腐蝕對金屬材料造成大的直接損失。據一些統計,世界上每年約有1億噸金屬被腐蝕和丟棄,占年產量的20%~40%。而且隨著工業化的進程,腐蝕問題越來越嚴重。美國的腐蝕消耗(材料消耗和腐蝕)1949年為50億美元,1975年為700億美元,1985年為1680億美元,比1949年高出80多倍。據估計,世界上因腐蝕而報廢的鋼鐵設備相當于年產量的30%。顯然,金屬構件的破壞價值遠大于金屬材料的價值;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%;美國每年因腐蝕多消耗3.4%的能源;中國每年因腐蝕造成的經濟損失至少有200億。腐蝕的大危害不僅體現在經濟損失上,還帶來了重大的人員傷亡、環境污染、資源浪費,阻礙了新技術的發展,促進了自然資源的流失。
鹽霧腐蝕背景及機理
腐蝕是材料或其性能在環境作用下的破壞或退化。大部分腐蝕發生在大氣中,大氣中含有腐蝕成分和氧、濕度、溫度變化、污染物等腐蝕因素。
鹽霧腐蝕是一種常見且具破壞性的大氣腐蝕。鹽霧是指氯化物的大氣,其主要腐蝕成分是氯化鈉。金屬材料表面鹽霧腐蝕是由氯離子滲透金屬表面氧化層和保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和能量,容易被金屬表面的孔隙和裂紋吸收,置換和置換氯化物層中的氧,將不溶性氧化物變為可溶性氯化物,使被動表面變為主動表面,對產品產生極其不良的不良反應。
陽極:金屬失去電子,變成金屬陽離子,以水合離子的形式進入溶液,同時在金屬中留下等價的電子。
陰極:留在陰極金屬中的剩余電子被氧去極化,還原吸收,成為氫氧根離子。
電解質:氯化鈉解離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形成金屬腐蝕產物。
2Me2++2Cl-+2OH-→MeCl2 Me(OH)2
鹽霧腐蝕危害
1)鹽霧腐蝕會破壞金屬保護層,使其失去裝飾性,降機械強度;
2)部分電子元器件和電路被腐蝕中斷,特別是在振動環境下;
3)當鹽霧落在絕緣子表面時,表面電阻會降;絕緣子吸收鹽溶液后,其體積電阻會降4個數量級;
4)機械部件或運動部件的運動部件因腐蝕而增加摩擦,導致運動部件被卡住。
金屬材料的鹽霧腐蝕試驗
鹽霧試驗可分為自然環境暴露試驗和人工加速模擬環境試驗。后者利用鹽霧試驗箱在其容積空間內人工創造鹽霧環境,以評估產品的耐鹽霧腐蝕質量。
與自然環境相比,鹽霧環境中氯化物的鹽濃度可以比一般自然環境高幾倍或幾十倍,大大提高了腐蝕速率,大大縮短了鹽霧試驗獲得結果的時間。如果產品樣品在自然暴露環境中測試,可能需要1年才能腐蝕,而在人工模擬鹽霧環境下,24小時才能得到類似的結果。但是人工加速模擬試驗還是和自然環境不同,無法替代。
適用范圍
1)鋼表面鍍銅+鍍鎳+鍍鉻或鍍鎳+鍍鉻;
2)在銅或銅合金表面鍍鎳鍍鉻;
3)300系列或400系列不銹鋼表面鍍鎳+鉻;
4)在鋁或鋁合金表面鍍銅+鎳+鉻;
5)在鋅合金表面鍍銅+鎳+鉻;
6)電鍍塑料件。
鹽霧腐蝕
測試方法
1中性鹽霧試驗(NSS試驗)
它是目前應用領域廣的加速腐蝕試驗方法。采用5%氯化鈉鹽溶液,溶液的PH值調節在中性范圍(6 ~ 7)作為噴淋液。試驗溫度均為35℃,鹽霧沉降速率要求在1 ~ 2ml/80cm·h之間。
