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一文读懂——金属材料的盐雾腐蚀检测

2019-06-14 09:26 作者:wlgc0812 来源:有色金属结构材料 浏览:

摘要:一文读懂——金属材料的盐雾腐蚀检测...

   一文读懂——金属材料的盐雾腐蚀检测

1

前言

 

腐蚀给金属材料造成的直接损失巨大。有人统计每年全世界腐蚀报废的金属约一亿吨,占年产量的20%~40%。而且随着工业化的进程,腐蚀问题日趋严重化,美国1949年腐蚀消耗(材料消耗和腐蚀)为50亿美元,1975年达700亿美元,到1985年高达1680亿美元,与1949年相比增加了80余倍。估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备相当于年产量的30%。显然,金属构件的毁坏,其价值远比金属材料的价值大的多;发达国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的2%~4%;美国每年因腐蚀要多消耗3.4%的能源;我国每年因腐蚀造成的经济损失至少达二百亿。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上,它还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。

2

盐雾腐蚀背景及机理

 

腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质。大多数的腐蚀发生在大气环境中,大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。

 

盐雾腐蚀是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。其中盐雾是指氯化物的大气,它的主要腐蚀成分是氯化钠。盐雾对金属材料表面的腐蚀是由于氯离子穿透金属表面的氧化层和防护层与内部金属发生电化学反应引起的。同时,氯离子含有一定的水合能,易被吸附在金属表面的孔隙、裂缝排挤并取代氯化层中的氧,把不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物,使钝化态表面变成活泼表面,造成对产品极坏的不良反应。

 

阳极:金属失去电子而变成金属阳离子,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中。

 

Me+nH2O →Me2+· nH2O+2e-

 

阴极: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+nH2O+4e- →4OH-

 

电解液:氯化钠离解而生成钠离子和氯离子,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

3

盐雾腐蚀危害

 

1)盐雾腐蚀会破坏金属保护层,使它失去装饰性,降低机械强度;

 

2)一些电子元器件和电器线路,由于腐蚀而造成电源线路中断,特别是在有振动的环境中,尤为严重;

 

3)当盐雾降落在绝缘体表面时,将使表面电阻降低;绝缘体吸收盐溶液后,它的体积电阻将降低四个数量级;

 

4)机械部件或运动部件的活动部位由于腐蚀物的产生,而增加摩擦力以至造成运动部件被卡死。

 

4

金属材料盐雾腐蚀检测试验

 

盐雾试验分为天然环境暴露试验和人工加速模拟环境试验,后者是利用盐雾试验箱,在其容积空间内用人工的方法,制造盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。

 

与天然环境相比,其盐雾环境的氯化物的盐浓度,可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍,使腐蚀速度大大提高,对产品进行盐雾试验,得出结果的时间也大大缩短。如在天然暴露环境下对某产品样品进行试验,待其腐蚀可能要1年,而在人工模拟盐雾环境条件下试验,只要24小时,即可得到相似的结果。但人工加速模拟试验仍然与天然环境不同,因而也不能代替。

 

4.1 试验设备

图1 某盐雾试验箱结构

图2 某盐雾试验设备

 

4.2适用范围

 

1)钢铁表面镀铜+镍+铬或镍+铬;

 

2)铜或铜合金表面镀镍+铬;

 

3)300系列或400系列不锈钢表面镀镍+铬;

 

4)铝或铝合金表面镀铜+镍+铬;

 

5)锌合金表面镀铜+镍+铬;

 

6)塑胶电镀件。

 

4.3试验方法

 

4.3.1中性盐雾试验(NSS试验)

 

是出现最早目前应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法。它采用5%的氯化钠盐水溶液,溶液PH值调在中性范围(6~7)作为喷雾用的溶液。试验温度均取35℃,要求盐雾的沉降率在1~2ml/80cm·h之间。

 

4.3.2醋酸盐雾试验(ASS试验)

 

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。

 

4.3.3铜盐加速醋酸盐雾试验(LRHS-663P-RY)

 

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。

 

4.3.4交变盐雾试验

 

是一种综合盐雾试验,它实际上是中性盐雾试验加恒定湿热试验。它主要用于空腔型的整机产品,通过潮态环境的渗透,使盐雾腐蚀不但在产品表面产生,也在产品内部产生。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。

图3 GB/T 10125中4种盐雾测试方法的对比

 

4.4影响因素

 

影响盐雾试验结果的主要因素包括:试验温湿度、盐溶液的浓度、样品放置角度、盐溶液的pH值、盐雾沉降量和喷雾方式等。

 

1)试验温湿度

温度和相对湿度影响盐雾的腐蚀作用。金属腐蚀的临界相对湿度大约为70%。当相对湿度达到或超过这个临界湿度时,盐将潮解而形成导电性能良好的电解液。当相对湿度降低,盐溶液浓度将增加直至析出结晶盐,腐蚀速度相应降低。试验温度越高盐雾腐蚀速度越快。对于中性盐雾试验,大多数学者认为试验温度选在35℃较为恰当。

 

2)盐溶液的浓度

盐溶液的浓度对腐蚀速度的影响与材料和覆盖层的种类有关。浓度在5%以下时钢、镍、黄铜的腐蚀速度随浓度的增加而增加;当浓度大于5%时,这些金属的腐蚀速度却随着浓度的增加而下降。

 

3)样品的放置角度

样品的放置角度对盐雾试验的结果有明显影响。盐雾的沉降方向是接近垂直方向的,样品水平放置时,它的投影面积最大,样品表面承受的盐雾量也最多,因此腐蚀最严重。GB/T2423.17-93标准规定“平板状样品的放置方法,应该使受试面与垂直方向成30度角。

 

4)盐溶液的pH值

盐溶液的pH值是影响盐雾试验结果的主要因素之一。pH值越低,溶液中氢离子浓度越高,酸性越强腐蚀性也越强。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等电镀件的盐雾试验表明,盐溶液的pH值为3.0的醋酸盐雾试验(ASS)的腐蚀性比pH值为6.5~7.2的中性盐雾试验(NSS)严酷1.5~2.0倍。

 

5)盐雾沉降量和喷雾方式

 

6)试验的持续时间

 

4.5结果判定

 

盐雾试验的目的是为了考核产品或金属材料的耐盐雾腐蚀质量,而盐雾试验结果判定正是对产品质量的宣判,它的判定结果是否正确合理,是正确衡量产品或金属抗盐雾腐蚀质量的关键。盐雾试验结果的判定方法有:评级判定法、称重判定法、腐蚀物出现判定法、腐蚀数据统计分析法。

 

1)评级判定法:把腐蚀面积与总面积之比的百分数按一定的方法划分成几个级别,以某一个级别作为合格判定依据,适合于平板样品评价。

 

2)称重判定法:通过对腐蚀试验前后样品的重量变化,计算出受腐蚀损失的重量(或增重)来对样品耐腐蚀质量进行评判,适用于对某种金属耐腐蚀质量进行考核。

 

3)腐蚀物出现判定法:是一种定性的判定法,它以盐雾腐蚀试验后产品是否产生腐蚀现象来对样品进行判定,一般产品标准中大多采用此方法。

 

4)腐蚀数据统计分析法:主要用于分析、统计腐蚀情况,而不是具体用于某一具体产品的质量判定



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(责任编辑:wlgc0812)


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