熱噴涂涂層的耐腐蝕性能檢測
涂層的耐腐蝕性是反映涂層保護基體金屬和抵抗環境侵蝕能力的好壞,是直接影響金屬構件使用壽命的重要指標。特別是對于防護性涂層及防護-裝飾性涂層,對涂層的耐腐蝕性指標有其明確的要求,必須進行嚴格的檢驗。
一、腐(fu)蝕試驗方法
腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗(yan)包(bao)括實驗(yan)室(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗(yan)和現場腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗(yan)兩類(lei)。實驗(yan)室(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗(yan),可分為室(shi)溫或加(jia)熱(re)的液(ye)態(tai)浸漬腐(fu)蝕(shi)(shi)和氣體腐(fu)蝕(shi)(shi)(含(han)高溫氧化)以及鹽霧試(shi)(shi)驗(yan)等。現場腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗(yan)也(ye)多種多樣,如大氣腐(fu)蝕(shi)(shi)、海水(shui)及淡水(shui)浸漬、土壤腐(fu)蝕(shi)(shi)、掛片試(shi)(shi)驗(yan)等。按腐(fu)蝕(shi)(shi)介質的性質,又可分為酸(suan)性、堿(jian)性、中(zhong)性鹽腐(fu)蝕(shi)(shi)等類(lei)型。
腐(fu)蝕試(shi)驗條件,需根(gen)據試(shi)驗涂層(ceng)材料的(de)(de)技術(shu)標準或涂層(ceng)材料的(de)(de)使用(yong)條件來擬定。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)pH值、溶(rong)(rong)(rong)解氣體量、溶(rong)(rong)(rong)解離子濃度、溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)溫(wen)度與流(liu)速等,均(jun)會直接(jie)影響(xiang)(xiang)涂層(ceng)的(de)(de)腐(fu)蝕反(fan)應。一般認為,溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解氣體,特別是中性(xing)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中的(de)(de)氧含量對腐(fu)蝕過(guo)程(cheng)的(de)(de)陰極反(fan)應影響(xiang)(xiang)很大,而(er)液(ye)(ye)體溫(wen)度不(bu)僅影響(xiang)(xiang)反(fan)應速度,而(er)且對反(fan)應類型也有一定的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。
1. 液態浸漬法
對噴(pen)涂層(ceng)進(jin)行(xing)液(ye)(ye)態浸(jin)漬腐(fu)(fu)蝕(shi),可帶(dai)標樣(一般為(wei)被(bei)噴(pen)涂的基體(ti)材(cai)料)同時進(jin)行(xing),也(ye)可帶(dai)入已知耐蝕(shi)性(xing)的其它材(cai)料的試樣,以期進(jin)行(xing)比較。由于(yu)噴(pen)涂層(ceng)多有(you)氣孔存在,故(gu)應首先進(jin)行(xing)封孔處理后再做腐(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)。液(ye)(ye)態浸(jin)漬腐(fu)(fu)蝕(shi)又分為(wei)靜態全浸(jin)式(shi)(shi)(shi)、部(bu)分浸(jin)漬式(shi)(shi)(shi)、交互浸(jin)漬式(shi)(shi)(shi)、氣蝕(shi)等流液(ye)(ye)浸(jin)漬等。
(1)靜(jing)態全浸(jin)式
靜(jing)態全(quan)(quan)浸(jin)(jin)式就是將試(shi)樣完全(quan)(quan)浸(jin)(jin)入溶(rong)液(ye)浸(jin)(jin)泡(pao)的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方法。此方法操作簡便,重現性(xing)好,比較容(rong)易控制(zhi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)因素。國(guo)家標準(zhun)GB 10124《金屬材(cai)料實驗(yan)(yan)(yan)室均勻腐蝕(shi)全(quan)(quan)浸(jin)(jin)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方法》中詳細規(gui)定了試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方法和要(yao)求。試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時(shi),不論是常溫還是煮沸下的(de)(de)腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan),均應(ying)保持溶(rong)液(ye)的(de)(de)濃度始終(zhong)一致。溶(rong)液(ye)的(de)(de)蒸發損失可采用(yong)(yong)恒定水平面裝(zhuang)(zhuang)置控制(zhi)或定時(shi)地添加溶(rong)液(ye),使溶(rong)液(ye)體(ti)積(ji)的(de)(de)波動(dong)不超過(guo)±1%,有時(shi)也采用(yong)(yong)回流(liu)冷(leng)凝。為避免(mian)腐蝕(shi)產物(wu)積(ji)累影(ying)響腐蝕(shi)規(gui)律(lv),一般將介質容(rong)量與試(shi)樣表面積(ji)的(de)(de)比例控制(zhi)在20~200 mL/cm3。通常要(yao)求每個(ge)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)裝(zhuang)(zhuang)置中只(zhi)浸(jin)(jin)泡(pao)一種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng),以避免(mian)一種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)腐蝕(shi)產物(wu)對另一種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng)腐蝕(shi)規(gui)律(lv)的(de)(de)干(gan)擾。
