于樹(shù)洪，申華文，李佳筱，程前

（1.濱州盟威戴卡輪轂有限公司，山東濱州 256602；2.中信戴卡股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

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，這是因?yàn)榇髿庵泻醒鯕?，?dāng)物理環(huán)境（濕度、溫度）發(fā)生變化時(shí)，具有腐蝕成分和腐蝕因素的污染物會(huì)腐蝕材料，通常稱為材料的大氣腐蝕［1］。

鹽霧腐蝕就是一種常見(jiàn)和最有破壞性的大氣腐蝕。因?yàn)辂}霧是含有氯化物的大氣，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，使內(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，易被吸附于金屬表面的孔隙、裂縫，排擠并取代氧化層中的氧分子，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化表面變成活潑表面，形成對(duì)金屬表面的破壞性反應(yīng)［2］。

為了檢驗(yàn)不同鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能的一致性，及不同鹽霧試驗(yàn)腐蝕性結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性，根據(jù)GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》［3］，最常用的方法是采用鋼板比對(duì)試樣確定鹽霧試驗(yàn)的腐蝕性能，即采用CR4級(jí)冷軋?zhí)间摪遄鳛楸葘?duì)試樣，確定鹽霧試驗(yàn)的腐蝕性。

本研究對(duì)3種鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能比對(duì)方法進(jìn)行了介紹。以中性鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能的比對(duì)結(jié)果為例，根據(jù)GB/T 10125—2012，介紹了鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能比對(duì)方法，即質(zhì)量損耗法；另外，通過(guò)檢測(cè)CR4鋼板的腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律，即CR4鋼板腐蝕深度隨時(shí)間的變化規(guī)律，作為第二種比對(duì)方法；第三種比對(duì)方法，根據(jù)GB/T 8923.1—2011［4］，通過(guò)腐蝕后CR4鋼板表面清潔度的目視評(píng)定，比對(duì)鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能。

1 主要設(shè)備、儀器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及關(guān)鍵指標(biāo)

根據(jù)GB/T 10125—2012，可以量化地評(píng)價(jià)鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能。采用質(zhì)量損耗法時(shí)，使用的主要設(shè)備、儀器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及關(guān)鍵指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 鹽霧試驗(yàn)使用的主要設(shè)備、儀器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及關(guān)鍵指標(biāo)Table 1 Major equipments，instruments，standard substances and key index for salt spray test

2 鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能比對(duì)法

2.1 中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）腐蝕性能質(zhì)量損耗法比對(duì)

中性鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能質(zhì)量損耗法比對(duì)依據(jù)GB/T 10125—2012。

2.1.1 參比試樣試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

將參比試樣，用稀釋的50 %體積分?jǐn)?shù)鹽酸溶液清洗，清除一切塵埃、油或影響試驗(yàn)結(jié)果的其它外來(lái)物質(zhì)。

采用清潔的軟刷或超聲清洗裝置，用適當(dāng)丙酮溶劑再次徹底清洗試樣。清洗后，用新丙酮溶劑漂洗試樣，然后放入高溫試驗(yàn)箱干燥，烘干溫度設(shè)置為80 ℃。

清洗后的試樣烘干稱重，精確到±0.1 mg，反復(fù)稱重4次，取平均值。然后用可剝性塑料膜保護(hù)試樣背面，本例中采用聚氯乙烯膠帶作為可剝性塑料膜。為了獲得準(zhǔn)確的腐蝕性比對(duì)數(shù)據(jù)，試樣的邊緣也可用可剝性塑料膜進(jìn)行保護(hù)。然后，用油漆筆在參比試樣的可剝性塑料膜上進(jìn)行標(biāo)注，例如1，2，3，4。

