中性鹽霧試驗(yàn)溶液控制及腐蝕量研究

沈 強(qiáng)，金 鋒 （上海華測品正檢測技術(shù)有限公司，上海 201100）

0 引言

中性鹽霧試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)金屬油漆件、鍍鋅件、緊固件等汽車零部件產(chǎn)品的防腐蝕性能。

中性鹽霧試驗(yàn)在連續(xù)的測試過程中，需要定期添加新的鹽溶液，其設(shè)備腐蝕性能的持續(xù)穩(wěn)定與鹽溶液的質(zhì)量至關(guān)重要，配制前需要保證原材料氯化鈉和水的質(zhì)量符合要求，配制時(shí)必須保證溶液的pH和相對密度符合要求，同時(shí)還必須保證試驗(yàn)后鹽霧箱內(nèi)收集液的量以及pH、相對密度達(dá)到要求。

中性鹽霧試驗(yàn)鹽溶液要求按照（50±5）g/L配制，5份鹽加95份水，pH控制在6.0～7.0之間，實(shí)際調(diào)配時(shí)，溶液pH較難穩(wěn)定，每次新的溶液配制質(zhì)量較難統(tǒng)一，得到持久穩(wěn)定的測試溶液的方式方法至關(guān)重要。

而測試過程中受到設(shè)備結(jié)構(gòu)，如加熱方式、加熱區(qū)域、保溫性能不同等因素的影響，收集液的pH和相對密度也會(huì)因此產(chǎn)生不同。何種設(shè)備結(jié)構(gòu)才能得到更加容易控制的收集液pH和相對密度，以及因不同設(shè)備造成的收集液質(zhì)量不同，對腐蝕量的影響如何？本研究將基于常規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》和ISO 9227—2017《人工大氣中的腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》的要求，探討以上問題，并基于此給出一個(gè)合適的控制方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和耗材

1.1.1 鹽霧試驗(yàn)箱

BCX4000，美 國ATLAS公 司；S2000ip，英 國ASCOTT公司，AT1300ip，英國ASCOTT公司；DCTC 2300P，意大利ACS公司。

1.1.2 檢驗(yàn)設(shè)備

pH計(jì)，PHSJ-6L，雷磁；密度計(jì)，Densito，梅特勒-托利多；電導(dǎo)率儀，DDSJ 308F，雷磁。

1.1.3 參比試樣

依據(jù)GB/T 10125—2012，定期使用參比試樣來評價(jià)鹽霧箱的腐蝕性能。要求在48 h的中性鹽霧后，鋼參比試樣的質(zhì)量損失在（70±20）g/m2。

參比試樣：材質(zhì)為ISO 3574—2012 CR4冷軋鋼板；尺寸為150 mm×75 mm×（1.0±0.2）mm；表面粗糙度Ra（0.8±0.3）μm。

1.1.4 氯化鈉和去離子水

氯化鈉，GR優(yōu)級純，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.8 %；去離子水，電導(dǎo)率＜ 20 μS/cm。

1.2 鹽溶液的控制要求

鹽溶液的控制要求見表1。

表1 GB/T 10125—2012 & ISO 9227—2017標(biāo)準(zhǔn)對溶液相對密度和pH的要求Table 1 GB/T 10125—2012 & ISO 9227—2017 standard requirements for specific gravity and pH of solution

GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017作為國內(nèi)汽車行業(yè)使用或者參考最多的測試標(biāo)準(zhǔn)，其對鹽溶液的控制要求，相對于ASTM B117—2019和部分國外車企標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

1.3 溶液配制及控制

配制鹽溶液，按照標(biāo)準(zhǔn)要求比例添加即可得到要求濃度的鹽水，但是pH調(diào)節(jié)需要嚴(yán)格控制。當(dāng)5 kg氯化鈉和95 kg去離子水混合后，初始pH為5.398，添加約7 mL 1 mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH，采用諸如：手動(dòng)攪拌、機(jī)械攪拌、抽液泵內(nèi)循環(huán)方式攪拌（見圖1a～圖1c）使溶液pH始終維持在9.0以上，極難下降。減少NaOH的加入量，使用上述方式攪拌，pH依然維持在9.0以上。

圖1 不同的攪拌方式Figure 1 Different stirring methods

實(shí)驗(yàn)室更換攪拌混合方式，在鹽水桶底部通入無水、無油的壓縮空氣，通過壓縮空氣的鼓泡上涌，起到攪拌鹽水的作用（見圖1d），當(dāng)通氣時(shí)間在30 min以上后，測得此時(shí)pH達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（表2）。使用此溶液，每天監(jiān)控1次，在使用周期內(nèi)pH始終在要求范圍內(nèi)且未出現(xiàn)較大波動(dòng)（表3）。

表2 不同攪拌方式對pH的影響Table 2 pH value obtained by different mixing methods

表3 測試液pH持續(xù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)Table 3 Continuous monitoring data of pH of test solution

使用壓縮空氣鼓泡方式的同時(shí)，要考慮是否會(huì)在溶液中引入雜質(zhì)，如果雜質(zhì)被引入，則電阻值會(huì)變大，電導(dǎo)率也會(huì)變大。為驗(yàn)證通氣方式是否引入額外物質(zhì)而造成鹽水質(zhì)量的變化，采用電導(dǎo)率儀測量通氣前后鹽水的電導(dǎo)率，并單獨(dú)對去離子水通氣，確保去離子水的電導(dǎo)率依然符合標(biāo)準(zhǔn)用水≤20 μS/cm的要求（表4）。