利用(yong)水浴或油浴控制試(shi)驗(yan)溶(rong)液(ye)的(de)溫(wen)度(du)。除非有特別規定,腐(fu)(fu)蝕試(shi)驗(yan)過程不應(ying)對溶(rong)液(ye)充(chong)氣(qi)。試(shi)驗(yan)容(rong)器可密封,也可敞露。在(zai)沸點溫(wen)度(du)下進行的(de)試(shi)驗(yan),應(ying)注意緩慢加熱,并在(zai)容(rong)器底(di)部鋪一層(ceng)玻(bo)璃(li)(或陶瓷)碎片(pian),以避(bi)免過度(du)沸騰和氣(qi)泡(pao)的(de)沖擊作用(yong)。試(shi)樣的(de)支(zhi)架和容(rong)器在(zai)試(shi)驗(yan)溶(rong)液(ye)中(zhong)應(ying)是(shi)惰(duo)性的(de),從而保證(zheng)自身不被腐(fu)(fu)蝕和破(po)壞,也不污染試(shi)驗(yan)溶(rong)液(ye)。
(2)部分(fen)浸漬(zi)式
部(bu)分(fen)浸(jin)(jin)漬式是將試(shi)(shi)樣部(bu)分(fen)浸(jin)(jin)入溶液,由(you)于氣/液相交界的(de)水(shui)線長期保持在涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)表面(mian)的(de)同一固定位置,從而造成嚴重的(de)局部(bu)腐蝕破壞(huai),部(bu)分(fen)浸(jin)(jin)漬試(shi)(shi)驗(yan)也稱為(wei)水(shui)線腐蝕試(shi)(shi)驗(yan)。在貯存液體(ti)(ti)的(de)容器(qi)內壁(bi)及部(bu)分(fen)浸(jin)(jin)入海(hai)水(shui)的(de)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)構件上,都會發生(sheng)這種水(shui)線破壞(huai)。鋁涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)和(he)某些(xie)其(qi)他(ta)金屬(shu)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)往往在水(shui)線處發生(sheng)濃差腐蝕,部(bu)分(fen)浸(jin)(jin)漬試(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)件為(wei)其(qi)提供(gong)了非常適宜(yi)的(de)加速試(shi)(shi)驗(yan)方(fang)法。
部分浸漬(zi)式試(shi)驗方(fang)法、要求、條件的(de)控制及(ji)試(shi)驗裝(zhuang)置與靜(jing)態全浸式試(shi)驗基本相同。關鍵是如何提供合(he)適的(de)試(shi)樣(yang)支撐方(fang)法,使(shi)水(shui)線部位(wei)(wei)保(bao)持在固定的(de)位(wei)(wei)置上,保(bao)證液(ye)面上、下的(de)試(shi)樣(yang)面積比(bi)恒(heng)定不變。采用自(zi)動(dong)恒(heng)定液(ye)面裝(zhuang)置,可以顯(xian)著提高試(shi)驗結果的(de)重(zhong)現性。
(3)交互浸漬式
交(jiao)互浸(jin)漬(zi)試(shi)驗又稱(cheng)間(jian)浸(jin)試(shi)驗,是指(zhi)將帶有金屬涂層(ceng)的試(shi)樣(yang)(yang)交(jiao)替(ti)地浸(jin)入(ru)液態(tai)腐蝕(shi)介質和暴露(lu)在(zai)(zai)空氣中(zhong)。交(jiao)互浸(jin)漬(zi)試(shi)驗是一(yi)種模擬(ni)試(shi)驗,也是一(yi)種加速(su)(su)試(shi)驗。這(zhe)種交(jiao)互浸(jin)漬(zi)狀態(tai)為水溶液作用提供了(le)加速(su)(su)腐蝕(shi)的條(tiao)件(jian),因為在(zai)(zai)大部分(fen)暴露(lu)時間(jian)中(zhong)試(shi)樣(yang)(yang)表面可(ke)以(yi)保持頻繁更新,幾乎為氧所飽和的溶液薄膜(mo),而且在(zai)(zai)干濕交(jiao)替(ti)過程中(zhong),由于水分(fen)蒸發(fa)使(shi)得(de)溶液中(zhong)的腐蝕(shi)性(xing)組分(fen)濃縮。另(ling)外,試(shi)樣(yang)(yang)表面完全干燥(zao)常(chang)常(chang)使(shi)腐蝕(shi)速(su)(su)度下降,但是腐蝕(shi)產物膜(mo)破裂則起相反的作用。
