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1、1,盐雾试验方法概述 李家柱 空军雷达与电子对抗研究所环境试验中心技术顾问,2,盐雾试验的产生和发展,盐雾试验的产生和应用 盐雾试验最早是美国ASTM协会在1914年提出的，1926年列为标准，据说是按照美国底特律的大气暴露试验的数据研究了相关关系。发展到现在世界各国都制定了不同领域的盐雾试验标准。盐雾试验是模拟海洋大气腐蚀的人工加速腐蚀试验方法。盐雾试验的最初目的是用来考核各种电镀层的质量和保护性能。但是，盐雾试验已经用于考核有机涂层、金属材料、电子元器件甚至整台设备的抗海洋大气腐蚀的能力，是产品的标准环境试验之一。 由于产品的寿命取决于相当复杂的因素，产品的实际使用环境也非常不一样，不可能
2、通过盐雾试验确定产品的使用寿命。但是，盐雾试验作为对比性腐蚀试验或产品和工艺筛选的实验被工业、军工各部门普遍使用，也有的产品被作为指定的强制性验收标准的,3,盐雾腐蚀的原理,产品处于海洋大气中，在产品的表面（金属、镀层和涂层）将形成一层非常薄的含有大量氯离子的水膜，氯离子半径小，只有1.8110-10m, 穿透能力强，容易穿过金属表面的钝化膜，加快金属的腐蚀。氯离子能够取代氧化物中的氧，形成可溶性的氯化物破坏金属的钝化膜。航空装备特别是舰载机、水上飞机受到的盐雾腐蚀更严重。美军飞机的统计资料表明，现场故障的50%是环境造成的，其中盐雾的影响为4%。,4,盐溶液的电化学腐蚀过程：,阳极上，金属以
3、水化离子的形式溶解进入溶液，当量的电子通过电路流向阴极。 阳极反应： Me ne- = Men+ + ne- 阴极反应： 从阳极流过来的电子被电解质溶液中能够接受电子的物质也就是氧化性物质接受， D + ne =Dne 在中性或碱性介质中 H2O + 1/2O2 +2e = 2OH-在溶液中，氯化钠溶液离解。同时生成腐蚀产物 NaCl=Na+Cl- 2Me+ + 2Cl-+2OH-=MeCl2.Me（OH）2 腐蚀的几个要素，去极化剂：氧、电解质：水溶液，温度。,5,盐雾对航空装备的破坏效应,腐蚀效应： 电化学反应产生的腐蚀，加速应力腐蚀。 电效应：盐的沉积使电子设备破坏，产生导电层，破坏绝缘
4、材料，引起电子器件的金属材料的腐蚀。 物理效应：盐雾引起盐的沉积使机械部件和组合部件被阻塞或卡死，腐蚀产物导致有机涂层起泡。 海洋大气的盐雾腐蚀严重影响了航空装备（电机、电器仪表和接插件的正常工作，降低了技术和作战能力。盐雾试验对于考核航空装备的耐海洋大气的性能是十分有效的。,6,盐雾试验的技术参数,腐蚀试验的原则模拟实际的腐蚀过程，不能改变腐蚀机理。具有重现性，在相同的实验条件下对相同的试样，不同的操作人员、不同的设备、不同时间能够获得同样的试验结果，才能对产品进行评价。具有加速性。,7,盐溶液浓度（5%NaCl水溶液）,海水与海洋大气成分相似，不少标准规定采用人造海水作为盐雾的发生来源，但
5、是即使是人造海水也不可能完全模拟不同地区的海洋大气的盐雾作用，而且人造海水成分复杂，配制步骤繁杂，由于海水中的盐雾主要是氯化钠的作用，后来基本上取得了一致的认识，采用氯化钠溶液作为盐雾发生来源就行了。试验证明饱和氯化钠溶液和20%的氯化钠溶液腐蚀速度都比较低。这是因为根据溶度积的原理，氯化钠浓度增高，氧在溶液中的溶解度降低，氧的去极化作用降低，腐蚀原电池的阴极去极化作用下降，造成腐蚀速率下降。试验表明，氯化钠溶液浓度为5%左右时腐蚀速度最高，所以现在的许多标准采用5%的氯化钠浓度，而且5%的氯化钠浓度接近海水的浓度（海水中的盐浓度为14.1%）。另外，盐浓度过高非常容易堵塞盐雾喷嘴。,8,盐雾
