对盐雾试验的研究.doc

人工模拟盐雾实验又涉及中性盐雾实验、醋酸盐雾实验、铜盐加速醋酸盐雾实验、交变盐雾实验。
　　(1) 中性盐雾实验(NSS实验)是出现最早目前应用领域最广的一种加速腐蚀实验方法。它采用5%的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围(6～7)作为喷雾用的溶液。实验温度均取35℃，规定盐雾的沉降率在1～2ml/80cm2.h之间。
　　(2) 醋酸盐雾实验(ASS实验)是在中性盐雾实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实验快3倍左右。
 　　(3) 铜盐加速醋酸盐雾实验CASS实验)是国外新近发展起来的一种快速盐雾腐蚀实验，实验温度为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实验的8倍。
　　(4) 交变盐雾实验是一种综合盐雾实验，它事实上是中性盐雾实验加恒定湿热实验。它重要用于空腔型的整机产品，通过潮态环境的渗透，使盐雾腐蚀不仅在产品表面产生，也在产品内部产生。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。
　　三、 盐雾实验标准及实验结果的鉴定
　　标准是对反复性事物和概述所做的统一规定。盐雾实验标准是对盐雾实验条件，如温度、湿度、氯化钠溶液浓度和PH值等做的明确具体规定，此外还对盐雾实验箱性能提出技术规定。同种产品采用那种盐雾实验标准要根据盐雾实验的特性和金属的腐蚀速度及对盐雾的敏感限度选择。下面介绍几个盐雾实验标准，如GB/T2423.17—1993《电工电子产品基本环境实验规程 实验Ka：盐雾实验方法》，GB/T2423.18—2023《电工电子产品环境实验 第2部分：实验 实验Kb：盐雾，交变(氯化钠溶液)》，GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学解决层的耐腐蚀实验方法》，GB/T1771—91《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》。
 盐雾实验的目的是为了考核产品或金属材料的耐盐雾腐蚀质量，而盐雾实验结果鉴定正是对产品质量的宣判，它的鉴定结果是否对的合理，是对的衡量产品或金属抗盐雾腐蚀质量的关键。盐雾实验结果的鉴定方法有：评级鉴定法、称重鉴定法、腐蚀物出现鉴定法、腐蚀数据记录分析法。评级鉴定法是把腐蚀面积与总面积之比的百分数按一定的方法划提成几个级别，以某一个级别作为合格鉴定依据，它适合平板样品进行评价；称重鉴定法是通过对腐蚀实验前后样品的重量进行称重的方法，计算出受腐蚀损失的重量来对样品耐腐蚀质量进行评判，它特别合用于对某种金属耐腐蚀质量进行考核；腐蚀物出现鉴定法是一种定性的鉴定法，它以盐雾腐蚀实验后，产品是否产生腐蚀现象来对样品进行鉴定，一般产品标准中大多采用此方法；腐蚀数据记录分析方法提供了设计腐蚀实验、分析腐蚀数据、拟定腐蚀数据的置信度的方法，它重要用于分析、记录腐蚀情况，而不是具体用于某一具体产品的质量鉴定

 盐雾实验技术分析与探讨
　　盐雾腐蚀会破坏金属保护层，使它失去装饰性，减少机械强度；一些电子元器件和电器线路，由于腐蚀而导致电源线路中断，特别是在有振动的环境中，尤为严重；当盐雾降落在绝缘体表面时，将使表面电阻减少；绝缘体吸取盐溶液后，它的体积电阻将减少四个数量级；机械部件或运动部件的活动部位由于腐蚀物的产生，而增长了摩擦力以至导致运动部件被卡死。
　　二、盐雾腐蚀机理
　　盐雾对金属材料的腐蚀，重要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反映，形成“低电位金属－电解质溶液－高电位杂质”微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成新的化合物即腐蚀物。金属保护层和有机材料保护层也同样，当作为电解质的盐溶液渗入内部后，便会形成以金属为电极和金属保护层或有机材料为另一电极的微电池。
　　盐雾腐蚀破坏过程中起重要作用的是氯离子。它具有很强的穿透本领，容易穿透金属氧化层进入金属内部，破坏金属的钝态。同时，氯离子具有很小的水合能，容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏。
　　除了氯离子外，盐雾腐蚀机理还受溶解于盐溶液里(实质上是溶解在试样表面的盐液膜)氧的影响。氧可以引起金属表面的去极化过程，加速阳极金属溶解，由于盐雾实验过程中连续喷雾，不断沉降在试样表面上的盐液膜，使含氧量始终保持在接近饱和状态。腐蚀产物的形成，使渗入金属缺陷里的盐溶液的体积膨胀，因此增长了金属的内部应力，引起了应力腐蚀，导致保护层鼓起。
　　三、影响盐雾腐蚀的因素
　　影响盐雾实验结果的重要因素涉及：实验温湿度、盐溶液的浓度、样品放置角度、盐溶液的pH值、盐雾沉降量和喷雾方式等。

