人工盐雾模拟试验与自然环境暴露匹配性研究 1.引言海洋大气中的高浓度盐雾是沿海设施及设备腐蚀的一个重要因素，盐雾腐蚀直接影响设备的环境适应性、使用的可靠性和寿命设备最先出现腐蚀基本是无气候防护的外壳部分在设备研发验证阶段，常采用人工模拟试验的方式进行盐雾试验，评估设备外壳的耐腐蚀能力由于实际工程中经常设备外壳通过了1000小时连续盐雾测试，但却在户外实际运行五年内出现了大面积锈蚀现象，特进行不同盐雾方式的人工模拟老化试验，与户外自然环境下的暴露进行腐蚀情况的匹配性研究2．盐雾试验通用方案盐雾测试是一种人工加速模拟抗腐蚀评估方法，通过将一定浓度的盐水雾化，以固定的沉积量喷洒在密闭的恒温箱内，在箱内放置一段时间后，通过观察或测量被测样品的变化来反映被测样品的抗腐蚀性能目前有一种经验论认为中性盐雾试验24h 相当于自然环境1 年这种经验式推断相对适合大气环境等级C3 及以下，考虑到腐蚀物不同的物相结构引起的致密程度，加之工业、高污染、沿海等更苛刻环境下时间当量会相应减小另外，实际气候和环境条件复杂多变，各自的试验表征结果因而并不能相互替代。
盐雾试验种类可以分为以下四种：（1）中性盐雾试验（NSS）是出现最早目前应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法采用5%的氯化钠盐水溶液，溶液PH 值6～7 作为喷雾用的溶液，试验温度35℃，盐雾的沉降率在1～2ml/80cm2·h 之间2）醋酸盐雾试验（ASS）是在中性盐雾试验的基础上发展起来的它是在5%氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的PH 值降为3 左右，溶液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性它的腐蚀速度要比NSS 试验快3 倍左右3）铜加速醋酸盐雾试验（CASS）是国外新近发展起来的一种快速盐雾腐蚀试验，试验温度为50℃，盐溶液中加入少量铜盐—氯化铜，强烈诱发腐蚀它的腐蚀速度大约是NSS 试验的8 倍主要用于对电镀镍、铬或阳极氧化工艺的防腐性能验证4）交变盐雾试验是一种综合盐雾试验，实际上是中性盐雾试验+恒定湿热试验它是将产品在盐雾和湿热两种环境条件下交替转换，最后考核整机产品的电性能和机械性能有无变化3．盐雾腐蚀机理大气中盐雾对金属的腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀阳极上，金属由于负电性强容易失去电子而变为金属阳离子，并以水化离子的形式进入溶液，同时把相当的电子留在金属（Me）中。
Me+nH2O→Me2+•nH2O+2e）阴极上，留在阴极金属中的剩余电子，被氧去极化，还原并吸收电子，成为氢氧根离子O2+2H2O+4e→4OH-）在电解液中，氯化钠离解而生成钠离子(Na+)和氯离子（Cl-），部分氯离子、金属离子和氢氧根离子反应成金属腐蚀物2Me2+ + 2Cl- + 2OH- →MeCl2•Me(OH)2）盐雾对金属的腐蚀作用，除了盐雾作为一种电解质加速微电池腐蚀过程外，还因为盐雾溶液中主要腐蚀介质为氯离子氯离子具有很小的水合能，易被吸附在金属表面，同时氯离子半径仅0.181nm，具有强穿透性，容易穿过金属表面氧化层，使保护膜出现小孔，破坏了金属的钝化，加速了金属腐蚀4、多个试验方案比对在进行长期连续喷雾时，样件表面形成较厚的水膜，当膜层厚度达到一定程度后，则氧到达阴极表面较难，电化学反应速度则不因离子增多而加快因此，全新制定试验方案，模拟自然环境中白天阳光照射下气候干燥、夜间温差大产生凝露、高湿高热地带等状态，将富氧、湿润/干燥对涂层的“呼吸”冲击、水汽渗入涂层等作为一个重要因素加入到人工加速模拟试验中试验件样件基体采用SUS201，配户外用喷塑涂层，试验条件设置3种平行方案，其中盐雾试验条件均为试验溶液5%NaCl 溶液，试验温度35℃，其他条件如下表所示。
