腐蝕是一個電化學(xué)過程,可以把精煉的金屬變成自然的氧化狀態(tài)。大氣腐蝕發(fā)生在金屬表面的那層水膜里。水膜可能很薄以至于肉眼很難看清。
1.氧化膜:在鋁,鈦,鋅,不銹鋼等金屬上自發(fā)形成氧化膜
2.電鍍
3.有機(jī)涂層(涂料)
4.鍍鋅-熱鍍鋅或電鍍工藝
大氣腐蝕具有復(fù)雜性,會形成不同類型的腐蝕情況。
1.全面或“自由”腐蝕
相對均勻的腐蝕通常會隨著時間下降腐蝕速度
2.電偶腐蝕
發(fā)生在兩種不同的金屬中。如在鋁和鋼中,通過犧牲活潑金屬(鋁)來保護(hù)不活潑金屬(不銹鋼)
3.縫隙腐蝕
發(fā)生在縫隙處,相對于鄰近區(qū)域由于氧有限導(dǎo)致的局部腐蝕
4.點蝕
5.膜下腐蝕
促進(jìn)腐蝕的環(huán)境因素:水,氧,離子(如氯離子,硫酸根離子等等)
固態(tài)鹽晶體從空氣中吸收了足夠的水分,變成電解質(zhì)的過程。只要空氣足夠潮濕,所有可溶性鹽都會發(fā)生潮解。
常用的潮解點如下:其中氯化鉀,氯化鈉,氯化鈣是鹽霧腐蝕實驗常用的鹽。
Salt | DRH |
氯化鉀(KCl) | 85% |
硫酸銨(NH4)2SO4 | 81% |
氯化鈉(NaCl) | 76% |
硝酸鈉(NaNO3) | 74% |
氯化鎂(MgCl2) | 33% |
氯化鈣(CaCl2) | 31% |
如果環(huán)境的相對濕度高于以上數(shù)值,鹽就會潮解。
如圖所示,在一天24小時內(nèi),金屬件在不同的相對濕度下不同的鹽的潮解情況:
把鋁和鋼材連接一起,研究鋁和鋼材的電偶腐蝕,研究相對濕度和腐蝕的關(guān)系。
如圖所示,在鋼鋁結(jié)構(gòu)件上放在氯化鈉,可以看到在干燥狀態(tài)下(RH≤50%),鋼鋁結(jié)構(gòu)上沒有發(fā)生氯化鈉腐蝕情況,當(dāng)相對濕度在50%到76%的時候,沒有形成連續(xù)的薄液層,電偶腐蝕還未形成,但鋼和鋁各自都發(fā)生了腐蝕,濕度繼續(xù)增加到76%以上,這時均勻的電解液形成,電偶腐蝕產(chǎn)生,鋁被腐蝕,鋼被鋁保護(hù),沒有被腐蝕。
常見的鹽霧腐蝕測試的標(biāo)準(zhǔn)有Prohesion,ASTM B117,ASTM G85,BS 3900 F4/F9,DIN 50.021,ISO 9227,GB/T 10125等等。
1914年,首次提出了鹽霧測試,使用的是20%的氯化鈉
1939年,中性鹽霧標(biāo)準(zhǔn)ASTM B117發(fā)布,ASTM B117是當(dāng)今廣泛使用的腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。
主要用于質(zhì)量控制和金屬/轉(zhuǎn)換涂層。
ASTM B117在35℃的時候使用了5%的氯化鈉噴霧,細(xì)霧(通過壓縮空氣細(xì)化)間接噴到樣品上,ASTM B117具有很好的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性。
持續(xù)鹽霧的局限性
●對于大部分環(huán)境模擬較差
●通常產(chǎn)生和實際環(huán)境不符的腐蝕產(chǎn)物
●和戶外腐蝕較差的排序相關(guān)性
60年代,英國開發(fā)了prohesion,改進(jìn)了測試方法,在鹽霧試驗中加入了干燥,使用稀氯化鈉和硫酸銨溶液,鹽霧和干燥交替進(jìn)行,prohesion試驗非常適用于工業(yè)防護(hù)涂料的檢測。
Prohesion鹽霧測試的局限性
●較差的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性
●在汽車行業(yè)較差的相關(guān)性
●沒有相對濕度控制的變通做法
