CCT 循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法

SAE J2334 Laboratory Cyclic Corrosion Test是由國際汽車工程師學(xué)會汽車腐蝕與防護(hù)委員會制定的的循環(huán)鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)方法，該試驗方法是采用鹽霧、濕熱、干燥疊加儲存環(huán)境的組合。

即進(jìn)行環(huán)境溫度（25 ℃，45 %RH）8 h →

濕熱（50 ℃，100 % RH）6 h →

鹽霧（環(huán)境溫度+0.5 % NaCl，0.1 % CaCl2和0.075 %NaHCO3鹽溶液）0.25 h →

干燥（60 ℃，50 %RH）17.75 h 的周期循環(huán)試驗。

在周末和節(jié)假日，被測件在60 ℃，50%RH 的環(huán)境下條件儲存。

該試驗方法的特點是進(jìn)行環(huán)境溫度條件下的鹽溶液試驗（dip, fog, spray），且時間較短；干燥時間較長。常用于汽車涂裝類產(chǎn)品的測試。

4）PV 1210[9]

PV1210-P VW 是德國大眾汽車公司的車身與附件循環(huán)鹽霧腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，是應(yīng)用最為廣泛的循環(huán)腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)之一，該試驗方法是采用鹽霧、濕熱、疊加儲存環(huán)境的組合。

即進(jìn)行中性鹽霧（50 士5）g/L NaCl 鹽溶液）4 h →

環(huán)境溫度（25 ℃，50 %RH）4 h →濕熱（40 ℃，100 % RH）16 h

周末被測件在25 ℃，50 %RH 的環(huán)境下儲存。

該試驗方法沒有干燥階段。適用于有涂層的車身、車身薄板、結(jié)構(gòu)組件等試驗樣品的腐蝕檢測。

5）其他汽車工業(yè)的重要標(biāo)準(zhǔn)

FORD CETP: 00.00-L-467 Global Laboratory Accelerated Cyclic Corrosion Test[10]

VOLVO: VCS 1027, 149 Accelerated corrosion test[11]

VOLVO: VCS 1027, 1449 Accelerated corrosion test,version II-ACT II[12]

6 在汽車工業(yè)中的單項與綜合鹽霧、腐蝕試驗

隨著科技的日新月異，對產(chǎn)品品質(zhì)提出了更高的要求。在產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、工藝等階段的質(zhì)量工程師都更清楚意識到產(chǎn)品可靠性檢驗的方法和手段的重要性。

在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)階段，研發(fā)人員在關(guān)注實現(xiàn)產(chǎn)品功能的同時更加關(guān)注產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。但在日常環(huán)境中我們很難短時間檢測和觀察到產(chǎn)品的抗腐蝕性能。例如涉及金屬材料，新材料及水溶性油漆等的產(chǎn)品，當(dāng)需要確定并預(yù)測這些產(chǎn)品的可靠性和壽命時，鹽霧腐蝕試驗就顯得必不可少。尤其是汽車行業(yè)，其產(chǎn)品的工作狀態(tài)是暴露于空氣中的，且工作場所多變，難免會接觸到鹽霧腐蝕。因此，鹽霧腐蝕試驗在汽車行業(yè)里尤為重要。

6.1 單項試驗

到目前為止，在我國檢測產(chǎn)品的主要根據(jù)是單項試驗，其中最重要的是冷凝試驗和用各種NaCl（氯化鈉）溶液濃度的鹽霧試驗。但是，即使對于一些相對較容易規(guī)定的試驗，例如冷凝試驗，它的結(jié)果也可以是不穩(wěn)定的，這與試驗的順序有關(guān)。在長期潮濕情況下的試驗所造成的破壞與短期結(jié)露然后水分蒸發(fā)的試驗結(jié)果是不完全相同的。在鹽霧試驗時所模擬的腐蝕類型是隨不同的試件和試驗方法而變化的。在所有單項試驗中我們可以發(fā)現(xiàn)一個問題，即雖然它可以用大量的同類試件疊加以補償差別，但實際上卻不可能找到與室外氣候環(huán)境完全一致或明確的相關(guān)性。