表 3种盐雾试验方案条件设置方案名称试验循环总时长样件观察间隔连续中性盐雾试验（方案A）试验条件盐雾试验504h0h、168h、336h、504h循环方案单一条件，无循环连续中性盐雾+干燥循环试验（方案B）试验条件1盐雾试验时间：8h504h0h、168h、336h、504h试验条件2干燥温度：25℃；相对湿度：30%；干燥试验时间：16h循环方案盐雾8h+干燥16h组成一个循环阶段连续中性盐雾+高温高湿+紫外老化循环试验（方案C）试验条件1盐雾试验时间：56h504h0h、168h、336h、504h试验条件2高温高湿温度：85℃；相对湿度：85%；高温高湿试验时间：56h试验条件3紫外老化试验温度：60℃；紫外老化试验湿度：70%；紫外老化试验时间：56h循环方案盐雾+高温高湿+紫外老化共168h组成一个循环阶段4.1 168h试验结果比对如下图所示，图1(a)为方案A试验168h的样品表面情况，图1(b)为方案B试验第七个循环阶段后（即168h），图1(c)是方案C试验第一个循环阶段后（即168h）从图中可以看出，在168h时，划叉处的金属腐蚀情况为(a)<(b)<(c)方案A试验在划叉处和附近的平整位置均无腐蚀，方案B和方案C试验在划叉处出现红锈腐蚀，但腐蚀宽度均小于划叉宽度，周边涂层无鼓泡现象。
图1 168h三种盐雾试验下表面腐蚀情况（a）方案A；（b）方案B；（c）方案C4.2336h试验结果比对与168h相比，方案A连续盐雾测试划叉处依然没有明显的腐蚀情况出现；方案B盐雾+干燥测试划叉处的腐蚀进一步加深，但没有出现横向的扩展；方案C循环测试划叉处的腐蚀情况相对于第一阶段的腐蚀情况明显加快，部分锈液从划叉处流淌出来，在划叉的末端，涂层出现了鼓泡现象（如下图c）图2 336h三种盐雾试验下表面腐蚀情况（a）连续；（b）连续+干燥；（c）循环4.3504h试验结果比对与336h相比，连续盐雾测试划叉处依然没有明显的腐蚀情况出现；连续+干燥测试划叉处的腐蚀进一步加深，出现大片的锈液扩展痕迹；循环测试划叉处腐蚀宽度与第二阶段类似，但是涂层出现了新的鼓泡图3 504h三种盐雾试验下表面腐蚀情况（a）方案A；（b）方案B；（c）方案C4.4复合环境因素对耐蚀性的影响方案B和方案C试验中，涂层在干燥/潮湿、常温/高温、缺氧/富氧环境下来回切换，温度的变化使得涂层内部产生热膨胀和收缩力，湿度变化又导致涂层体系水分的蒸发与凝结，涂层吸水膨胀，失水收缩在涂层深度方向上H2O与浸泡时间呈正比，扩散初期，水仅填满孔洞或者间隙位置而不与涂层发生关系，接着水使得涂层膨胀，水以膨胀部分的涂层为载体不断向深度方向运动。
在这种复合环境因素的作用下，涂层的微结构发生变化，富氧环境进一步加快了腐蚀的速度，在宏观上的就是样品表面出现大片均匀腐蚀和涂层鼓泡4.5盐雾试验环境与真实腐蚀环境的对比影响钢材腐蚀速度的前五个显著因素是SO2浓度、年雾日数、Cl-浓度、降露日数、雨水PH值这五个显著因素可以总结为污染物浓度、腐蚀介质浓度和水润湿情况在某工程项目现场产生的腐蚀现象来看，类似于人工模拟环境下方案B盐雾+干燥测试的盐雾试验结果这说明较大的湿度产生的全浸泡效果、昼夜交替+湿度变化（降水/晴天）引起的涂层干湿循环对涂层的破坏比重较大图5 实验室盐雾试验和真实环境表面腐蚀情况左图（a）方案B/方案C/方案A（从右至左）；右图（b）工程现场腐蚀情况5．结论1）通过对SUS201喷塑材料进行了三种不同盐雾试验，并与真实环境下机箱的腐蚀情况做对比方案A盐雾测试Cl-浓度大，但腐蚀反应不明显；方案C的循环盐雾测试考虑了盐雾、高温高湿和紫外的综合影响，缺陷破损处腐蚀在三种盐雾试验下最严重，出现明显鼓泡，但无严重的锈液腐蚀扩展痕迹；方案B的盐雾+干燥试验综合了氧气和腐蚀介质的影响，使得涂层产生呼吸效应，缺陷破损处无涂层剥离、鼓泡，但是大面平整处有严重的锈液扩展痕迹。
2）多因素复合模拟的盐雾测试与C4环境下3年最严重的锈蚀情况（边角的均匀大片腐蚀）基本类似，按照工程现场平均锈蚀情况来推断，504h的方案B连续盐雾+干燥循环试验可以模拟C4环境下3年以上的腐蚀情况6．参考文献[1] 胡吉明等.水在有机涂层中的传输Ⅱ-复杂的实际传输过程[J]. 中国腐蚀与防护学报，2002，22(6): 371-374[2]唐其环. 海洋大气腐蚀性分类分级[J]. 环境技术，2003，1: 2-4 -全文完-。