交互浸漬(zi)試驗(yan)結果與干(gan)(gan)濕變(bian)化(hua)的(de)(de)頻率、環境(jing)的(de)(de)溫度和濕度密切相關(guan),所以(yi)必須合理設(she)計干(gan)(gan)濕變(bian)化(hua)周期,并在連續(xu)試驗(yan)中(zhong)(zhong)(zhong)保(bao)持不(bu)變(bian)。同樣,應合理控制(zhi)環境(jing)溫度和濕度,以(yi)保(bao)證試樣在大氣暴(bao)露期間有恒(heng)定的(de)(de)干(gan)(gan)燥速(su)度。根(gen)據(ju)不(bu)同的(de)(de)試驗(yan)要求,有時在濕度相當高(gao)的(de)(de)密閉裝置中(zhong)(zhong)(zhong)進行間浸試驗(yan),使試樣離(li)開溶液后(hou)始終保(bao)持濕潤狀態(tai);有時在空氣中(zhong)(zhong)(zhong)暴(bao)露時用干(gan)(gan)燥熱(re)風吹拂(或輻(fu)照加熱(re)),以(yi)加速(su)干(gan)(gan)燥。
交互(hu)浸漬(zi)試(shi)(shi)驗條件(jian)的選擇與所用試(shi)(shi)驗裝置的工作(zuo)原理有(you)關。為了(le)實現干濕交替,可(ke)以交替地將試(shi)(shi)樣(yang)浸入和提出溶(rong)液(ye);也可(ke)使(shi)試(shi)(shi)樣(yang)固定不動,而讓溶(rong)液(ye)相對試(shi)(shi)樣(yang)升降。通常(chang)使(shi)試(shi)(shi)樣(yang)運(yun)動比移動腐蝕介質更容易實現。溶(rong)液(ye)和空(kong)氣(qi)中的暴露時間比應視試(shi)(shi)驗的具(ju)體(ti)要(yao)求而定,一(yi)般為1:1~1:10,一(yi)次循環的總時間常(chang)為1~60 min不等(deng),有(you)時也可(ke)達24h。
2. 中性鹽霧試驗(yan)
中性鹽霧(wu)試驗是一種(zhong)常用(yong)(yong)的(de)(de)人工加速腐(fu)蝕(shi)試驗,它是模擬沿海大氣(qi)環境(jing)中,溫(wen)暖的(de)(de)海面向寒冷(leng)的(de)(de)空氣(qi)蒸(zheng)發和海浪沖擊下(xia)潑向空間的(de)(de)含氯離子(zi)微(wei)小液滴,形(xing)成細霧(wu)狀(zhuang)介質對金屬的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)條件,采用(yong)(yong)一定濃度的(de)(de)氯化鈉溶液,在(zai)(zai)加壓下(xia)以細霧(wu)狀(zhuang)噴射,由于霧(wu)粒均勻(yun)地落在(zai)(zai)試樣表(biao)面,并不斷維持液膜(mo)更新,因(yin)而對涂(tu)層的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)符合大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)基(ji)本(ben)原(yuan)理,實(shi)現測定涂(tu)層的(de)(de)加速腐(fu)蝕(shi)作(zuo)用(yong)(yong)。
中性(xing)(xing)鹽霧試驗畢竟不能(neng)完善地模(mo)擬大(da)氣條件對金(jin)屬涂(tu)(tu)(tu)層的腐(fu)蝕(shi),加之(zhi)影響腐(fu)蝕(shi)的因(yin)素較(jiao)(jiao)多,造成測試條件不易控制等(deng)等(deng),往(wang)往(wang)重現性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)差,所以只能(neng)作為同一類型(xing)涂(tu)(tu)(tu)層在該條件下(xia)相(xiang)對耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)的比較(jiao)(jiao)。實(shi)踐(jian)表明,它對陽極性(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)層(如鋼(gang)鐵基體上的鋅層和鎘層等(deng))耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)效果較(jiao)(jiao)好,而對陰極性(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)層,則只能(neng)揭示涂(tu)(tu)(tu)層的孔隙(xi)和缺(que)陷程度,間接地反(fan)映涂(tu)(tu)(tu)層的抗腐(fu)蝕(shi)能(neng)力。
國(guo)家標準GB6458-86《金屬覆蓋層 中性(xing)鹽霧試驗》中規定了中性(xing)鹽霧試驗所使用的設備(bei)、試劑和方法。
試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)的數(shu)量(liang)按測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)具體規定,一(yi)(yi)般情(qing)況下(xia)每(mei)批取3件。試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)時(shi),試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)放置在(zai)(zai)(zai)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)內,試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)溶(rong)(rong)液為5%NaCl(質量(liang)百分數(shu))溶(rong)(rong)液,pH值(zhi)為6.5~7.2,噴霧(wu)(wu)箱(xiang)(xiang)內溫度為35±2℃,相對濕度大于(yu)95%。