三家汽車企業(yè)中性鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的比較

張斌*，章岳，楊嬌娥，陳小工

（神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

1914年，在美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)的第17 屆年會(huì)上，J.A.Capp 首次提出了中性鹽霧試驗(yàn)方法，至今已歷經(jīng)百年。該方法的最初目的是用于鑒定各種電鍍層的質(zhì)量和保護(hù)性能，其試驗(yàn)方法是將樣品放在鹽水的細(xì)霧中進(jìn)行試驗(yàn)，能夠較快地鑒別出金屬保護(hù)層的耐蝕性。

中性鹽霧試驗(yàn)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是ASTM B117–39J，于1939年由ASTM 公布實(shí)行，該試驗(yàn)方法最初應(yīng)用于檢驗(yàn)海洋環(huán)境下使用的涂層性能。隨后，中性鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)被引入到汽車行業(yè)，成為檢驗(yàn)汽車產(chǎn)品的人工加速腐蝕試驗(yàn)之一，應(yīng)用廣泛。

本文以大眾汽車(德系)、PSA 集團(tuán)(法系)和日產(chǎn)汽車(日系)3 家汽車企業(yè)的中性鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為例，從鹽溶液配制、鹽霧試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)過程控制等方面進(jìn)行了解讀和比較，探討了鹽霧試驗(yàn)操作技術(shù)，并對(duì)國內(nèi)汽車主機(jī)廠的中性鹽霧試驗(yàn)給出了技術(shù)建議，希望能有所借鑒和幫助。

1 鹽溶液的配制要求

表1為配制鹽溶液時(shí)，3 家汽車企業(yè)對(duì)NaCl、水、pH等的要求。

1.1 鹽中的雜質(zhì)

金屬的鹽霧腐蝕屬電化學(xué)腐蝕，鹽中雜質(zhì)的多少對(duì)鹽霧試驗(yàn)結(jié)果有很大影響，如：NaI 過量時(shí)，無形中會(huì)增加金屬間的電位差或使金屬形成保護(hù)表面，從而影響金屬腐蝕速率；Cu、Ni 離子具有加速腐蝕和干擾試驗(yàn)結(jié)果的作用，尤其是Ni 鍍層、Cr 鍍層，與實(shí)際條件下所得結(jié)果的對(duì)比性差，使中性鹽霧試驗(yàn)的可靠性欠佳，因此必須嚴(yán)格控制Cu、Ni 雜質(zhì)含量。

德國大眾和法國PSA 的控制內(nèi)容大致相當(dāng)，只是雜質(zhì)的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所不同，二者之間的關(guān)系相當(dāng)于分析純NaCl 與優(yōu)級(jí)純NaCl 的差異。

日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容與現(xiàn)行的GB 1266–2006《化學(xué)試劑 氯化鈉》大致相當(dāng)，但GB 1266–2006 僅對(duì)碘化物有要求，對(duì)Cu、Ni 則無要求。

1.2 試驗(yàn)用水

日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用水的要求極其嚴(yán)格，其用水標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于GB/T 6682–2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)水。這與日產(chǎn)對(duì)NaCl 中雜質(zhì)含量的要求較為寬松、需要嚴(yán)控水中的電導(dǎo)率有關(guān)。這種苛刻的試驗(yàn)用水條件將會(huì)大大增加使用日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的鹽霧試驗(yàn)成本。

表1 3 家企業(yè)對(duì)鹽溶液的配制要求Table 1 Requirements for preparation of sodium chloride solution stipulated in three companies’ standards

1.3 鹽濃度

研究資料表明，鹽溶液中NaCl 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右時(shí)，試樣的腐蝕速率最快。這是因?yàn)?，鹽溶液中的氧含量與鹽濃度有關(guān)。在低濃度時(shí)，氧含量隨鹽濃度增大而增大；當(dāng)鹽濃度增加到5%時(shí)，氧含量達(dá)到相對(duì)飽和；繼續(xù)增大鹽濃度，氧含量反而下降，氧的去極化能力也隨之下降，即腐蝕作用減弱、腐蝕速率降低。

另外，地球上海水含鹽量為1.0%～4.1%，5%的NaCl 溶液較接近海水的含鹽濃度。因此，3 家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都選用5%的鹽濃度。

1.4 溶液密度

(1)法國PSA D17 1058 中的溶液密度是1.025～1.040 g/mL，該值與ISO 9227:1990 中的要求一致，但后者已被ISO 9227:2006 中的1.029～1.036 g/mL 替代。

通過以上比較，筆者認(rèn)為，試驗(yàn)人員在執(zhí)行PSA D17 1058–2008 的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要對(duì)溶液密度進(jìn)行校正，使其與ISO 9227:2006 中的要求相一致。

(2)不能采用通過溶液密度推斷溶液濃度的方法來配制(50 ± 5)g/L 的鹽溶液，否則難以保證溶液濃度在要求范圍內(nèi)。

1.5 pH

(1)應(yīng)該監(jiān)測(cè)配制溶液的pH，還是監(jiān)測(cè)收集溶液的pH？這個(gè)問題一直有爭(zhēng)論，本文傾向于監(jiān)測(cè)配制溶液pH，只要將存放在容器中的鹽溶液封口、密閉，與空氣隔絕接觸即可。