　　1．实验温湿度
　　温度和相对湿度影响盐雾的腐蚀作用。金属腐蚀的临界相对湿度大约为70%。当相对湿度达成或超过这个临界湿度时，盐将潮解而形成导电性能良好的电解液。当相对湿度减少，盐溶液浓度将增长直至析出结晶盐，腐蚀速度相应减少。
实验温度越高盐雾腐蚀速度越快。国际电工委员会IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》标准指出：“温度每升高10℃，腐蚀速度提高2～3倍，电解质的导电率增长10～20%”。这是由于温度升高，分子运动加剧，化学反映速度加快的结果。对于中性盐雾实验，大多数学者认为实验温度选在35℃较为恰当。假如实验温度过高，盐雾腐蚀机理与实际情况差别较大。
　2．盐溶液的浓度
　　盐溶液的浓度对腐蚀速度的影响与材料和覆盖层的种类有关。浓度在5%以下时钢、镍、黄铜的腐蚀速度随浓度的增长而增长；当浓度大于5%时，这些金属的腐蚀速度却随着浓度的增长而下降。上述这种现象可以用盐溶液里的氧含量来解释，盐溶液里的氧含量与盐的浓度有关，在低浓度范围内，氧含量随盐浓度的增长而增长，但是，当盐浓度增长到5%时，氧含量达成相对的饱和，假如盐浓度继续增长，氧含量则相应下降。氧含量下降，氧的去极化能力也下降即腐蚀作用减弱。但对于锌、镉、铜等金属，腐蚀速度却始终随着盐溶液浓度的增长而增长。