試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)面(mian)朝上,讓鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)自由沉降(jiang)在(zai)(zai)(zai)被(bei)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)面(mian)上,經24h噴霧(wu)(wu)后,每(mei)個收集(ji)器所收集(ji)的溶(rong)(rong)液,就(jiu)80 cm2而言(yan)應為1~2 mL,被(bei)試(shi)(shi)(shi)(shi)面(mian)與垂直(zhi)方向成15~30°,不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)噴射(she)被(bei)試(shi)(shi)(shi)(shi)面(mian)。試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)不(bu)能(neng)接(jie)觸(chu)箱(xiang)(xiang)體,也不(bu)能(neng)相互接(jie)觸(chu)。試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)之間(jian)的距離應不(bu)影響鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)自由降(jiang)落在(zai)(zai)(zai)被(bei)試(shi)(shi)(shi)(shi)面(mian)上,試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)上的液滴不(bu)得(de)落在(zai)(zai)(zai)其他試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)上。試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)時(shi)間(jian)應按被(bei)試(shi)(shi)(shi)(shi)覆蓋層或產(chan)(chan)品標準(zhun)(zhun)的要求而定,若無(wu)標準(zhun)(zhun),推薦時(shi)間(jian)為:2、6、16、24、48、96、240、480、720h。停噴時(shi)不(bu)加熱(re),試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)密封在(zai)(zai)(zai)箱(xiang)(xiang)內自然(ran)冷卻。試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)在(zai)(zai)(zai)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)結(jie)束(shu)后,取出試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)。為減少腐蝕產(chan)(chan)物的脫(tuo)落,試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)在(zai)(zai)(zai)清洗(xi)前,放在(zai)(zai)(zai)室(shi)內自然(ran)干燥0.5~1h。然(ran)后用不(bu)高于(yu)40℃的清潔流動水,輕輕清洗(xi),除去試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)表面(mian)鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)溶(rong)(rong)液的殘留物,經干燥后作外(wai)觀檢查和評級。按我國熱(re)帶電工產(chan)(chan)品,JB/Z 88-66評定標準(zhun)(zhun),經鹽(yan)(yan)霧(wu)(wu)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)后的腐蝕程度為4級:一(yi)(yi)級為良好,2級為合格,3~4級為不(bu)合格。在(zai)(zai)(zai)每(mei)一(yi)(yi)級中,只要滿足一(yi)(yi)項(xiang),就(jiu)按該級評定。
3. 銅鹽加速醋酸(suan)鹽霧(wu)試驗(CASS法)
銅(tong)(tong)鹽(yan)加速(su)醋酸(suan)鹽(yan)霧(wu)試驗是中(zhong)性(xing)鹽(yan)水(shui)噴霧(wu)試驗的(de)改進方法。由于它在(zai)氯化(hua)鈉溶(rong)液中(zhong)用(yong)(yong)醋酸(suan)酸(suan)化(hua),并加入氯化(hua)銅(tong)(tong)提高對某些金屬涂層(ceng)(ceng)的(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)率和(he)效果(guo),取(qu)得了鋼鐵基體(ti)上(shang)陰(yin)極(ji)性(xing)涂層(ceng)(ceng)腐蝕(shi)(shi)方式(shi)接近于實際環境的(de)良好結(jie)果(guo)。CASS法與中(zhong)性(xing)鹽(yan)水(shui)噴霧(wu)相比(bi),不僅腐蝕(shi)(shi)速(su)度(du)加快,而且重(zhong)現(xian)性(xing)較好,所以正逐步取(qu)代中(zhong)性(xing)鹽(yan)水(shui)噴霧(wu)對陰(yin)極(ji)性(xing)涂層(ceng)(ceng)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)檢驗。該法適用(yong)(yong)于鋼鐵基體(ti)上(shang)陰(yin)極(ji)性(xing)涂層(ceng)(ceng)(銅(tong)(tong)、鎳、鉻涂層(ceng)(ceng)等(deng))和(he)鋁或鋁合(he)金上(shang)陽(yang)極(ji)氧化(hua)膜的(de)耐腐蝕(shi)(shi)性(xing)檢驗。