影響配制溶液pH和收集溶液pH 的因素見表2，由于這些因素復(fù)雜和難以量化評(píng)估，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)配制溶液pH 進(jìn)行監(jiān)測(cè)更有利于試驗(yàn)操作。

表2 配制溶液pH和收集溶液pH 的影響因素Table 2 Factors affecting the pHs of as-prepared and collected salt solutions

另外，ISO 9227:2006 指出，噴霧時(shí)溶液中CO2的損失可能導(dǎo)致pH 變化，可將溶液加熱到35°C 以上時(shí)才放入鹽霧箱中，或使用新鮮的沸水配制溶液來降低溶液中CO2的含量，以免pH 發(fā)生變化。

在配制溶液時(shí)，以上做法沒有現(xiàn)實(shí)意義，既不利于實(shí)際操作，實(shí)際效果也難以評(píng)估。

(2)ISO 9227:2006 指出，如果(25 ± 2)°C 下配制溶液的pH 不在6.0～7.0 范圍內(nèi)，應(yīng)檢查鹽和/或水中是否有不需要的雜質(zhì)存在。

PSA標(biāo)準(zhǔn)要求在(23 ± 2)°C時(shí)配制溶液pH為6.0～7.5。這一范圍是否恰當(dāng)，尚需要通過大量試驗(yàn)去驗(yàn)證和推敲。

(3)在PSA 標(biāo)準(zhǔn)中，“不允許用分析純HCl、NaOH調(diào)整配制溶液的pH，pH 不合格的溶液要直接倒掉”，此要求過于苛刻，也會(huì)造成很大的浪費(fèi)。

長期的實(shí)踐證明，只要調(diào)整配制溶液pH 在要求范圍內(nèi)，即可投入使用。

2 鹽霧試驗(yàn)的工藝要求和控制要點(diǎn)

表3為3 家汽車企業(yè)對(duì)鹽霧試驗(yàn)工藝條件的要求。

表3 3 家企業(yè)鹽霧試驗(yàn)的操作要求Table 3 Operation specifications of salt spray test stipulated by three companies

2.1 鹽霧箱容積

容積不應(yīng)小于0.4 m3，若鹽霧箱容積過小，則難以保證噴霧分布的均勻性，因此非常有必要對(duì)鹽霧箱容積作出明確規(guī)定。

2.2 放置角度

在試驗(yàn)中，鹽霧垂直沉降，主要腐蝕面幾乎都發(fā)生在樣板的迎霧面上。樣板被試面與垂直方向之間的夾角越大，則樣板在水平面上的投影面積就會(huì)越大，樣板表面鹽霧沉降量也會(huì)隨之增加，使腐蝕速率加快。

樣板被試面與垂直方向之間成20° ± 5°角較為合理。如果標(biāo)準(zhǔn)中允許的角度范圍過寬，則不利于試驗(yàn)的重現(xiàn)性，試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)有很大的差別。

2.3 噴霧壓力

(1)噴霧壓力與鹽霧沉降量直接相關(guān)。噴霧壓力過高會(huì)使鹽霧沉降量增大，但使箱內(nèi)產(chǎn)生正壓力，造成氣流過分湍動(dòng)，不利于鹽霧顆粒均勻分布；噴霧壓力過低則空氣引射效果差，易產(chǎn)生鹽霧顆粒粗大、沉降量偏低的現(xiàn)象。減小噴霧壓力波動(dòng)區(qū)間，有利于提高鹽霧試驗(yàn)的重現(xiàn)性。

(2)由于鹽霧試驗(yàn)是模擬大氣環(huán)境，為盡可能地客觀真實(shí)，鹽霧箱都裝有一個(gè)平衡壓力口，以盡量保持箱內(nèi)壓力和外界大氣壓力相等。在物理意義上，1 atm=760 mmHg=101.325 kPa，相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下海平面的大氣壓。1 at(工程大氣壓)=735 mmHg=98.07 kPa，相當(dāng)于海拔200 m 處的正常大氣壓。日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中提出了一個(gè)噴霧壓力的最佳控制區(qū)間，試驗(yàn)人員可在實(shí)際操作中予以采納。

2.4 鹽霧沉降量

鹽霧沉降量是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上沉降的鹽霧量。其直接受鹽霧總量的影響，鹽霧總量越高，則沉降量越大。通常每80 cm2的沉降量應(yīng)控制在1.0～2.0 mL/h。在此范圍內(nèi)，腐蝕速率穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性好。

2.5 箱內(nèi)溫度

3種標(biāo)準(zhǔn)選定的都是(35 ± 2)°C，35°C 模擬了大多數(shù)國家夏季最高平均溫度。同時(shí)，為盡量減少試驗(yàn)溫度變化而造成的誤差，將試驗(yàn)溫度控制在設(shè)定值±2°C以內(nèi)。