80年代,當(dāng)涂層因為紫外照射而老化時,它抵抗腐蝕的作用也在下降,由此提出腐蝕老化交替循環(huán)測試,一周進(jìn)行prohesion試驗,一周適用QUV進(jìn)行紫外老化試驗,在兩個試驗箱中,人工輪換樣品。
如下圖,適用QUV紫外老化試驗箱和Q-FOG鹽霧箱對三種產(chǎn)品進(jìn)行腐蝕/老化交替循環(huán)測試,與這三種產(chǎn)品27個月自然戶外腐蝕的情況進(jìn)行對比。
從圖中可以看出,在劃痕處,QUV+F-FOG進(jìn)行的腐蝕/老化交替循環(huán)測試可以很好的模擬戶外對這三種產(chǎn)品的腐蝕情況。
第一代汽車循環(huán)腐蝕測試經(jīng)歷鹽霧→干燥→潮濕三個階段,在干燥之后濕潤樣品重新開始腐蝕。第一代循環(huán)汽車標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境條件總結(jié)如下:
第一代汽車循環(huán)腐蝕測試的局限性---很差的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性
●缺乏全面的濕度可控功能
功能局限在高濕,干燥,不可控的實驗室環(huán)境
在濕度轉(zhuǎn)換階段不可控
不同樣品的干燥速率
沒有在潮解點附近的濕度階段
●緩慢的鹽霧過程
干燥和重新濕潤樣品的時間很短
現(xiàn)代汽車腐蝕測試有以下的特點
-鹽霧有時被直接的噴淋取代
●快速使得樣品潮濕 vs. 噴霧
●直接噴淋會沖洗掉之前步驟留下的鹽
-明確相對濕度控制 (不僅僅是環(huán)境溫濕度,高濕或者干燥)
-轉(zhuǎn)換時間可控
Q-FOG CRH型鹽霧試驗箱具有噴淋功能,可以很好的模擬汽車腐蝕試驗。
Q-FOG CRH循環(huán)腐蝕鹽霧箱的高容量噴淋比傳統(tǒng)的噴霧快,且可以控制噴淋容量來調(diào)節(jié)腐蝕速率。
在現(xiàn)代汽車腐蝕測試的標(biāo)準(zhǔn)中,Toyota TSH1555G,VDA 621-415,Renault D17 2028采用的是噴霧形式,而GMW 14872,Volvo VCS-1027, 14 & 149,Volvo VCS 423-0014,ISO 16701和Ford CETP 00.00-L-467采用的是直接噴淋形式。
在不同的切換時間和升溫速度下,產(chǎn)品受腐蝕的時間及程度大不相同。下圖介紹在不同的升溫過程中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕情況,在快速升溫的時候,鋼發(fā)生腐蝕反應(yīng)需要0.5小時,鋁發(fā)生腐蝕反應(yīng)需要4小時,而在緩慢升溫的情況下,鋼發(fā)生腐蝕反應(yīng)需要1.75小時,鋁發(fā)生腐蝕反應(yīng)需要3小時。
現(xiàn)代汽車腐蝕標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境條件總結(jié)
對腐蝕測試的驗證主要有以下三種:失重,沉積量和均勻性,獨立的溫濕度驗證
大氣腐蝕是復(fù)雜的,戶外腐蝕測試包括完整的標(biāo)準(zhǔn)方法和有用的環(huán)境模型,實驗室腐蝕測試有100年的歷史,最近幾年才成熟,現(xiàn)代腐蝕方法相比過去需要很高的技術(shù)支持,并且需要有力的驗證措施來保證準(zhǔn)確的測試結(jié)果。來自美國Q-LAB的Q-FOG可以很好的重現(xiàn)戶外幾個月或幾年才能發(fā)生的腐蝕,Q-FOG SSP型鹽霧箱適用于prohesion試驗或傳統(tǒng)鹽霧試驗,CCT型鹽霧箱適用于腐蝕研究和100%濕度要求的汽車循環(huán)腐蝕試驗,Q-FOG CRH型鹽霧箱適用于腐蝕研究和帶相對濕度控制的汽車循環(huán)腐蝕試驗等等。
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