銅(tong)(tong)鹽加速(su)醋酸鹽霧試(shi)(shi)驗(yan)的溶液成分為(wei):氯化(hua)鈉(NaCl)50±5 g/L、氯化(hua)銅(tong)(tong)(CuCl2·H2O)0.26±0.02 g/L,pH(用(yong)(yong)醋酸調整)為(wei)3.2±0.1。測(ce)試(shi)(shi)設(she)(she)備與鹽霧試(shi)(shi)驗(yan)設(she)(she)備大致相同,只是對箱體耐(nai)高溫(wen)性要求更高(50±1℃)。目前除了專門(men)用(yong)(yong)于(yu)CASS試(shi)(shi)驗(yan)的設(she)(she)備外,也有與鹽水噴霧試(shi)(shi)驗(yan)通用(yong)(yong)的設(she)(she)備。除測(ce)試(shi)(shi)溫(wen)度為(wei)50±1℃外,其它條件(jian)與鹽水噴霧試(shi)(shi)驗(yan)條件(jian)相同。
4. 大氣暴露腐蝕試驗
大(da)氣暴露腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)是(shi)在(zai)天然(ran)大(da)氣條件下,對噴涂(tu)層(ceng)試(shi)樣在(zai)試(shi)樣架(jia)上(室外(wai)或室內(nei))進行(xing)實(shi)際的(de)腐蝕(shi)試(shi)驗(yan),通過定(ding)期觀(guan)察及測定(ding)其腐蝕(shi)過程特征和(he)腐蝕(shi)速度(du)確定(ding)其防護壽命。大(da)氣暴露試(shi)驗(yan)是(shi)正(zheng)確判斷涂(tu)層(ceng)耐蝕(shi)性能的(de)一個重要方法,其評定(ding)結果(guo)通常(chang)作為制定(ding)涂(tu)層(ceng)厚度(du)標準(zhun)的(de)依據。具體試(shi)驗(yan)方法可參照國家標準(zhun)GB6464-86《金(jin)屬和(he)其它無機覆蓋(gai)層(ceng)靜置(zhi)戶(hu)外(wai)暴曬腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)一般規則》進行(xing)。
大(da)氣(qi)(qi)(qi)暴露(lu)(lu)腐蝕(shi)試驗試驗條件(jian)的(de)(de)選擇應(ying)與工(gong)件(jian)使用的(de)(de)實際條件(jian)相同或相似。一般按(an)暴露(lu)(lu)場地所處地區的(de)(de)環境條件(jian),將大(da)氣(qi)(qi)(qi)條件(jian)分為四(si)類(包括(kuo)室(shi)內和(he)室(shi)外):工(gong)業(ye)性大(da)氣(qi)(qi)(qi)、海洋性大(da)氣(qi)(qi)(qi)、農村大(da)氣(qi)(qi)(qi)和(he)城(cheng)郊(jiao)大(da)氣(qi)(qi)(qi)。暴露(lu)(lu)場應(ying)設在完(wan)全敞(chang)開(kai)的(de)(de)地方,能充分受到大(da)氣(qi)(qi)(qi)(空(kong)氣(qi)(qi)(qi)、日光、雨、露(lu)(lu)、霧、霜、雪等(deng))的(de)(de)侵襲。周(zhou)圍(wei)的(de)(de)建筑(zhu)物、樹木(mu)(mu)和(he)試樣(yang)架應(ying)有(you)一定(ding)間隔距離,保(bao)證周(zhou)圍(wei)建筑(zhu)物和(he)樹木(mu)(mu)等(deng)的(de)(de)陰(yin)影在任何時刻不(bu)會(hui)投(tou)射到被(bei)測試樣(yang)上(shang)。
試(shi)(shi)樣(yang)(yang)大氣(qi)暴(bao)(bao)(bao)曬(shai)的(de)(de)(de)方式有三種:1)露(lu)天暴(bao)(bao)(bao)曬(shai),即將試(shi)(shi)樣(yang)(yang)直(zhi)接放在(zai)室外的(de)(de)(de)框架上(shang)。框架采用能(neng)夠經受(shou)腐蝕的(de)(de)(de)材料制(zhi)成,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)在(zai)框架上(shang)面向南方。框架附(fu)近的(de)(de)(de)植物高度不應大于0.2m;2)半封(feng)閉(bi)暴(bao)(bao)(bao)曬(shai),把試(shi)(shi)樣(yang)(yang)放在(zai)有頂棚遮蓋(gai)下進行(xing)暴(bao)(bao)(bao)曬(shai),以防止直(zhi)接受(shou)太陽輻射(she)和大氣(qi)降(jiang)水的(de)(de)(de)作用,或試(shi)(shi)樣(yang)(yang)暴(bao)(bao)(bao)曬(shai)在(zai)部分封(feng)閉(bi)的(de)(de)(de)空間,例(li)如百葉箱中;3)“全封(feng)閉(bi)”暴(bao)(bao)(bao)曬(shai),此(ci)時外界因素對(dui)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)影響是(shi)非常有限的(de)(de)(de)。
大氣(qi)暴(bao)露試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)用的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang),不得(de)小于50cm2(5 cm×10 cm),專門制備的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)應(ying)為(wei)平板形狀,一邊的(de)(de)(de)(de)長度(du)最好為(wei)50 mm的(de)(de)(de)(de)整(zheng)數(shu)倍,厚度(du)為(wei)1~3 mm。同(tong)一種試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量不得(de)少(shao)于三件(jian)。