2.6 加濕飽和氣室溫度

2.6.1 鹽霧箱溫度

鹽霧箱中有2 個(gè)溫度需要控制，即箱內(nèi)溫度和加濕飽和氣室溫度。這2 個(gè)溫度的控制既相互關(guān)聯(lián)，又相互獨(dú)立。箱內(nèi)溫度設(shè)定為35°C時(shí)，若加濕飽和氣室溫度仍設(shè)定為35°C，則噴霧時(shí)因管道熱損失和鹽霧溫度小于35°C，箱內(nèi)溫度均勻性會(huì)變差。因此，箱內(nèi)溫度應(yīng)以35°C為基準(zhǔn)，實(shí)際測(cè)溫偏低或偏高時(shí)，應(yīng)相應(yīng)地提高或降低加濕飽和氣室溫度。

2.6.2 飽和塔中熱水溫度

ISO 9227:2006 中給出了不同噴霧壓力下飽和塔中熱水溫度的指導(dǎo)值，具體見表4。

表4 不同噴霧壓力下飽和塔中熱水溫度的指導(dǎo)值Table 4 Reference values of temperature in saturated hot water tower under different spraying pressures

噴霧時(shí)由于壓縮空氣在噴嘴口突然膨脹，該處壓縮空氣溫度會(huì)下降，從而使剛形成的鹽霧溫度降低。因此，適當(dāng)?shù)募訚耧柡蜌馐覝囟葢?yīng)根據(jù)上表中的噴霧壓力以及噴嘴類型靈活調(diào)整。

3 對(duì)國內(nèi)汽車主機(jī)廠開展中性鹽霧試驗(yàn)的建議

3.1 現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在中性鹽霧標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)內(nèi)容、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求上，外資汽車企業(yè)開始向ISO 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)、看齊，如：德國大眾汽車EN ISO 9227:2006就等效采用了ISO 9227:2006 標(biāo)準(zhǔn)、美國通用汽車也直接采用ISO 9227:2006 標(biāo)準(zhǔn)。但還有一部分外資企業(yè)依舊在制定和執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在細(xì)節(jié)上還有不夠嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范之處，也是客觀存在的事實(shí)。

以法國PSA D17 1058–2008為例，試驗(yàn)用水和鹽溶液的控溫范圍不一致，前者為(20 ± 2)°C，后者為(23 ± 2)°C，導(dǎo)致試驗(yàn)中的操作過程脫離實(shí)際。而ISO 9227:2006 要求試驗(yàn)用水、制備鹽溶液和收集鹽溶液的溫度均為(25 ± 2)°C。

3.2 與ISO 9227:2006 相關(guān)的最新動(dòng)態(tài)

新版國標(biāo) GB/T 10125–2012等同采用 ISO 9227:2006，于2013年10月1日起開始實(shí)施。與舊版GB/T 10125–1997 相比，其主要變化如下：

(1)修改了氯化鈉溶液濃度，并對(duì)溶液的pH 調(diào)整方法做了更詳細(xì)的規(guī)定。

(2)修改鹽霧箱的容積不小于0.4 m3。

(3)修改了試樣的放置要求。

(4)增加了試驗(yàn)條件的新要求。

(5)增加了試驗(yàn)后試樣處理的方法。

新版在內(nèi)容上的更新和修訂，使整個(gè)鹽霧試驗(yàn)過程更加嚴(yán)謹(jǐn)，有利于提高試驗(yàn)重現(xiàn)性。

3.3 技術(shù)建議

建議國內(nèi)汽車主機(jī)廠可以直接執(zhí)行ISO 9227:2006標(biāo)準(zhǔn)，沒有必要亦步亦趨、完全照搬國外汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。這是因?yàn)椋?/p>

(1)從某種意義上講，控制鹽霧試驗(yàn)過程比關(guān)注試驗(yàn)結(jié)果更重要，因此，嚴(yán)謹(jǐn)選擇鹽霧試驗(yàn)參數(shù)顯得尤為重要。ISO 標(biāo)準(zhǔn)的編制比外資汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范，對(duì)國內(nèi)汽車企業(yè)而言，也會(huì)更加實(shí)用和高效。

(2)由于不能對(duì)用不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，國內(nèi)汽車主機(jī)廠統(tǒng)一采用ISO 9227:2006 標(biāo)準(zhǔn)，有利于和汽車零部件供應(yīng)商、第三方實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)開展對(duì)標(biāo)、配套和協(xié)作等工作，也有利于試驗(yàn)設(shè)備的采購和配套。

(3)ISO 9227:2006 作為一種全球性的、基礎(chǔ)性的人工加速腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用它更加符合經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)，有利于汽車企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量獲得更加廣泛的認(rèn)同。

4 結(jié)語

嚴(yán)格控制鹽霧試驗(yàn)過程是提高試驗(yàn)重現(xiàn)性的關(guān)鍵。另外，由于不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果不能進(jìn)行比較，為便于和零部件供應(yīng)商、第三方實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)開展配套、協(xié)作，建議國內(nèi)汽車主機(jī)廠優(yōu)先采用ISO 9227:2006。