表4 鹽溶液和去離子水通氣前后的電導(dǎo)率Table 4 Conductivity data of salt solution and deionized water before and after mixing with air

1.4 收集液的控制

收集液的pH一般略高于測試液，當(dāng)通過上述方式控制測試液的pH時(shí)，其收集液的pH也能相應(yīng)地控制在6.5～7.2。

但是沉降收集液的相對密度受設(shè)備結(jié)構(gòu)影響較大，結(jié)構(gòu)及工作模式不同的設(shè)備，其相對密度的控制范圍也不同。其影響因素主要為保溫方式和加熱方式。

1.4.1 保溫方式對相對密度的影響

DCTC 2300P鹽霧試驗(yàn)箱的箱蓋為亞克力透明材質(zhì)，該類設(shè)備在實(shí)際使用時(shí)收集液pH都在范圍內(nèi)，但相對密度高于1.036，當(dāng)在亞克力箱蓋上覆蓋一層保溫層后，其收集液相對密度可以控制在1.029～1.036的要求范圍內(nèi)。設(shè)備保溫性能不好，會(huì)因內(nèi)外溫差在箱蓋內(nèi)壁形成冷凝，鹽水中的水分凝結(jié)在箱蓋上，留下相對密度較大的鹽霧形成沉降液。

1.4.2 加熱方式對相對密度的影響

加熱方式對相對密度的影響見表5。

表5 加熱方式對相對密度的影響Table 5 Influence of heating mode on specific gravity

ATLAS BCX4000的加熱裝置在設(shè)備內(nèi)部，測試時(shí)測試箱內(nèi)底部充滿水，加熱管通過加熱底部水使得溫度達(dá)到設(shè)定值，此種加熱方式也是目前大多數(shù)國產(chǎn)鹽霧箱的加熱方式。但是底部水槽加熱的方式必然產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣和鹽霧混合最終造成沉降液的相對密度低于1.029。

關(guān)閉進(jìn)水閥排空箱底部水，僅通過加熱管加熱，同時(shí)覆蓋保溫層，沉降液相對密度達(dá)到1.029～1.036。

ASCOTT采用設(shè)備底部和側(cè)壁同時(shí)加熱的方式，造成試驗(yàn)箱內(nèi)四壁局部溫度略高，鹽霧液體中部分水分被蒸發(fā)分離，隨排霧孔排出箱外，留下的鹽霧濃度增加，形成沉降液相對密度＞1.036。通過技術(shù)手段關(guān)閉側(cè)壁加熱后，其收集液相對密度即可達(dá)到1.029～1.036（表6）。

表6 設(shè)備結(jié)構(gòu)改變前后沉降液相對密度的變化Table 6 Specific gravity change of collected solution before and after equipment structure change

2 結(jié)果與討論

中性鹽霧試驗(yàn)是一個(gè)需要持續(xù)消耗鹽溶液的試驗(yàn)過程，當(dāng)大批量配制鹽溶液時(shí)，一個(gè)簡便且快速的配制方式是必須的，否則將會(huì)給試驗(yàn)過程增加過多可變因素和質(zhì)控成本。通氣方式攪拌鹽溶液可以解決試驗(yàn)過程的鹽水供給和質(zhì)量控制問題。

隨著鹽溶液被經(jīng)過飽和塔充分濕潤的壓縮空氣釋放，再經(jīng)受箱內(nèi)溫度和保溫效果等因素的影響，沉降收集液的相對密度必然產(chǎn)生一定的波動(dòng)。對于部分設(shè)備收集液的相對密度不符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017要求的情況，可以通過合適的方式方法來達(dá)到要求。

而通過標(biāo)準(zhǔn)中的評價(jià)鹽霧箱腐蝕性能的方法得出的質(zhì)量損失結(jié)果，雖然因設(shè)備結(jié)構(gòu)不同會(huì)造成不同的沉降收集液相對密度數(shù)值，但是其設(shè)備腐蝕性能依然在標(biāo)準(zhǔn)允許的質(zhì)量損失范圍內(nèi)，并未產(chǎn)生太大變動(dòng)。

GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017要求的沉降收集液相對密度維持在1.029～1.036是偏嚴(yán)苛的。而ASTM B117—2009、通用GMW 3286、沃爾沃VCS 5711，1029等部分標(biāo)準(zhǔn)對收集液的相對密度都做了相應(yīng)的放寬（表7）。

表7 部分標(biāo)準(zhǔn)中性鹽霧試驗(yàn)收集液相對密度要求Table 1 Specific gravity requirements of collected solution for NSS test in part of the standards

通過上述數(shù)據(jù)內(nèi)容，既為實(shí)驗(yàn)人員在中性鹽霧的試驗(yàn)過程中提供必要的控制手段，也為其判斷沉降液相對密度是否滿足要求提供必要的數(shù)據(jù)參考。

表8 中性鹽霧試驗(yàn)各類型設(shè)備參比試樣質(zhì)量損失數(shù)據(jù)Table 8 Mass loss data of reference samples for various types of equipment in neutral salt spray test