在(zai)暴(bao)曬前應(ying)徹(che)底清洗試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang),以除去涂(tu)(tu)層表面的(de)(de)(de)(de)污染(ran)物。每件(jian)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)應(ying)有(you)不易消(xiao)失的(de)(de)(de)(de)編(bian)號,如打上鋼印或掛有(you)刻字的(de)(de)(de)(de)塑(su)料牌等(deng)。試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)開始前,試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)應(ying)采用專用測試(shi)(shi)(shi)(shi)記錄卡分別(bie)記錄試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)編(bian)號、涂(tu)(tu)層結構、厚度(du)、外(wai)觀光澤等(deng)情況,并(bing)編(bian)寫試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)綱要(yao)(包括:測試(shi)(shi)(shi)(shi)目的(de)(de)(de)(de)、試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)要(yao)求、檢查(cha)周期等(deng))。每種試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)需留l~3件(jian)保存在(zai)干燥器內,供試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)中(zhong)比較觀察。
試(shi)樣(yang)投放最(zui)好(hao)選擇每(mei)年(nian)的(de)潮濕、陰雨季(ji)節前,建議(yi)在每(mei)年(nian)的(de)4~5月(yue)或9~10月(yue)。由于大氣腐(fu)蝕(shi)速(su)度很慢(man),試(shi)驗(yan)時(shi)間最(zui)好(hao)為1~20年(nian)。試(shi)樣(yang)開始暴露后(hou),頭3個月(yue)內檢(jian)(jian)查(cha)(cha)次(ci)數應頻繁,一(yi)(yi)般每(mei)月(yue)2~3次(ci)。檢(jian)(jian)查(cha)(cha)時(shi)應注意(yi)開始出現(xian)腐(fu)蝕(shi)點的(de)時(shi)間,做(zuo)好(hao)詳細(xi)記錄。3個月(yue)后(hou)每(mei)月(yue)檢(jian)(jian)查(cha)(cha)一(yi)(yi)次(ci),一(yi)(yi)年(nian)后(hou)每(mei)3個月(yue)檢(jian)(jian)查(cha)(cha)一(yi)(yi)次(ci)。冬(dong)季(ji)室外暴露的(de)試(shi)樣(yang)如遇(yu)下雪時(shi)(指冬(dong)季(ji)有下雪的(de)地區),應定期拭去表(biao)面的(de)積雪。取試(shi)樣(yang)時(shi)不(bu)可(ke)用(yong)手直接與主要(yao)表(biao)面接觸(chu)(chu)。不(bu)允(yun)許將兩片試(shi)樣(yang)接觸(chu)(chu)或摩擦以防止人為機械(xie)損傷或電(dian)化學腐(fu)蝕(shi),造成試(shi)驗(yan)結果(guo)誤差。
測試結(jie)果的(de)評定(ding),除(chu)參(can)照鹽水噴霧試驗方法(fa)外(wai),還可按試樣表面腐(fu)蝕(shi)率(見結(jie)果評定(ding))進行腐(fu)蝕(shi)等級評定(ding)。
5. 海水腐蝕試驗
熱(re)噴(pen)涂防腐蝕技術目(mu)前已廣泛用于(yu)大量海洋工(gong)程設(she)施(shi),如(ru)海上采(cai)油(you)鉆探平臺(tai)、艦船及港(gang)口設(she)施(shi)等,因此海水腐蝕試驗是熱(re)噴(pen)涂涂層進行較多的試驗內容(rong)之一。
海(hai)洋(yang)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)環境大致可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)(wei):海(hai)洋(yang)大氣區(qu)(qu)(qu)、飛(fei)(fei)濺區(qu)(qu)(qu)、潮差區(qu)(qu)(qu)、全(quan)浸(jin)(jin)區(qu)(qu)(qu)和海(hai)底泥漿區(qu)(qu)(qu),由于所處環境的(de)不(bu)同(tong),使金屬的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速度有很大差異。金屬構件在飛(fei)(fei)濺區(qu)(qu)(qu),處于干、濕交替,氧供應充(chong)足具(ju)有相(xiang)當高的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)。高潮位區(qu)(qu)(qu)在漲(zhang)潮時與含氧的(de)海(hai)水接觸,腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)也較嚴重。另外,潮差區(qu)(qu)(qu)相(xiang)對低潮線以(yi)下的(de)全(quan)浸(jin)(jin)區(qu)(qu)(qu)部分(fen),形成明顯的(de)氧濃差電池作用(yong),潮差區(qu)(qu)(qu)供氧充(chong)分(fen)為(wei)(wei)陰極,而(er)恰好(hao)位于低潮線下的(de)全(quan)浸(jin)(jin)區(qu)(qu)(qu),因供氧相(xiang)對較少(shao)而(er)成為(wei)(wei)陽極,使腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)加速。按(an)海(hai)洋(yang)環境區(qu)(qu)(qu)域特點,金屬防護涂(tu)層的(de)海(hai)水腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗可(ke)分(fen)為(wei)(wei)6類。