　　3．样品的放置角度
样品的放置角度对盐雾实验的结果有明显影响。盐雾的沉降方向是接近垂直方向的，样品水平放置时，它的投影面积最大，样品表面承受的盐雾量也最多，因此腐蚀最严重。研究结果表白：钢板与水平线成45度角时，每平方米的腐蚀失重量为250 g，钢板平面与垂直线平行时，腐蚀失重量为每平方米140 g。GB/T2423.17-93标准规定“平板状样品的放置方法，应当使受试面与垂直方向成30度角。”
　　4．盐溶液的pH值
　　盐溶液的pH值是影响盐雾实验结果的重要因素之一。pH值越低，溶液中氢离子浓度越高，酸性越强腐蚀性也越强。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等电镀件的盐雾实验表白, 盐溶液的pH值为3.0的醋酸盐雾实验(ASS)的腐蚀性比pH值为6.5～7.2的中性盐雾实验(NSS)严酷1.5～2.0倍。
　　由于受到环境因素的影响，盐溶液的pH值会发生变化。为此国内外的盐雾实验标准对盐溶液的pH值范围都作了规定，并提出稳定实验过程中盐溶液 pH值的办法,以提高盐雾实验结果的重现性。
　　影响盐溶液pH值变化的因素和结果
　　1)引起盐雾实验过程中盐溶液pH值变化的根源重要来自空气中的可溶性物质,这些物质的性质也许不同,有些溶于水里后呈酸性, 有些溶于水里后呈碱性；
　　2)盐雾实验过程中，空气中的可溶性物质溶入盐溶液或从盐溶液里逸出的过程是一个可逆过程。溶入物质会使盐溶液的 pH值减少,而逸出物质会使盐溶液 pH值升高,减少率和升高率相等的同时溶入速度大于逸出速度,将使盐溶液的pH值减少。反之,盐溶液的pH值升高。溶入和逸出速度相等,则pH值不变。
　　3)影响盐溶液pH值变化的因素很多。例如空气中可溶性物质的性质和含量、压力、空气与盐溶液的接触面积和接触时间等。
　　a.空气中可溶性物质的性质和含量
　　空气中具有CO2,SO2 ,NO2 ,H2S等，这些气体溶于水则生成酸性物质,使水的pH值减少。空气中也也许存在碱性的尘埃颗粒，这些物质溶于水会使水的pH值升高。
 　　b.大气压力
　　气体在水中的溶解度与大气压力成正比。0℃时,1atm大气压力下100ml的水中能溶解0.355g CO2 ,而在2atm大气压力下100ml水能溶解0.670g CO2。当运用压缩空气喷雾时,由于大气压力增长,空气中CO2 等酸性物质的溶解量增长, 盐溶液的pH值减少这个过程与喷雾后受温度下降而使CO2 从盐溶液里逸出的过程恰恰相反。
　　c.空气与盐溶液的接触面积和接触时间
　　喷雾使盐溶液变成直径为1～5μm微细颗粒的盐雾。接触面积增长使得气体溶入液体或气体从液体中逸出的量都大大增长。当影响气体溶入液体和气体从液体中逸出的条件(例如压力,温度等)不变时,溶入和逸出速度最终将达成平衡状态。在达成平衡状态以前,随着时间的增长,溶入(或逸出)的量也将增长。
　　下列三个实验的结果将表白空气与盐溶液的接触面积和接触时间对盐溶液pH值的影响
　　实验结果见表1、表2、表3。
 　　1. 表1：加盖500ml容量瓶里的盐溶液存放时间与pH值变化情况
　　盐溶液编号 存放前pH 值 存放时间 存放后 pH 值

　　Ⅰ 7.2 88 天 7.2

　　Ⅱ 7.2 88 天 7.1

　　表2：在一般大气条件下气液接触面积和接触时间对盐溶液pH值的影响

　　盛液容器和直径(mm) 在大气中的存放时间(小时)

　　0 4 10 24 168

　　小口瓶(Φ10) 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0

　　培养皿(Φ100) 7.0 6.7 6.4 6.4 6.0

　　表3:在含碱性物质的环境中存放条件和时间对盐溶液pH值的影响

　　盛液容器 盐溶液在碱洗车间存放时间(天)

　　0 1 2 3 7 10 15 30

　　200ml 带盖瓶 6.6 6.6 6.6 6.6 6.7 6.7 6.8 6.7

　　200ml 无盖瓶 6.6 6.9 7.2 7.3 7.5 7.7 7.7 7.7

　　24L 无盖槽 6.5 - - - - 7.25 - -

　　从表1、表2和表3中可见:

　　①存放在密闭容器里的盐溶液，其pH值不随存放时间的增长而变化。因素在于没有与空气接触。

　　②存放在无盖培养皿里的盐溶液，随着气液接触时间的增长，其pH值明显下降。显然是由于与空气有较大的接触面积。

　　③在具有碱性物质的环境中，无盖容器里的盐溶液的 pH值随着存放时间的增长而升高。

　　5．盐雾沉降量和喷雾方式

　　盐雾颗粒越细，所形成的表面积越大，被吸附的氧量越多，腐蚀性也越强。自然界中90%以上盐雾颗粒的直径为1微米以下，研究成果表白：直径1微米的盐雾颗粒表面所吸附的氧量与颗粒内部溶解的氧量是相对平衡的。盐雾颗粒再小，所吸附的氧量也不再增长。

