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金屬材料的鹽霧腐蝕檢測

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金屬材料的鹽霧腐蝕檢測

發布日期:2019-11-02 作者: 點擊:

1 前言

腐蝕給金屬材料造成的直接損失巨大。有人統計每年全世界腐蝕報廢的金屬約一億噸,占年產量的20%~40%。而且隨著工業化的進程,腐蝕問題日趨嚴重化,美國1949年腐蝕消耗(材料消耗和腐蝕)為50億美元,1975年達700億美元,到1985年高達1680億美元,與1949年相比增加了80餘倍。估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備相當於年產量的30%。顯然,金屬構件的毀壞,其價值遠比金屬材料的價值大的多;發達國家每年因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的2%~4%;美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源;我國每年因腐蝕造成的經濟損失至少達二百億。腐蝕的巨大危害不僅體現在經濟損失上,它還會帶來慘重的人員傷亡、環境汙染、資源浪費、阻礙新技術的發展、促進自然資源的損耗。

2 鹽霧腐蝕背景及機理

腐蝕是材料或其性能在環境的作用下引起的破壞或變質。大多數的腐蝕發生在大氣環境中,大氣中含有氧氣、濕度、溫度變化和汙染物等腐蝕成分和腐蝕因素。

鹽霧腐蝕是一種常見和有破壞性的大氣腐蝕。其中鹽霧是指氯化物的大氣,它的主要腐蝕成分是氯化鈉。鹽霧對金屬材料表麵的腐蝕是由於氯離子穿透金屬表麵的氧化層和防護層與內部金屬發生電化學反應引起的。同時,氯離子含有一定的水合能,易被吸附在金屬表麵的孔隙、裂縫排擠並取代氯化層中的氧,把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物,使鈍化態表麵變成活潑表麵,造成對產品的不良反應。

陽極:金屬失去電子而變成金屬陽離子,並以水化離子的形式進入溶液,同時把相當的電子留在金屬中。

Me+nH2O →Me2+· nH2O+2e-

陰極:留在陰極金屬中的剩餘電子,被氧去極化,還原並吸收電子,成為氫氧根離子。

O2+nH2O+4e- →4OH-

電解液:氯化鈉離解而生成鈉離子和氯離子,部分氯離子、金屬離子和氫氧根離子反應成金屬腐蝕物。

2Me2++2Cl-+2OH-→MeCl2·Me(OH)2

3 鹽霧腐蝕危害

1) 鹽霧腐蝕會破壞金屬保護層,使它失去裝飾性,降低機械強度;

2) 一些電子元器件和電器線路,由於腐蝕而造成電源線路中斷,特別是在有振動的環境中,尤為嚴重;

3) 當鹽霧降落在絕緣體表麵時,將使表麵電阻降低;絕緣體吸收鹽溶液後,它的體積電阻將降低四個數量級;

4) 機械部件或運動部件的活動部位由於腐蝕物的產生,而增加摩擦力以至造成運動部件被卡死。

4 金屬材料鹽霧腐蝕檢測試驗

鹽霧試驗分為天然環境暴露試驗和人工加速模擬環境試驗,後者是利用鹽霧試驗箱,在其容積空間內用人工的方法,製造鹽霧環境來對產品的耐鹽霧腐蝕性能質量進行考核。

與天然環境相比,其鹽霧環境的氯化物的鹽濃度,可以是一般天然環境鹽霧含量的幾倍或幾十倍,使腐蝕速度大大提高,對產品進行鹽霧試驗,得出結果的時間也大大縮短。如在天然暴露環境下對某產品樣品進行試驗,待其腐蝕可能要1年,而在人工模擬鹽霧環境條件下試驗,隻要24小時,即可得到相似的結果。但人工加速模擬試驗仍然與天然環境不同,因而也不能代替。

4.1 試驗設備

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圖1 某鹽霧試驗箱結構圖

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圖2 某鹽霧試驗設備

4.2 適用範圍

1) 鋼鐵表麵鍍銅+鎳+鉻或鎳+鉻;

2) 銅或銅合金表麵鍍鎳+鉻;

3) 300係列或400係列不鏽鋼表麵鍍鎳+鉻;

4) 鋁或鋁合金表麵鍍銅+鎳+鉻;

5) 鋅合金表麵鍍銅+鎳+鉻;

6) 塑膠電鍍件。

4.3 試驗方法

4.3.1 中性鹽霧試驗(NSS試驗)