(1)海洋大氣腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)。可以表征船上、船艙內(nei)的金(jin)屬(shu)防護涂層腐(fu)蝕,以及(ji)不會直接受到海水或浪花作用(yong)的海岸(an)設施的金(jin)屬(shu)防護涂層腐(fu)蝕。
(2)浪花飛(fei)濺帶腐蝕(shi)試驗。表征海上和沿岸(an)結構件在海平面之上經(jing)常遭(zao)受浪花飛(fei)濺作(zuo)用,但不(bu)會(hui)受到海水浸潤的金(jin)屬防護涂層腐蝕(shi)。通常試樣被(bei)放置(zhi)(zhi)在乎(hu)均高潮位上方0.2~2m的位置(zhi)(zhi)。
(3)海水(shui)間浸試驗。又稱交替浸泡試驗。表征港(gang)口結構(gou)和(he)船體外部(bu)結構(gou)間或受(shou)到海水(shui)浸潤的(de)金屬防護涂層腐蝕。
(4)海(hai)(hai)水(shui)半浸試(shi)驗。即(ji)海(hai)(hai)水(shui)水(shui)線腐蝕(shi)試(shi)驗,表征任何(he)海(hai)(hai)洋飄浮結構外部的(de)氣/液/固三相交(jiao)界處的(de)金屬防護涂層腐蝕(shi)。
(5)海水全(quan)浸試驗。表(biao)征各種水下(xia)設施的金屬防護涂層腐蝕,通常試樣被放置(zhi)在最低潮位(wei)以(yi)下(xia)0.2~2m的位(wei)置(zhi)。
(6)海洋土壤(rang)腐(fu)蝕(shi)試驗。這(zhe)是(shi)模擬埋(mai)在(zai)海底(di)土壤(rang)部分的管道(dao)、電(dian)纜(lan)及(ji)水下(xia)設施的金屬(shu)防護涂層(ceng)腐(fu)蝕(shi)試驗。
具(ju)體(ti)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)法可參照(zhao)國家標(biao)準GB 6384-86《船舶及海(hai)洋工(gong)程用金屬材料在(zai)天然環(huan)境的(de)海(hai)水腐(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)(fang)法》。海(hai)水腐(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)通常在(zai)專門的(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)站進行。
二、腐(fu)蝕試驗結(jie)果(guo)評定(ding)
涂(tu)層經腐蝕(shi)試(shi)驗后,試(shi)驗結果的評定方法(fa)(fa)有目(mu)測(ce)法(fa)(fa)、稱(cheng)重法(fa)(fa)、深度(du)法(fa)(fa)和電(dian)流(liu)密度(du)法(fa)(fa)。
1. 目測法
熱噴涂(tu)涂(tu)層在遭受某(mou)種類(lei)型(xing)的腐蝕之后,必然會導致涂(tu)層表面狀態(tai)或性能等發生(sheng)改(gai)變(bian),腐蝕的產物也具(ju)有(you)顏色、狀態(tai)等特(te)征(zheng),從(cong)這(zhe)些特(te)征(zheng)及其變(bian)化情況,可以定性地判別涂(tu)層或基體(ti)(ti)金屬的腐蝕程(cheng)度,從(cong)而確定其防護性能。
目測法是用肉眼或放大鏡(3~5倍)對涂層(ceng)表面(mian)進行觀察,有時(shi)也適當地使用一(yi)些(xie)簡(jian)單的工具和設(she)備(bei)。腐蝕后涂層(ceng)的定性檢查和記錄,主(zhu)要有以下(xia)五個方(fang)面(mian)。
(1)涂層和基體(ti)腐蝕產物的顏色和狀態。
(2)腐(fu)(fu)蝕率 腐(fu)(fu)蝕率(涂層被穿透(tou)、直達(da)基(ji)體(ti)金屬的(de)腐(fu)(fu)蝕點比率)是評(ping)定(ding)陰極(ji)性涂層防護性能(neng)的(de)主要內容,可按下列方(fang)式觀察計算:
評定(ding)時以5mm×5mm方格面積為單位,計(ji)算(suan)出現銹點的(de)方格數占(zhan)被測面積總方格數的(de)百分(fen)比表示腐蝕程(cheng)度(du)。即:
腐蝕(shi)率(lv)(%)=n/N×100
式中(zhong),n——出(chu)現(xian)銹點的5mm×5mm面積的方格數(shu);
N——試樣表面的5mmX5mm面積總方格數。
計算方(fang)(fang)(fang)格數(shu)時,用一透明的(de)帶有5mm×5mm方(fang)(fang)(fang)格的(de)有機(ji)玻璃板或塑料薄膜(mo)、覆(fu)蓋在被(bei)測涂層(ceng)試樣表面,讀出(chu)有腐蝕點(dian)的(de)方(fang)(fang)(fang)格數(shu)(n)和(he)被(bei)測涂層(ceng)的(de)總方(fang)(fang)(fang)格數(shu)(N),進行計算。
(3)光澤 經大氣暴露后涂層的(de)光澤,是指涂層呈膜狀(zhuang)腐蝕(shi)時被氧化(hua)的(de)程度。
(4)開(kai)裂(lie) 涂層開(kai)裂(lie)是指(zhi)涂層經腐(fu)蝕(shi)(shi)后(hou),表面(mian)出現肉眼能(neng)見的裂(lie)紋。計算(suan)方法與計算(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi)率(lv)面(mian)積(ji)百(bai)分比相同。
(5)以定性評定結果確定涂層(ceng)腐蝕等級。
2. 稱重(zhong)法