最早致力于外界環(huán)境與鹽霧試驗相關(guān)性研究的是由德國發(fā)動機車輛制造商協(xié)會（VDA） 工作小組，并制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，車輛的油漆工藝應(yīng)能找出一種試驗，它能加快時間因素（縮短試驗時間），且汽車在行進(jìn)中被腐蝕的狀態(tài)。在此狀態(tài)下試驗的目的是觀察其密閉部位、邊緣處和聯(lián)接處的銹蝕的形成。

結(jié)果認(rèn)為，在實驗室用鹽霧試驗設(shè)備實現(xiàn)比大氣環(huán)境中更嚴(yán)苛的試驗條件能達(dá)到事半功倍的效果。按鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)（DIN 50021 SS）和冷凝試驗標(biāo)準(zhǔn)（DIN 50071 SFW），在露天大氣環(huán)境中典型的試驗周期是4～6 星期試驗，在鹽霧試驗設(shè)備中只需4～6 個試驗循環(huán)。對于多層構(gòu)件可以再現(xiàn)它的腐蝕形成，鹽霧試驗設(shè)備中的1 次循環(huán)相當(dāng)于露天氣候環(huán)境下暴露約3 周。 對車身內(nèi)腔點火器的一次循環(huán)大致相當(dāng)于露天氣候環(huán)境下暴露約2周。

即便如此，仍不能滿足人們對產(chǎn)品可靠性和壽命試驗快速、準(zhǔn)確的要求，交變試驗及綜合試驗應(yīng)運而生。

6.2 綜合試驗

通過鹽霧、濕熱、干燥三個階段組合變化及交替循環(huán)， 真實再現(xiàn)外界環(huán)境狀態(tài)，并加速試驗進(jìn)程。本文“第五項”詳細(xì)論述了鹽霧腐蝕綜合試驗的方法和應(yīng)用。

另外請詳見綜合試驗的曲線圖，圖3 VDA 循環(huán)試驗，圖4 PV 1210 交變循環(huán)試驗。

圖3 VDA 循環(huán)試驗

圖4 PV 1210 交變循環(huán)試驗

6.3 試驗手段的難點及解決方法

1）交變試驗的溫度及氣候控制

在鹽霧試驗當(dāng)中加入氣候因素可真實再現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)，但對設(shè)備的控制系統(tǒng)也提出了更高的要求。國外公司產(chǎn)品及系統(tǒng)大多數(shù)都采用了模塊式結(jié)構(gòu)，一種高性能的直接溫度控制系統(tǒng)，由輔助熱交換介質(zhì)的帶有緩沖效應(yīng)的循環(huán)，使試驗箱內(nèi)溫度和濕度能保持高度的穩(wěn)定性。

除此以外，直接溫度控制系統(tǒng)還能使得在不變的接近飽和點的高濕度情況下進(jìn)行長期的試驗。

2）用于能再現(xiàn)結(jié)果的恒定噴霧

在鹽霧試驗中恒定的鹽霧供給也是再現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)的關(guān)鍵。至現(xiàn)今為止，主流的解決方法，除空氣調(diào)節(jié)以外，用噴霧系統(tǒng)及與之相關(guān)聯(lián)的鹽水供給源也能實現(xiàn)解決恒定噴霧問題。由于鹽水是經(jīng)由噴嘴進(jìn)行霧化并按水噴射原理工作的，噴射量在相當(dāng)程度上將保持不變，從而達(dá)到恒定噴霧，其關(guān)鍵是流量表，液體水準(zhǔn)儀以及試驗箱固定的真空度。

因此，全面了解鹽霧腐蝕的特點，鹽霧腐蝕試驗的標(biāo)準(zhǔn)及其手段，對實現(xiàn)高品質(zhì)的產(chǎn)品有著及其重要的作用。