时晓蕾
阳光电源股份有限公司 安徽 合肥 230088
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。
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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。
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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C
4.2336h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）。
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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。
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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C
4.4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。
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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