稱重法是對涂層(ceng)腐蝕(shi)進行(xing)定量(liang)評定的(de)主要方法,即(ji)測量(liang)單位時間(jian)內(nei)的(de)涂層(ceng)腐蝕(shi)失重,并得出(chu)其腐蝕(shi)速(su)度(du)。
定(ding)量評定(ding)的(de)試(shi)(shi)樣,在試(shi)(shi)驗(yan)前應按要求稱出準確重(zhong)(zhong)量,經一(yi)段時間腐蝕試(shi)(shi)驗(yan)后取出試(shi)(shi)樣,用規定(ding)溶液浸漬除去腐蝕產物,再干燥(zao)稱重(zhong)(zhong)。將兩次稱重(zhong)(zhong)結果按下式計算腐蝕速度:
V = (W0-W1-W2)/(S×t)
式(shi)中(zhong),V——腐蝕(shi)速度,g·m2·h-1
W0——試樣(yang)原(yuan)始重量,g;
W1——試樣除(chu)去腐蝕(shi)產(chan)物后(hou)的(de)重量,g;
W2——清(qing)除(chu)腐蝕(shi)產(chan)物時(shi)同(tong)樣尺(chi)寸同(tong)種材料空白(bai)試樣的校正失重;
S ——試樣表(biao)面(mian)積,m2;
t——腐蝕(shi)時(shi)間,h。
3. 深度法
腐蝕深(shen)度法是把涂(tu)層的(de)厚(hou)度因腐蝕而減小的(de)量(liang),以線量(liang)單(dan)位表示(shi),并(bing)換算(suan)成為相(xiang)當于單(dan)位時間(年)內腐蝕掉(diao)的(de)厚(hou)度(毫米(mi))。該種指(zhi)標常用腐蝕的(de)失質指(zhi)標與該涂(tu)層的(de)密度比(bi)值表示(shi),可按下列公式:
式(shi)中(zhong), KL——腐蝕(shi)的深度指(zhi)標,mm/a;
K-——腐蝕(shi)的失(shi)質指標(biao),g/(m2.h);
ρ——涂層密度,g/cm3;
8.76——換算系數。
顯然,知道了涂層的密度(du),即可(ke)將腐(fu)(fu)蝕的失質指(zhi)標和深(shen)度(du)指(zhi)標進行換(huan)算。腐(fu)(fu)蝕的質量指(zhi)標和深(shen)度(du)指(zhi)標,對于均勻的化學(xue)或(huo)電化學(xue)腐(fu)(fu)蝕均可(ke)采(cai)用。
4. 電(dian)流密度法
電(dian)流密度(du)法(fa)是以(yi)電(dian)化學(xue)(xue)腐(fu)蝕過(guo)程的(de)(de)陽極(ji)電(dian)流密度(du)(A/cm2)的(de)(de)大小來(lai)衡量涂層(ceng)腐(fu)蝕速度(du)的(de)(de)程度(du)。lmol物質發生電(dian)化學(xue)(xue)反應(ying)時(shi)所需的(de)(de)電(dian)量為1個法(fa)拉第,即(ji)96484≈96500 C/mol。假如電(dian)流強(qiang)度(du)為I,通(tong)電(dian)時(shi)間(jian)為t,則通(tong)過(guo)的(de)(de)電(dian)量為It。從(cong)而可得出涂層(ceng)陽極(ji)溶解的(de)(de)質量ΔW為:
式(shi)中,A——涂層的相(xiang)對(dui)原子質量(liang);
n——價(jia)數(shu);
F——法拉第常數(shu)(1F=96500 C/mol=26.8 A·h)
對全面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)而言,涂層表(biao)面(mian)積(ji)可看作(zuo)是陽(yang)極面(mian)積(ji)S,從(cong)而得出腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)流密度(du)(du)icorr=I/S(A/cm2)。所以腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)(du)v-與(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)流密度(du)(du)icorr之(zhi)間存(cun)在如(ru)下關系:
v-=ΔW/St= A·icorr/nF
若icorr的(de)(de)單位取(qu)μA/cm2,涂層(ceng)密度ρ的(de)(de)單位取(qu)g/cm3時(shi):
或
因(yin)此,可(ke)用(yong)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)流(liu)密度(du)(du)icorr表示(shi)涂層的電(dian)化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)度(du)(du)。可(ke)見,腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)度(du)(du)與(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)流(liu)密度(du)(du)成正比(bi)關(guan)系。值得指出的是,涂層的腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)度(du)(du)一般隨時間而變(bian)化。因(yin)此,在實驗時應確定腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)度(du)(du)與(yu)時間的關(guan)系,盡可(ke)能(neng)選(xuan)擇測定穩(wen)定腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率的時間。關(guan)于(yu)局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的速(su)度(du)(du)比(bi)較(jiao)復(fu)雜,通常不能(neng)用(yong)上述方法表示(shi)。