6、腐蚀失重与溶液浓度的关系,0 .025 .05 .075 .125 .175 .02 盐浓度,16 10 6失重 mg,9,盐雾酸度 （pH6.57.2）, pH,腐蚀速度,10,溶液的酸度对金属的腐蚀速度的影响,不同的金属对于盐雾溶液的酸度的影响也不一样。金、铂、铑等贵金属在盐雾试验中的腐蚀速度，不受盐雾溶液酸度的影响如图中的1。铝、铅等盐雾溶液酸度明显影响盐雾试验中的腐蚀速度，酸度越高腐蚀越严重，而且当碱性越大腐蚀越严重，呈对称状态。铁、镉等随着盐雾溶液的酸度越低，腐蚀速度越低。虽然酸度变化，腐蚀速度也有变化，但有一个稳定的区域，也就是中性附近的区域。因此，从提高盐雾试验的稳定性和重现性，
7、大多数标准都选择中性盐雾试验，也就是pH6.57.2。pH值的区间控制越严格，试验的重现性越好。,11,试验温度,盐雾试验中温度是一个重要的参数，温度影响氧化还原化学反应的速度和离子的扩散速度，根据化学反应速度方程V=Ae-Q/RT V：反应速度 e：自然常数 R：气体常数 T：绝对温度A：试验常数。根据公式计算，温度升高10，化学反应的速度增加2到3倍。那么，温度越高应该腐蚀速度越大。但是，温度升高，氧在溶液中的溶解度下降。氧的去极化作用下降，腐蚀速度肯定也下降。而且温度过高，盐的析出也严重。,12,水中氧浓度随温度变化的曲线,0 20 40 60 80 100 T,8 6 4 2 氧含量m
8、l/L,13,盐雾沉降量（12ml/80cm2.h）,离海洋距离不同时空气中Cl-和Na+的含量,14,盐雾的沉降量对金属的腐蚀的影响。,海洋大气环境中距海岸的远近，海盐粒子浓度有很大变化，资料表明距海洋24.3m处钢的腐蚀速度比243.84m大12倍。试验表明若以A3钢板在我国拉萨城市大气腐蚀率为1，则青海察尔汉盐湖大气腐蚀率为4.3，广州城市为23.9，湛江海边为29.4，相差近30倍。 盐雾是非常微小的氯化钠溶液的液滴，在空气中扩散成雾，而且容易吸附在金属表面形成电解质液膜。悬浮着的盐雾实际上对金属不发生作用，只有沉降在金属表面，形成电解质溶液薄膜时才产生对金属的腐蚀。沉降速率越大，则在
9、金属表面形成的溶液薄膜越厚，由于溶液不断流淌，能够维持溶液薄膜的不断更新，同时保持液膜的含氧量始终保持在饱和状态，腐蚀就能够持续进行。,15,盐雾沉降率对金属腐蚀率的影响, . . . . . ml/cm2.天 沉降率,600 400 200 失重 mg/m2.天,16,当盐雾沉降速率小于0.5ml/80cm2.h时，金属表面液膜比较薄，氧很快透过液膜到达阴极表面，不连续的液膜随着沉降速度的增加，会很快变成连续的液膜，因此随着沉降速度增加，腐蚀速度迅速增大。当盐雾沉降速度加快，金属表面的氯化钠溶液膜将加厚，氧的扩散距离加大，到达阴极表面的量将降低，所以腐蚀速率不会明显加速。当沉降量超过1.2m
10、l/cm2h时，液膜增厚，氧的扩散距离加大，腐蚀速度反而不会加快。 盐雾腐蚀的控制步骤主要是溶液中的氯离子和氧在金属表面的扩散速度。试验表明，氯化钠溶液膜在0.01微米到1微米时，腐蚀速度迅速上升，1微米左右时腐蚀速度最快，1微米以上腐蚀速率又会慢下来。这时氧的扩散速度与金属浸没在溶液中相同，由于氧的浓差极化， 腐蚀速度将下降，所以应选择适中的盐雾沉降速度，也就是保证最大的加速作用和稳定的腐蚀速度，从而获得良好的试验重现性。因此，盐雾沉降量是盐雾试验的非常重要的技术参数，必须进行认真、定期和不同位置的检测，盐雾沉降量过高或过低都不允许进行盐雾试验。阳极性镀层（锌 镉） 阴极性镀层（铬、镍 和铜