2.1.2 參比試樣的放置

試樣放置在定制的試驗(yàn)塑料（惰性材料）支架上，將未做保護(hù)的一面朝上并與垂直方向成（20°±5°）的傾角，見(jiàn)圖1。

圖1 參比試樣的放置Figure 1 Placement of reference sample

將支架連同試樣放置于鹽霧箱內(nèi)四角。參比試樣的下邊緣應(yīng)與鹽霧收集器的上部處于同一水平面。

2.1.3 中性鹽霧試驗(yàn)的運(yùn)行條件

根據(jù)GB/T 10125—2012，中性鹽霧試驗(yàn)的運(yùn)行條件詳見(jiàn)表2。

表2 中性鹽霧試驗(yàn)的運(yùn)行條件Table 2 Operating condition of neutral salt spray test

對(duì)鹽霧試驗(yàn)箱的鹽霧沉降率進(jìn)行檢測(cè)，將接受面積為80 cm2玻璃漏斗固定在量筒（50 mL，分辨率力1 mL）上，放置在規(guī)定的位置，連續(xù)噴霧24 h、48 h后，讀取各個(gè)量筒鹽霧沉降量的體積；同時(shí)使用pH計(jì)測(cè)量收集液的pH；用鹽濃度計(jì)測(cè)量收集液的鹽濃度值。

2.1.4 測(cè)定質(zhì)量損失

試驗(yàn)運(yùn)行48 h后，立即取出參比試樣，除掉試樣背面的保護(hù)膜，按ISO 8407—2009《金屬和合金的耐腐蝕性 腐蝕試樣中腐蝕生成物的清除》規(guī)定的物理及化學(xué)方法去除腐蝕產(chǎn)物，本例中采用50 %體積分?jǐn)?shù)鹽酸溶液去除試樣的腐蝕物。去除過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制時(shí)間，避免金屬基體與鹽酸溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

然后在23 ℃下，將試樣放入20 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分析純級(jí)別的檸檬酸二銨［（NH4）2HC6H5O7］水溶液中浸泡10 min后，在室溫下用去離子水清洗試樣，再用乙醇溶液清洗。

最后放入高溫試驗(yàn)箱干燥，烘干溫度設(shè)置為80 ℃，快速干燥的目的是防止試樣在潮濕空氣中氧化，影響后續(xù)稱重。

試樣稱重精確到±0.1 mg。通過(guò)計(jì)算參比試樣暴露面積，得出單位面積的質(zhì)量損失。

2.1.5 比對(duì)結(jié)果判定

經(jīng)過(guò)48 h試驗(yàn)后，每塊參比試樣的質(zhì)量損失在（70±20）g/m2范圍內(nèi)，說(shuō)明鹽霧試驗(yàn)箱運(yùn)行正常及鹽霧試驗(yàn)的腐蝕性能合格。

2.2 鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能動(dòng)力學(xué)比對(duì)

2.2.1 鹽霧試驗(yàn)腐蝕性電化學(xué)本質(zhì)分析

為了更好地驗(yàn)證鹽霧試驗(yàn)的腐蝕性能，還需要繼續(xù)從電化學(xué)特性和機(jī)理方面進(jìn)行分析和檢測(cè)。

鹽霧箱加速試驗(yàn)為持續(xù)的電解質(zhì)溶液的侵蝕，鹽霧箱中由于不斷有空氣噴入，氧氣的濃度應(yīng)與大氣環(huán)境中相同。在鹽霧箱中，引起金屬銹蝕的因素主要有：氯離子、水蒸氣、氧氣，其中氯離子和水蒸氣的濃度很大，超出自然環(huán)境許多倍，它們是引起金屬銹蝕的主要原因，氧氣起的是協(xié)同作用，而鹽霧箱中較高的溫度則對(duì)這幾種因素起到了加速的作用。

鹽霧箱加速試驗(yàn)中，CR4鋼板腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，這一點(diǎn)從相關(guān)的資料中可以得到肯定［5］。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CR4鋼板銹層特性為疏松的紅棕色的腐蝕產(chǎn)物（圖2）；據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［6］，腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)均由FeOOH、γ-Fe2O3、β-FeOOH組成。

圖2 CR4鋼板銹層紅棕色的腐蝕產(chǎn)物Figure 2 Reddish brown corrosion products on CR4 steel rust layer

2.2.2 鹽霧試驗(yàn)腐蝕動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型

為了建立鹽霧試驗(yàn)腐蝕動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，需要對(duì)參比試樣進(jìn)行持續(xù)試驗(yàn)，并持續(xù)檢測(cè)參比試樣的腐蝕深度（圖3），通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法，獲得比較準(zhǔn)確的鹽霧試驗(yàn)腐蝕動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。

圖3 金相顯微鏡下CR4參比試樣Figure 3 CR4 reference samples detected by metallographic microscope