　　传统的喷雾方法涉及气压喷射法和喷塔法，最明显的缺陷是盐雾沉降量均匀性较差，盐雾颗粒直径较大。超声雾化法借用超声雾化原理将盐溶液直接雾化成盐雾并通过扩散进入实验区，解决了盐雾沉降量均匀性差的问题，并且盐雾颗粒直径更小。不同的喷雾方法对盐溶液的pH值也会产生影响(见表4)

　　表4:不同喷雾方法对盐溶液pH值变化的影响

　　喷雾方法 供喷盐液pH值 聚集盐液pH值 pH值变化

　　气压喷射法 7.0 6.0 -1.0

　　气压喷塔法 7.4 6.5 -0.9

　　超声雾化法 7.0 6.9 -0.1

　　从表4中可见：不使用压缩空气的超声雾化法对盐溶液 pH值的影响不大,而运用压缩空气喷雾的气压喷射法和喷塔法，盐溶液的pH值变化明显。

　　1)超声雾化工作原理

　　超声雾化工作原理是运用超声波发生器与换能器产生自激振荡,向水中辐射强烈的超声波,超声波通过水和半透膜传递作用于雾化杯内的待雾化盐溶液,使存在于盐溶液中的微气泡在声场作用下起振,当声压达成一定值时,微气泡迅速膨胀然后忽然闭合,在微气泡闭合时产生冲击波。这种膨胀、闭合、振荡等一系列动力学过程称为声空化。在声空化作用下液体在气相中分散并在液体表面形成细雾飞逸，细雾在流动气体的带动下,源源不断从雾化杯里流出实现超声雾化。整个过程中只有物理反映,而未发生化学反映。

　　图1超声雾化装置

　　2)超声雾化法中盐雾沉降量的控制

　　超声雾化法很容易控制盐雾沉降率，影响盐雾沉降率的因素有:温度、压力、盐溶液浓度、盐雾颗粒直径、雾化速度等。盐雾颗粒直径的大小与超声频率有如下关系：

　　:超声波频率； ：盐溶液密度； ：盐溶液的表面张力

　　可见当其他条件一定期,可以通过调节盐雾颗粒直径来调整盐雾沉降率。超声波频率越高，所产生的盐雾越细, 盐雾沉降率就越低。可以通过调节超声波频率来达成控制盐雾沉降率的目的。

　　雾化速度和超声波的功率密切相关,通过调节超声波发生器的功率来调整盐雾沉降率。从而使单位时间内的沉降速率得到控制。还可以通过调节进入雾化杯进气口的风量来调节盐雾的产出量。当进气量大时,存在于液体中的微气泡将增多,并易于形成更多的细雾,同时因压差增大使盐雾的流速加快,进入实验区的雾量增多。

　　为了证明超声雾化的可行性和优越性，将进行下列两个实验:

　　①超声雾化可行性实验

　　本实验的目的是1)超声雾化的盐雾是否发生沉降。(2) 盐雾沉降率能否控制。(3)盐溶液经雾化后是否发生对试样不利的理化变化。

　　图2超声雾化实验 图3 气压喷射实验

　　实验结构如图2所示。超声波发生器使雾化杯里的盐液雾化,通过塑料软管扩散进入实验区,随着扩散浓度的增长,盐雾开始发生沉降。实验区盐雾浓度越高,沉降就越快。最终沉降率达成平衡并趋于稳定。超声雾化实验过程中盐溶液浓度、pH值、实验区各点温度等指标均符合盐雾标准规定。

　　②盐雾沉降均匀性实验

　　本实验的目的是:证明超声雾化法中盐雾沉降均匀性相对于气压喷射法有明显的改善。与气压喷射法相比，超声雾化法所产生的盐雾颗粒细小均匀，其直径可控制在几微米到20μm之间，一致性好。而气压喷射法产生的盐雾颗粒有粗有细,其直径可达几百微米, 在实验区内导致盐雾分布不均匀,并减小了有效的实验区域。

