如何進行實驗室循環鹽霧腐蝕試驗與戶外自然腐蝕測試的相關性研究？

發布於：2022-09-14

摘要

本文介紹了一種稱為(wei) 美邦附著力試驗的循環加速腐蝕方法。與(yu) 傳(chuan) 統的鹽霧、濕度或二氧化硫測試相比，該測試與(yu) 長期自然暴露關(guan) 係更密切。附著力試驗通常使用0.4%硫酸銨和0.05%氯化鈉的電解液。它還在環境溫度下使用電解質噴霧，在高溫下幹燥，並在噴霧和幹燥條件之間快速循環。測試結果顯示了與(yu) 自然室外暴露和常規鹽霧的對比。

自然腐蝕測試

介紹

隨著油漆係統的不斷發展，現在有許多能夠經受最惡劣環境的塗料。然而，它們(men) 的性能主要取決(jue) 於(yu) 底漆對基底金屬的附著力。實驗室測試，如ASTM B117鹽霧、濕度和二氧化硫會(hui) 影響塗料的發展，但它們(men) 仍然允許塗料進入市場，但在實踐中卻失敗了。因此，這些加速試驗與(yu) 自然老化幾乎沒有相似之處。

這些試驗中最重要的是熱鹽霧試驗，例如ASTM B117。這種試驗方法已經並且仍然被廣泛使用，並被接受為(wei) 評估可靠性的決(jue) 定性加速試驗。然而，這在現實中是完全不現實的，因為(wei) 大多數產(chan) 品在其工作環境中不會(hui) 暴露在該測試的條件下。

當化學家在鹽霧試驗後查看他的結果時，他經常決(jue) 定接受具有良好鹽霧性能的塗層，而不是具有差的鹽霧性能的塗層。因此，如果一種塗料通過了實驗室檢驗，那麽(me) 它就被認為(wei) 是合適的，並經常被引入市場。

如果塗層未能通過實驗室檢查，則被丟(diu) 棄。有了這種哲學，一個(ge) 化學家可以扔掉一個(ge) 自然界的理想產(chan) 品和一個(ge) 市場上的贏家！

普通塗層，或者實際上是上述普通塗層，在施塗到基底上之後，經受自然老化的所有因素。這些元素對塗層的侵蝕越來越嚴(yan) 重，每一種都會(hui) 導致更多的腐蝕。然而，在實驗室中，這些相同的塗層在經曆單獨的測試程序後被評估。

然而，我們(men) 周圍的證據表明，這些形式的個(ge) 人測試並不能提供答案。自然老化是循環的，所以實驗室測試應該相應。

ASTM B117發展進程

在20世紀70年代，進行了大量的工作來尋找連續加速試驗ASTM B117的替代方法。這種測試過去和現在都廣泛應用於(yu) 工業(ye) 的各個(ge) 領域，但它最初是在1910-1920年間發展起來的，並於(yu) 1939年首次標準化。

該試驗可能對海洋環境中塗層性能的測試有用，但是它現在用於(yu) 預測大約五十年後塗層在各種環境中的性能。

這一早期工作的先驅是F.D. Timmins 2，他認為(wei) 盡管傳(chuan) 統的鹽霧試驗在實驗室中是合格的塗層，但在實踐中仍然會(hui) 發生故障。加速測試的整個(ge) 概念都受到了質疑。為(wei) 什麽(me) 要使用35攝氏度的熱鹽霧？這可能與(yu) 多少環境有關(guan) ？為(wei) 什麽(me) 要使用連續的鹽霧，為(wei) 什麽(me) 要使用5%的氯化鈉溶液？

最初使用5%的氯化鈉溶液可能是因為(wei) 它與(yu) 海洋環境有關(guan) 。至於(yu) 為(wei) 什麽(me) 使用連續噴霧，或者為(wei) 什麽(me) 選擇恒定的35 ℃,我不知道。同樣，問題必須是，它們(men) 是現實條件嗎？

早在1962年，J. B. Harrison博士和T. C. K. Tickle就注意到，盡管磷酸鋅底漆在室外工業(ye) 環境中的性能通常很好，但它們(men) 在加速鹽霧試驗中的性能很差。

根據這一觀察結果，Harrison使用了常見的大氣鹽類硫酸銨和氯化鈉的混合物作為(wei) 噴灑溶液，重量為(wei) 3.25%的硫酸銨和0.25%的氯化鈉。

然而，Timmins決(jue) 定，應該使用Harrison混合物的弱溶液，包括0.40 wt %的硫酸銨和0.05 wt %的氯化鈉。人們(men) 還決(jue) 定在環境溫度下的噴塗將與(yu) 自然老化密切相關(guan) 。Timmins將他的試驗命名為(wei) Prohesion，這是Protection is Adhesion的首字母縮寫(xie) 。

早期結果

早期的結果表明，這種測試方法提供了更真實的結果。因此，Timmins通過Mebon Paints Ltd .找到我們(men) 公司，要求我們(men) 製造一種可以反複提供可重複條件的櫥櫃，這樣他們(men) 就有了一個(ge) 穩定的工作基礎。

在與(yu) Timmins進一步協商後，決(jue) 定在生產(chan) 試驗箱中需要以下試驗條件。

專業測試要求

1. 選擇環境溫度下的噴霧循環，並且將使用哈裏森混合物的稀溶液。

2. 需要高溫幹燥循環，室內(nei) 空氣溫度在23℃至55℃之間變化

3. 在幹燥循環期間，需要將空氣引入試驗箱。

4. 允許從(cong) 最少1小時到最多10小時的循環潤濕和幹燥循環的設施是必不可少的。

5. 測試樣品應放在櫥櫃牆壁上的架子上，以便所有麵板的表麵都暴露在噴霧中。

這些基本條件與(yu) 我們(men) 認為(wei) 對任何形式的噴霧室都至關(guan) 重要的其它特征結合在一起。

鹽霧箱結構和操作

鹽霧箱機櫃由使用高溫樹脂的玻璃增強塑料製成。在內(nei) 部和外部機櫃之間是電加熱器，與(yu) 傳(chuan) 統的帶水套的相比，它可以實現更快的溫度循環。這種快速循環的特殊能力對於(yu) 附著力測試是必不可少的。外部塑料機櫃裝有控製麵板，該麵板包含一個(ge) 溫度範圍為(wei) 23°C至55°C的比例帶溫度控製器，還包含定時器，可在10分鍾至1000小時的時間內(nei) 循環加濕和幹燥。

兩(liang) 個(ge) 或三個(ge) 樣品廊位於(yu) 每個(ge) 內(nei) 壁上，用於(yu) 放置測試樣品。樣品與(yu) 垂直方向成15°角。

理想情況下，試驗箱應位於(yu) 溫度控製在24±2℃的室內(nei) 。這一要求對於(yu) 保持實驗室間測試的一致性至關(guan) 重要。

鹽溶液噴霧係統

鹽溶液儲(chu) 存在一個(ge) 外部的塑料容器中，因此溶液的溫度保持在環境溫度。蠕動泵將溶液輸送到。噴嘴通過在線溶液過濾器。該泵在恒定壓力下提供良好控製的流速，可在每小時0.5毫升和1.5毫升之間選擇。流量計可以監控溶液的流速。在噴嘴處，受控製的溶液流與(yu) 壓縮空氣混合進行霧化。可以通過改變壓縮空氣的壓力來調節噴霧模式的分散。因此，噴霧流速和噴霧分散可以獨立變化。

噴嘴位於(yu) 機櫃的中央，由耐腐蝕材料製成。噴嘴不需要擋板來分散溶液，因為(wei) 溶液完全由噴嘴本身霧化，提供不大於(yu) 50微米的顆粒尺寸。

空氣供應

測試儀(yi) 的空氣供應保持在28磅/平方英寸。室上的控製器將氣壓降低到大約15 磅/平方英寸，用於(yu) 鹽溶液霧化。

在幹燥過程中，全部28磅/平方英寸的壓力通過定向噴嘴引入試驗箱，產(chan) 生渦流效應。這種空氣引入提供了空氣富集的環境，並有助於(yu) 測試板的幹燥。

典型測試

通過與(yu) 使用該設備的公司的廣泛接觸發現，典型的測試包括在環境溫度下一個(ge) 小時的噴霧循環，隨後在35℃下一個(ge) 小時的幹燥循環。

使用該程序，測試樣品在噴塗周期開始的幾分鍾內(nei) 變得明顯潮濕，在幹燥周期結束時表麵明顯幹燥。

S. B. Lyons用這種方法進行了大量的工作，B. S. Skerry也是如此。Timmins後來也用這種方法進行了工作。

與傳統鹽霧比較

這兩(liang) 種測試很容易比較，可以看出幾個(ge) 基本的區別。

ASTM鹽霧試驗有一個(ge) 飽和的環境(100%相對濕度)，試驗中的樣品要經受連續的噴霧。然而，在附著力試驗中，有一個(ge) 循環的方法來處理試件的濕潤和幹燥。通過這種循環測試，樣品有機會(hui) 通過滲透作用吸收比連續噴霧測試更多的水。

盡管與(yu) ASTM相比，在附著力試驗中樣品經受鹽霧的時間隻有一半，但是W. T. Shieh已經發現，如果連續使用濕/幹循環，盡管使用相對稀釋的噴霧溶液，高腐蝕性的濃溶液將最終在表麵上積聚。

M. Stratmann還發現，在濕/幹循環試驗中，鐵的腐蝕在幹燥和再濕的過程中發生得最快，而不是在實際的濕潤期。其原因是，在表麵幹燥過程中，稀鹽溶液的濃度會(hui) 被超過，最終會(hui) 出現鹽分沉澱。這種鹽分在表麵塗層上的積聚，一般會(hui) 導致腐蝕速度的增加。

ASTM鹽霧試驗使用濃度相對較高的5%溶液，以純氯化鈉作為(wei) 鹽。Prohesion使用低濃度溶液和自然形成的大氣鹽的混合物，因此將這些混合物加入到試驗溶液中似乎是現實的。

但需要強調的是，提到的兩(liang) 種鹽是指工業(ye) 環境中的大氣鹽。可以使用其他鹽。加速腐蝕試驗溶液中所用鹽的選擇一般應由塗層實際暴露的環境決(jue) 定。

在幹循環過程中，高空氣流量和高溫會(hui) 顯著改變室內(nei) 的濕度水平。這種幹燥效應不僅(jin) 會(hui) 改變濕度水平，而且空氣的引入會(hui) 增強氧化過程，從(cong) 而加快腐蝕速度。

在ASTM鹽霧試驗中，飽和環境下的濕度總是很高。然而，在此之前，從(cong) 幹燥循環開始時的高相對濕度條件，到一小時幹燥循環結束時，相對濕度下降到40%和45 %之間。這一濕度水平低於(yu) 巴頓認為(wei) 會(hui) 發生大氣腐蝕的水平。

因此，在預幹燥循環期間，富含空氣的大氣和35°C的溫度會(hui) 導致濕度條件的變化。在整個(ge) 循環過程中，腐蝕速率從(cong) 高腐蝕期變化到循環末期的低腐蝕或無腐蝕期。這種情況在自然界必然會(hui) 發生。

結論

鹽霧試驗提供了在自然界中不現實的答案，而Prohesion提供了與(yu) 長期室外暴露相關(guan) 的現實結果。這些結果還表明，隨著原材料輸入的變化，塗層的長期性能會(hui) 受到與(yu) 鹽霧試驗所預測的完全相反的影響。從(cong) 附著力測試中獲得的結果表明，作為(wei) 一種加速腐蝕測試方法，它與(yu) 自然老化相關(guan) ，因此提供了真實的結果。

沒有一項實驗室試驗能夠解決(jue) 世界範圍內(nei) 的所有腐蝕問題。電解液的選擇、選定的測試溫度和循環類型都是需要考慮的相關(guan) 因素。應用不當仍會(hui) 導致故障，不合格的原材料會(hui) 導致其他故障，環境中的極端情況會(hui) 導致更多故障，但附著力測試可以提供與(yu) 自然老化相關(guan) 的基準。