通過(guò)金相顯微鏡對(duì)參比試樣進(jìn)行檢測(cè)，獲得參比試樣腐蝕深度數(shù)據(jù)（圖3）。測(cè)量過(guò)程中，在1 mm取樣寬度內(nèi)，分散測(cè)量4點(diǎn)，取4點(diǎn)的平均值作為腐蝕深度值，詳見(jiàn)表3。

表3 參比試樣腐蝕深度數(shù)據(jù)Table 3 Corrosion depth data of the reference samples

根據(jù)表3，可以建立腐蝕深度數(shù)學(xué)模型，獲得公式1。CR4參比試樣腐蝕深度數(shù)字模型曲線見(jiàn)圖4。

圖4 CR4參比試樣腐蝕深度數(shù)學(xué)模型曲線Figure 4 The mathematical model curve of CR4 reference samples’ depth corrosion

式中，V為腐蝕深度，μm；t為腐蝕時(shí)間，d。

采用建立CR4參比試樣腐蝕深度數(shù)學(xué)模型的方法評(píng)價(jià)鹽霧試驗(yàn)的腐蝕性能，持續(xù)的試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量方法復(fù)雜，取樣方法會(huì)直接影響數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。當(dāng)檢測(cè)了大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，建立的數(shù)學(xué)模型會(huì)比較接近，腐蝕性能比對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)提高。

鑒于采用腐蝕深度法評(píng)價(jià)鹽霧腐蝕性能需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得數(shù)學(xué)模型較難，因此此法一般較少使用，只有在質(zhì)量損耗法比對(duì)失效的情況才會(huì)采用；或者，參比實(shí)驗(yàn)室間有此項(xiàng)要求的情況下，才會(huì)采用。同時(shí)，采用該方法可以提高試驗(yàn)室的檢測(cè)能力。

2.3 鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能的目視比對(duì)

根據(jù)GB/T 8923.1—2011，涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定方法，將未涂裝過(guò)的鋼材表面原始程度按氧化皮覆蓋程度和銹蝕程度分為4個(gè)等級(jí)，分別以A、B、C、D 表示，并有相應(yīng)的照片對(duì)照。文字描述如下：

A——大面積覆蓋著氧化皮而幾乎沒(méi)有鐵銹的鋼材表面；

B——已發(fā)生銹蝕，并且氧化皮已開(kāi)始剝落的鋼材表面；

C——氧化皮已因銹蝕而剝落，或者可以刮除，并且在正常視力觀察下可見(jiàn)輕微點(diǎn)蝕的鋼材表面；

D——氧化皮已因銹蝕而剝落，并且在正常視力觀察下可見(jiàn)普遍發(fā)生點(diǎn)蝕的鋼材表面。

在實(shí)際比對(duì)過(guò)程中，多采用人工劃網(wǎng)格的方法，具體的網(wǎng)格尺寸可以根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或約定，例如，圖5所示的網(wǎng)格尺寸為5 mm×5 mm；通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)格內(nèi)紅棕色腐蝕點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行腐蝕性能比對(duì)，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為腐蝕點(diǎn)數(shù)在同一數(shù)量級(jí)即可。目視檢測(cè)方法，通常被中小型試驗(yàn)室采用，無(wú)需太多高精度檢測(cè)儀器，就可以直接做出比對(duì)結(jié)果。

圖5 鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能的網(wǎng)格目視比對(duì)Figure 5 Mesh visual alignment of salt spray test corrosion property

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能評(píng)定方法的介紹可知，根據(jù)GB/T 10125—2012，鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能質(zhì)量損耗法比對(duì)方法采用得比較多，因?yàn)檫@種方法操作比較容易，獲得的數(shù)據(jù)可以量化，使得比對(duì)結(jié)果有可比性。

采用鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能動(dòng)力學(xué)比對(duì)時(shí)，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，耗時(shí)較長(zhǎng)，試驗(yàn)成本較高，需要采集的數(shù)據(jù)較多，而且需要專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備，僅在有特殊比對(duì)要求的情況下才會(huì)使用。

采用目視方法進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)腐蝕性能比對(duì)的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，不需要太多高精度檢測(cè)儀器即可完成，因此，多被小試驗(yàn)室采用，或者用于同一試驗(yàn)室的不同試驗(yàn)箱之間的比對(duì)。