采用5%的氯化鈉鹽水溶液,溶液PH值調在中性範圍(6~7)作為噴霧用的溶液。試驗溫度均取35℃,要求鹽霧的沉降率在1~2ml/80cm·h之間。

4.3.2 醋酸鹽霧試驗(ASS試驗)

是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的。它是在5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸,使溶液的PH值降為3左右,溶液變成酸性,鹽霧也由中性鹽霧變成酸性。它的腐蝕速度要比NSS試驗快3倍左右。

4.3.3 銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(LRHS-663P-RY)

是國外新近發展起來的一種快速鹽霧腐蝕試驗,試驗溫度為50℃,鹽溶液中加入少量銅鹽—氯化銅,強烈誘發腐蝕。它的腐蝕速度大約是NSS試驗的8倍。

4.3.4 交變鹽霧試驗

是一種綜合鹽霧試驗,它實際上是中性鹽霧試驗加恒定濕熱試驗。它主要用於空腔型的整機產品,通過潮態環境的滲透,使鹽霧腐蝕不但在產品表麵產生,也在產品內部產生。它是將產品在鹽霧和濕熱兩種環境條件下交替轉換,考核整機產品的電性能和機械性能有無變化。

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圖3 GB/T 10125中4種鹽霧測試方法的對比

4.4 影響因素

影響鹽霧試驗結果的主要因素包括:試驗溫濕度、鹽溶液的濃度、樣品放置角度、鹽溶液的pH值、鹽霧沉降量和噴霧方式等。

1) 試驗溫濕度

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溫度和相對濕度影響鹽霧的腐蝕作用。金屬腐蝕的臨界相對濕度大約為70%。當相對濕度達到或超過這個臨界濕度時,鹽將潮解而形成導電性能良好的電解液。當相對濕度降低,鹽溶液濃度將增加直至析出結晶鹽,腐蝕速度相應降低。試驗溫度越高鹽霧腐蝕速度越快。對於中性鹽霧試驗,大多數學者認為試驗溫度選在35℃較為恰當。

2) 鹽溶液的濃度

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鹽溶液的濃度對腐蝕速度的影響與材料和覆蓋層的種類有關。濃度在5%以下時鋼、鎳、黃銅的腐蝕速度隨濃度的增加而增加;當濃度大於5%時,這些金屬的腐蝕速度卻隨著濃度的增加而下降。

3) 樣品的放置角度

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樣品的放置角度對鹽霧試驗的結果有明顯影響。鹽霧的沉降方向是接近垂直方向的,樣品水平放置時,它的投影麵積最大,樣品表麵承受的鹽霧量也最多,因此腐蝕最嚴重。GB/T2423.17-93標準規定“平板狀樣品的放置方法,應該使受試麵與垂直方向成30度角。

4) 鹽溶液的pH值

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鹽溶液的pH值是影響鹽霧試驗結果的主要因素之一。pH值越低,溶液中氫離子濃度越高,酸性越強腐蝕性也越強。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等電鍍件的鹽霧試驗表明, 鹽溶液的pH值為3.0的醋酸鹽霧試驗(ASS)的腐蝕性比pH值為6.5~7.2的中性鹽霧試驗(NSS)嚴酷1.5~2.0倍。

5) 鹽霧沉降量和噴霧方式

6) 試驗的持續時間

4.5 結果判定

鹽霧試驗的目的是為了考核產品或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質量,而鹽霧試驗結果判定正是對產品質量的宣判,它的判定結果是否正確合理,是正確衡量產品或金屬抗鹽霧腐蝕質量的關鍵。鹽霧試驗結果的判定方法有:評級判定法、稱重判定法、腐蝕物出現判定法、腐蝕數據統計分析法。

1) 評級判定法:把腐蝕麵積與總麵積之比的百分數按一定的方法劃分成幾個級別,以某一個級別作為合格判定依據,適合於平板樣品評價。

2) 稱重判定法:通過對腐蝕試驗前後樣品的重量變化,計算出受腐蝕損失的重量(或增重)來對樣品耐腐蝕質量進行評判,適用於對某種金屬耐腐蝕質量進行考核。

3) 腐蝕物出現判定法:是一種定性的判定法,它以鹽霧腐蝕試驗後產品是否產生腐蝕現象來對樣品進行判定,一般產品標準中大多采用此方法。

4) 腐蝕數據統計分析法:主要用於分析、統計腐蝕情況,而不是具體用於某一具體產品的質量判定


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關鍵詞:腐蝕,鹽霧腐蝕,金屬材料

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