11、等） 铝合金氧化材料,盐雾沉降率对金属腐蚀率的影响,17,盐雾试验的试样的放置和试验周期。,试样的放置方法对试验结果有很大的影响，平板试样按照标准规定应与垂直方向成1530O角度最好。既要保证盐溶液膜能够在金属表面达到一定的厚度，又要保证盐雾不断流淌更新具有饱和的氧浓度。当试样是产品或部件时应当模拟正常的使用状态，考核产品的实际使用时的抗盐雾腐蚀的能力，腐蚀面绝大部分发生在迎雾面。盐雾试验的周期按照产品的设计要求确定，一般航空产品，机外部件为96小时，机内为48小时，比较试验一般进行到出现腐蚀现象为止。,18,盐雾试验的腐蚀特点和分析,盐雾试验主要是考察金属材料的电化学腐蚀，对于有机材料本身的
12、性能并不适合，但也可用于考核有机涂层材料对金属材料的保护性能的对比试验。 盐雾试验必须严格控制各项技术性能参数，才能保证盐雾试验的可靠性和客观性，盐雾沉降量是其中非常重要的指标，应按照标准严格操作，才能保证盐雾试验的重显性。,19,盐雾试验的标准和方法的发展,在研制成几种型号的周期喷雾干燥潮湿类型的复合盐雾试验箱；在间歇浸渍试验的基础上，发展出间浸潮湿干燥类型的周期浸润复合腐蚀试验机；以及模拟自然大气腐蚀某些环境因素的多因子循环作用的复合腐蚀试验机。例如，制品科研所(日本)采用由CASS试验机改装的复合试验机进行潮湿、盐雾、干燥循环试验；Q-PANEL公司(美国) 的Q-FOG循环腐蚀试验机可
13、进行盐雾、干燥、潮湿(相对湿度100%)、有规则的停顿等循环试验；此外,第五届欧洲腐蚀会议曾经发表了一种在试样盒内使腐蚀溶液注入排出, 使气温、湿度、干湿频率、湿润剂成分、SO2、风速等六个环境因子在箱内基本上得到控制的间浸式复合试验研究装置。 现在的美军的盐雾盐雾试验已经由单纯的连续或间断喷雾试验，修正为盐雾、干燥、潮湿(相对湿度100%)、有规则的停顿等循环试验。试验表明这种修正的盐雾试验更能模拟实际的使用环境并起到加速腐蚀的作用。保证氧的扩散速度达到尽可能大，腐蚀作用也就能达到比较大的效果。,20,盐雾试验的试验步骤和记录,盐雾试验包括如下步骤 设备检定，设备必须通过权威部门的检定，并获
14、得授权，在检定有效期内，才能使用。 实验前，应认真检查设备的控制系统和各项参数，特别是盐雾沉降量是否在规定的范围内，压缩空气，盐水箱和空气饱和器等装置是否正常。 认真阅读试验委托书，了解用户的试验目的和要求，及时与用户进行交流。 按照规定清洗试样，对试样的原始状态进行记录并拍照，填写试样原始记录表。 按照规定在试样架上安装试样，记录试验的开始时间和设备的运行状况。 实验结束，按照规定试样下架，根据用户要求，记录试样的表面状况并进行后处理。填写试验情况表。 根据试验情况和有关标准以及用户要求，填写试验结论。,21,盐雾试验的有关表格,用户试验委托书：用户单位，联系人，电话，传真，通讯地址，试样的
15、名称，尺寸，数量，重量，材料名称、牌号， 保护层 实验内容 实验时间 实验依据标准和备注。接受日期并有接受人签字试样原始情况记录表：试样的名称，数量，原始质量，材料名称、牌号、保护层，尺寸和照片，记录日期和记录人签字。试验记录：试验设备、规格型号，设备情况，试验过程各参数的记录数据，试验的开始时间，结束时间，试验过程中发生的异常情况记录，试验人员签字。试样的试验后的记录：，试样的名称，数量，结束日期，试验后的质量，材料名称，牌号、保护层，尺寸和照片，数据处理后的数据如失重等。试验人员签字。试验结论： 依据标准和试验数据，下结论日期 负责人签字。5份文件一式三份，用户一份，试验室一份，档案室一份。,