2乙酸鹽霧試驗(ASS試驗)
它是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的。就是在5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸,使溶液的PH值降到3左右,溶液變成酸性,終形成的鹽霧由中性鹽霧變成酸性。其腐蝕速度比NSS試驗快約3倍。
3銅鹽加速乙酸鹽噴霧試驗(LRHS-663P-RY)
這是國外新開發的快速鹽霧腐蝕試驗。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。其腐蝕速率約為NSS試驗的8倍。
.4交替鹽霧試驗
是綜合鹽霧試驗,其實就是中性鹽霧試驗加恒定濕熱試驗。主要用于腔體式整機產品,通過潮濕環境的滲透,鹽霧腐蝕不僅發生在產品表面,也發生在產品內部。就是在鹽霧和濕熱下交替更換產品,而后檢查整機的電氣和機械性能是否有變化。
影響因素
影響鹽霧試驗結果的主要因素包括:試驗溫度和濕度、鹽溶液濃度、樣品放置角度、鹽溶液的pH值、鹽霧沉積和噴霧方式等。
1)測試溫度和濕度
溫度和相對濕度影響鹽霧的腐蝕。金屬腐蝕的臨界相對濕度約為70%。當相對濕度達到或超過這個臨界濕度時,鹽就會潮解形成導電性好的電解質。當相對濕度降時,鹽溶液的濃度會增加,直至結晶鹽析出,腐蝕速率相應降。試驗溫度越高,鹽霧腐蝕速度越快。對于中性鹽霧試驗,大多數學者認為試驗溫度為35℃。
2)鹽溶液的濃度
鹽溶液濃度對腐蝕速率的影響與材料和涂層的類型有關。當濃度低于5%時,鋼、鎳和黃銅的腐蝕速率隨著濃度的增加而增加;當濃度大于5%時,這些金屬的腐蝕速率隨著濃度的增加而降。
3)樣品的放置角度
樣品放置角度對鹽霧試驗結果有影響。鹽霧的沉降方向接近垂直方向。樣品水平放置時,其投影面積大,樣品表面承受的鹽霧多,所以腐蝕嚴重。GB/T2423.17-93標準規定“平試樣的放置方法應使被測表面與垂直方向成30度角。
4)鹽溶液的酸堿度
鹽溶液的酸堿度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,酸性和腐蝕性越強。對鐵/鋅、鐵/鎘、鐵/銅/鎳/鉻等電鍍件的鹽霧試驗表明,酸堿度為3.0的醋酸鹽霧試驗(ASS)的腐蝕性是酸堿度為6.5 ~ 7.2的中性鹽霧試驗(NSS)的1.5 ~ 2.0倍。
結果的判斷
鹽霧試驗的目的是評估產品或金屬材料耐鹽霧腐蝕的質量,鹽霧試驗結果的判斷是對產品質量的判斷。判斷結果是否正確合理是正確衡量產品或金屬耐鹽霧腐蝕質量的關鍵。鹽霧試驗結果的判斷方法有:分級判斷法、稱重判斷法、腐蝕形貌判斷法和腐蝕數據統計分析法。
1)等級判定法:按一定方法將腐蝕面積占總面積的比例分成若干等級,以某一等級作為合格判定的依據,適用于平板樣品的評定。
2)稱重判斷法:通過腐蝕試驗前后樣品的重量變化計算失重(或增重)來判斷樣品的耐腐蝕質量,適用于評價某些金屬的耐腐蝕質量。
鹽霧腐蝕
3)腐蝕形貌的判斷方法:是一種定性的判斷方法,根據產品經過鹽霧腐蝕試驗后是否有腐蝕現象來判斷樣品,一般產品標準多采用這種方法。
4)腐蝕數據的統計分析方法:主要用于分析和統計腐蝕情況,不專門用于判斷某一特定產品的質量。