　　四、盐雾实验结果的表述

　　盐雾实验结果的表述有很多种方法，下面简朴介绍几种常用的表述方法

　　1. 按照腐蚀物的特性进行表述

　　这种方法是根据盐雾实验后腐蚀物的外观特性来进行表述，常见电镀件盐雾实验后的腐蚀特性见下表5。

　　表5：常见电镀件盐雾实验后的腐蚀特性表

　　电镀件种类 腐蚀物特性

　　钢铁件镀锌 灰色或黑色镀层腐蚀物和棕色铁锈

　　钢铁件镀镉 灰色或黑色镀层腐蚀物和棕色铁锈

　　钢铁件镀铬 棕色铁锈

　　铜镀银 绿色铜锈

　　铜镀锡 灰色镀层腐蚀物和绿色铜锈

　　采用这种方法的标准有：JB4159-1999《热带电工产品通用技术规定》；GJB4.11-1983《船舶电子设备环境实验盐雾实验》；GB/T4288-2023《家用电动洗衣机》等

　　2．按照腐蚀面积的比例进行表述

　　这种方法适应于平板状样品。假如实验时间较短或样品外形复杂，腐蚀面积较难测定。

　　采用这种方法的标准有：GB/T6461-2023《金属基体上金属和其它无机覆盖层经腐蚀实验后的试样和试件的评级》等。

　　GB/T6461-2023的计算公式：

　　式中：A：腐蚀覆盖面积占总面积的百分数；R：保护等级(见表6)，分为0～10级。

　　表6：R—保护等级表

　　A 等级 A 等级

　　无缺陷 10 2.5bjected to Atmospheric Exposure》等。

　　这种方法以5×5(mm)作为一个小方格，把试样重要表面划分为很多个小方格，计算试样的腐蚀率，腐蚀率的分级见表7。

　　表7：腐蚀率分级表

　　腐蚀率% 等级 腐蚀率% 等级

　　0 10 ≤8 4

　　≤0.25 9 ≤16 3

　　≤0.5 8 ≤32 2

　　≤1 7 ≤64 1

　　≤2 6 ＞64 0

　　≤4 5

　　ASTM B537-1970计算公式：腐蚀率= 。

　　式中：腐蚀率以百分数表达(%)；n:出现腐蚀点的小方格数量；N:试样表面积划分为小方格的总和。

　　4．按照重量增减进行表述

　　这种方法是根据腐蚀物会导致样品重量发生变化，称量样品在实验前后重量变化，分为失重法和增重法。这两种方法所用的通常都是平板状样品。

　　失重法就是使用可以溶解腐蚀物，同时对样品自身又不起化学反映的化学溶剂，把实验后样品上的腐蚀物溶解掉，让实验后样品的重量比实验前轻的一种表述方法。失重法的表达方法为：实验后单位试样面积失去重量的数值。

　　增重法直接测量实验后单位试样面积增长重量的数值。

　　5．按照经验划分腐蚀限度进行表述

　　这种方法是根据实际工作经验对盐雾实验后的样品划分腐蚀限度，是一种很粗糙的表述方法。通常使用下列表述语句：腐蚀非常严重、腐蚀严重、中档腐蚀、轻微腐蚀、很轻微的腐蚀、外观良好等。

　　四、结束语

　　盐雾实验是考核产品或材料抗盐雾腐蚀能力的重要手段，实验结果的科学性、合理性至关重要。影响盐雾实验结果稳定性和一致性的因素很多，要提高盐雾实验结果的有效性，实验技术是关键。因此实验人员不仅需要具有扎实的专业知识和专业技能，还需要丰富的实践经验和对产品的全面了解，从化学和环境工程、材料、结构和工艺等多学科领域去结识盐雾实验，科学合理地表述实验结果，更好地为产品选材、结构设计、工艺选择、产品运送存贮及使用提供有效的信息，提高产品或材料的抗盐雾腐蚀能力。

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　　14. JB4159-1999《热带电工产品通用技术规定》

　　15. GJB4.11-1983《船舶电子设备环境实验盐雾实验》

　　16. GB/T4288-2023《家用电动洗衣机》

　　17. GB/T2423.17-93《电工电子产品基本环境实验规程 实验Ka：盐雾实验方法》

　　18. IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSIO