鹽霧試驗(yàn)箱分析跟討論
一、鹽霧腐蝕的危害
鹽霧腐蝕會(huì)破壞金屬保護(hù)層，使它失去裝飾性，降低機(jī)械強(qiáng)度；一些電子元器件和電器線路，由于腐蝕而造成電源線路中斷，特別是在有振動(dòng)的環(huán)境中，尤為嚴(yán)重；當(dāng)鹽霧降落在絕緣體表面時(shí)，將使表面電阻降低；絕緣體吸收鹽溶液后，它的體積電阻將降低四個(gè)數(shù)量級(jí)；機(jī)械部件或運(yùn)動(dòng)部件的活動(dòng)部位由于腐蝕物的產(chǎn)生，而增加了摩擦力以至造成運(yùn)動(dòng)部件被卡死。
二、鹽霧腐蝕機(jī)理
鹽霧對(duì)金屬材料的腐蝕，主要是導(dǎo)電的鹽溶液滲入金屬內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成“低電位金屬－電解質(zhì)溶液－高電位雜質(zhì)”微電池系統(tǒng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，作為陽(yáng)極的金屬出現(xiàn)溶解，形成新的化合物即腐蝕物。金屬保護(hù)層和有機(jī)材料保護(hù)層也同樣，當(dāng)作為電解質(zhì)的鹽溶液滲入內(nèi)部后，便會(huì)形成以金屬為電極和金屬保護(hù)層或有機(jī)材料為另一電極的微電池。
鹽霧腐蝕破壞過(guò)程中起主要作用的是氯離子。它具有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，容易穿透金屬氧化層進(jìn)入金屬內(nèi)部，破壞金屬的鈍態(tài)。同時(shí)，氯離子具有很小的水合能，容易被吸附在金屬表面，取代保護(hù)金屬的氧化層中的氧，使金屬受到破壞。
除了氯離子外，鹽霧腐蝕機(jī)理還受溶解于鹽溶液里（實(shí)質(zhì)上是溶解在試樣表面的鹽液膜）氧的影響。氧能夠引起金屬表面的去極化過(guò)程，加速陽(yáng)極金屬溶解，由于鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)噴霧，不斷沉降在試樣表面上的鹽液膜，使含氧量始終保持在接近飽和狀態(tài)。腐蝕產(chǎn)物的形成，使?jié)B入金屬缺陷里的鹽溶液的體積膨脹，因此增加了金屬的內(nèi)部應(yīng)力，引起了應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致保護(hù)層鼓起。
三、影響鹽霧腐蝕的因素
影響鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的主要因素包括：試驗(yàn)溫濕度、鹽溶液的濃度、樣品放置角度、鹽溶液的pH值、鹽霧沉降量和噴霧方式等。
1．試驗(yàn)溫濕度
溫度和相對(duì)濕度影響鹽霧的腐蝕作用。金屬腐蝕的臨界相對(duì)濕度大約為70%。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到或超過(guò)這個(gè)臨界濕度時(shí)，鹽將潮解而形成導(dǎo)電性能良好的電解液。當(dāng)相對(duì)濕度降低，鹽溶液濃度將增加直至析出結(jié)晶鹽，腐蝕速度相應(yīng)降低。
試驗(yàn)溫度越高鹽霧腐蝕速度越快。電工委員會(huì)IEC60355：1971《AN APPRAISALOFTHE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FORATMOSPHERICCORROSION》標(biāo)準(zhǔn)指出：“溫度每升高10℃，腐蝕速度提高2～3倍，電解質(zhì)的導(dǎo)電率增加10～20%”。這是因?yàn)闇囟壬撸肿舆\(yùn)動(dòng)加劇，化學(xué)反應(yīng)速度加快的結(jié)果。對(duì)于中性鹽霧試驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為試驗(yàn)溫度選在35℃較為恰當(dāng)。如果試驗(yàn)溫度過(guò)高，鹽霧腐蝕機(jī)理與實(shí)際情況差別較大。
2．鹽溶液的濃度
鹽溶液的濃度對(duì)腐蝕速度的影響與材料和覆蓋層的種類有關(guān)。濃度在5%以下時(shí)鋼、鎳、黃銅的腐蝕速度隨濃度的增加而增加；當(dāng)濃度大于5%時(shí)，這些金屬的腐蝕速度卻隨著濃度的增加而下降。上述這種現(xiàn)象可以用鹽溶液里的氧含量來(lái)解釋，鹽溶液里的氧含量與鹽的濃度有關(guān)，在低濃度范圍內(nèi)，氧含量隨鹽濃度的增加而增加，但是，當(dāng)鹽濃度增加到5%時(shí)，氧含量達(dá)到相對(duì)的飽和，如果鹽濃度繼續(xù)增加，氧含量則相應(yīng)下降。氧含量下降，氧的去極化能力也下降即腐蝕作用減弱。但對(duì)于鋅、鎘、銅等金屬，腐蝕速度卻始終隨著鹽溶液濃度的增加而增加。
3．樣品的放置角度
樣品的放置角度對(duì)鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果有明顯影響。鹽霧的沉降方向是接近垂直方向的，樣品水平放置時(shí)，它的投影面積Z大，樣品表面承受的鹽霧量也Z多，因此腐蝕Z嚴(yán)重。研究結(jié)果表明：鋼板與水平線成45度角時(shí)，每平方米的腐蝕失重量為250g，鋼板平面與垂直線平行時(shí)，腐蝕失重量為每平方米140g。GB/T2423.17-93標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“平板狀樣品的放置方法，應(yīng)該使受試面與垂直方向成30度角。”
4．鹽溶液的pH值
鹽溶液的pH值是影響鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的主要因素之一。pH值越低，溶液中氫離子濃度越高，酸性越強(qiáng)腐蝕性也越強(qiáng)。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等電鍍件的鹽霧試驗(yàn)表明,鹽溶液的pH值為3.0的醋酸鹽霧試驗(yàn)（ASS）的腐蝕性比pH值為6.5～7.2的中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）嚴(yán)酷1.5～2.0倍。
由于受到環(huán)境因素的影響，鹽溶液的pH值會(huì)發(fā)生變化。為此國(guó)內(nèi)外的鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鹽溶液的pH值范圍都作了規(guī)定，并提出穩(wěn)定試驗(yàn)過(guò)程中鹽溶液pH值的辦法,以提高鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。
四、鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的表述
鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的表述有很多種方法，下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的表述方法。
1. 按照腐蝕物的特征進(jìn)行表述
這種方法是根據(jù)鹽霧試驗(yàn)后腐蝕物的外觀特征來(lái)進(jìn)行表述，常見(jiàn)電鍍件鹽霧試驗(yàn)后的腐蝕特征見(jiàn)下表5。
表5：常見(jiàn)電鍍件鹽霧試驗(yàn)后的腐蝕特征表
電鍍件種類腐蝕物特征
鋼鐵件鍍鋅灰色或黑色鍍層腐蝕物和棕色鐵銹
鋼鐵件鍍鎘灰色或黑色鍍層腐蝕物和棕色鐵銹
鋼鐵件鍍鉻棕色鐵銹
銅鍍銀綠色銅銹
銅鍍錫灰色鍍層腐蝕物和綠色銅銹
采用這種方法的標(biāo)準(zhǔn)有：JB4-1999《熱帶電工產(chǎn)品通用技術(shù)要求》；GJB4.11-1983《船舶電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》；GB/T4288-2003《家用電動(dòng)洗衣機(jī)》等
2．按照腐蝕面積的百分比進(jìn)行表述
這種方法適應(yīng)于平板狀樣品。如果試驗(yàn)時(shí)間較短或樣品外形復(fù)雜，腐蝕面積較難測(cè)定。
采用這種方法的標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T6461-2002《金屬基體上金屬和其它無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》等。
GB/T6461-2002的計(jì)算公式：
式中：A：腐蝕覆蓋面積占總面積的百分?jǐn)?shù)；R：保護(hù)等級(jí)（見(jiàn)表6），分為0～10級(jí)。
表6：R—保護(hù)等級(jí)表
A 等級(jí)A 等級(jí)
無(wú)缺陷 10 2.5
A≤0.1 9 5
0.1
0.25
0.50
1.00
3. 按照腐蝕率進(jìn)行表述
采用這種方法的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM B537-1970《StandardPractice for Rating of Electroplated Panels Subjected toAtmospheric Exposure》等。
這種方法以5×5（mm）作為一個(gè)小方格，把試樣主要表面劃分為很多個(gè)小方格，計(jì)算試樣的腐蝕率，腐蝕率的分級(jí)見(jiàn)表7。
表7：腐蝕率分級(jí)表
腐蝕率% 等級(jí)腐蝕率%等級(jí)
0 10 ≤8 4
≤0.25 9 ≤16 3
≤0.5 8 ≤32 2
≤1 7 ≤64 1
≤2 6 ＞640
≤4 5
ASTM B537-1970計(jì)算公式：腐蝕率= 。
式中：腐蝕率以百分?jǐn)?shù)表示（%）；n:出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)的小方格數(shù)量；N:試樣表面積劃分為小方格的總和。
4．按照重量增減進(jìn)行表述
這種方法是根據(jù)腐蝕物會(huì)造成樣品重量發(fā)生變化，稱量樣品在試驗(yàn)前后重量變化，分為失重法和增重法。這兩種方法所用的通常都是平板狀樣品。
失重法就是使用能夠溶解腐蝕物，同時(shí)對(duì)樣品自身又不起化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)溶劑，把試驗(yàn)后樣品上的腐蝕物溶解掉，讓試驗(yàn)后樣品的重量比試驗(yàn)前輕的一種表述方法。失重法的表示方法為：試驗(yàn)后單位試樣面積失去重量的數(shù)值。
增重法直接測(cè)量試驗(yàn)后單位試樣面積增加重量的數(shù)值。
5．按照經(jīng)驗(yàn)劃分腐蝕程度進(jìn)行表述
這種方法是根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)鹽霧試驗(yàn)后的樣品劃分腐蝕程度，是一種很粗糙的表述方法。通常使用下列表述語(yǔ)句：腐蝕非常嚴(yán)重、腐蝕嚴(yán)重、中等腐蝕、輕微腐蝕、很輕微的腐蝕、外觀良好等。
影響鹽溶液pH值變化的原因和結(jié)果
1）引起鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中鹽溶液pH值變化的根源主要來(lái)自空氣中的可溶性物質(zhì),這些物質(zhì)的性質(zhì)可能不同,有些溶于水里后呈酸性,有些溶于水里后呈堿性；
2）鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中，空氣中的可溶性物質(zhì)溶入鹽溶液或從鹽溶液里逸出的過(guò)程是一個(gè)可逆過(guò)程。溶入物質(zhì)會(huì)使鹽溶液的pH值降低,而逸出物質(zhì)會(huì)使鹽溶液pH 值升高,降低率和升高率相等的同時(shí)溶入速度大于逸出速度,將使鹽溶液的pH值降低。反之,鹽溶液的pH值升高。溶入和逸出速度相等,則pH值不變。
3）影響鹽溶液pH值變化的因素很多。例如空氣中可溶性物質(zhì)的性質(zhì)和含量、壓力、空氣與鹽溶液的接觸面積和接觸時(shí)間等。
a.空氣中可溶性物質(zhì)的性質(zhì)和含量
空氣中含有CO2,SO2 ,NO2,H2S等，這些氣體溶于水則生成酸性物質(zhì),使水的pH值降低。空氣中也可能存在堿性的塵埃顆粒，這些物質(zhì)溶于水會(huì)使水的pH值升高。
b.大氣壓力
氣體在水中的溶解度與大氣壓力成正比。0℃時(shí),1atm大氣壓力下100ml的水中能溶解0.355g CO2,而在2atm大氣壓力下100ml水能溶解0.670g CO2。當(dāng)利用壓縮空氣噴霧時(shí),由于大氣壓力增加,空氣中CO2等酸性物質(zhì)的溶解量增加, 鹽溶液的pH值降低。這個(gè)過(guò)程與噴霧后受溫度下降而使CO2 從鹽溶液里逸出的過(guò)程恰恰相反。
c.空氣與鹽溶液的接觸面積和接觸時(shí)間
噴霧使鹽溶液變成直徑為1～5μm微細(xì)顆粒的鹽霧。接觸面 積增加使得氣體溶入液體或氣體從液體中逸出的量都大大增加。當(dāng)影響氣體溶入液體和氣體從液體中逸出的條件（例如壓力,溫度等）不變時(shí),溶入和逸出速度Z終 將達(dá)到平衡狀態(tài)。在達(dá)到平衡狀態(tài)以前,隨著時(shí)間的增加,溶入（或逸出）的量也將增加。
下列三個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果將表明空氣與鹽溶液的接觸面積和接觸時(shí)間對(duì)鹽溶液pH值的影響
試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3。
1.表1：加蓋500ml容量瓶里的鹽溶液存放時(shí)間與pH值變化情況
鹽溶液編號(hào)存放前pH值存放時(shí)間存放后pH 值
Ⅰ 7.2 88 天 7.2
Ⅱ 7.2 88 天 7.1
表2：在一般大氣條件下氣液接觸面積和接觸時(shí)間對(duì)鹽溶液pH值的影響
盛液容器和直徑（mm） 在大氣中的存放時(shí)間（小時(shí)）
0 4 10 24 168
小口瓶（Φ10）7.0 7.0 7.0 7.0 7.0
培養(yǎng)皿（Φ100）7.0 6.7 6.4 6.4 6.0
表3:在含堿性物質(zhì)的環(huán)境中存放條件和時(shí)間對(duì)鹽溶液pH值的影響
盛液容器鹽溶液在堿洗車間存放時(shí)間（天）
0 1 2 3 7 10 15 30
200ml 帶蓋瓶 6.6 6.66.6 6.6 6.7 6.76.8 6.7
200ml 無(wú)蓋瓶 6.6 6.97.2 7.3 7.5 7.77.7 7.7
24L無(wú)蓋槽6.5 - - - - 7.25 - -
從表1、表2和表3中可見(jiàn):
①存放在密閉容器里的鹽溶液，其pH值不隨存放時(shí)間的增加而變化。原因在于沒(méi)有與空氣接觸。
②存放在無(wú)蓋培養(yǎng)皿里的鹽溶液，隨著氣液接觸時(shí)間的增加，其pH值明顯下降。顯然是由于與空氣有較大的接觸面積。
③在含有堿性物質(zhì)的環(huán)境中，無(wú)蓋容器里的鹽溶液的pH值隨著存放時(shí)間的增加而升高。
5．鹽霧沉降量和噴霧方式
鹽霧顆粒越細(xì)，所形成的表面積越大，被吸附的氧量越多，腐蝕性也越強(qiáng)。自然界中90%以上鹽霧顆粒的直徑為1微米以下，研究成果表明：直徑1微米的鹽霧顆粒表面所吸附的氧量與顆粒內(nèi)部溶解的氧量是相對(duì)平衡的。鹽霧顆粒再小，所吸附的氧量也不再增加。
傳統(tǒng)的噴霧方法包括氣壓噴射法和噴塔法，Z明顯的缺點(diǎn)是鹽霧沉降量均勻性較差，鹽霧顆粒直徑較大。超聲霧化法借用超聲霧化原理將鹽溶液直接霧化成鹽霧并 通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)，解決了鹽霧沉降量均勻性差的問(wèn)題，而且鹽霧顆粒直徑更小。不同的噴霧方法對(duì)鹽溶液的pH值也會(huì)產(chǎn)生影響（見(jiàn)表4）
表4:不同噴霧方法對(duì)鹽溶液pH值變化的影響
噴霧方法供噴鹽液pH值聚集鹽液pH值pH值變化
氣壓噴射法 7.0 6.0 -1.0
氣壓噴塔法 7.4 6.5 -0.9
超聲霧化法 7.0 6.9 -0.1
從表4中可見(jiàn)：不使用壓縮空氣的超聲霧化法對(duì)鹽溶液pH值的影響不大,而利用壓縮空氣噴霧的氣壓噴射法和噴塔法，鹽溶液的pH值變化明顯。
1）超聲霧化工作原理
超聲霧化工作原理是利用超聲波發(fā)生器與換能器產(chǎn)生自激振蕩,向水中輻射強(qiáng)烈的超聲波,超聲波通過(guò)水和半透膜傳遞作用于霧化杯內(nèi)的待霧化鹽溶液,使存在于 鹽溶液中的微氣泡在聲場(chǎng)作用下起振,當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí),微氣泡迅速膨脹然后突然閉合,在微氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波。這種膨脹、閉合、振蕩等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò) 程稱為聲空化。在聲空化作用下液體在氣相中分散并在液體表面形成細(xì)霧飛逸，細(xì)霧在流動(dòng)氣體的帶動(dòng)下,*從霧化杯里流出實(shí)現(xiàn)超聲霧化。整個(gè)過(guò)程中只有 物理反應(yīng),而未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2）超聲霧化法中鹽霧沉降量的控制
超聲霧化法很容易控制鹽霧沉降率，影響鹽霧沉降率的因素有:溫度、壓力、鹽溶液濃度、鹽霧顆粒直徑、霧化速度等。鹽霧顆粒直徑的大小與超聲頻率有如下關(guān)系：
:超聲波頻率；：鹽溶液密度；：鹽溶液的表面張力
可見(jiàn)當(dāng)其他條件一定時(shí),可以通過(guò)調(diào)節(jié)鹽霧顆粒直徑來(lái)調(diào)整鹽霧沉降率。超聲波頻率越高，所產(chǎn)生的鹽霧越細(xì),鹽霧沉降率就越低。可以通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波頻率來(lái)達(dá)到控制鹽霧沉降率的目的。
霧化速度和超聲波的功率密切相關(guān),通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的功率來(lái)調(diào)整鹽霧沉降率。從而使單位時(shí)間內(nèi)的沉降速率得到控制。還可以通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入霧化杯進(jìn)氣口 的風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)鹽霧的產(chǎn)出量。當(dāng)進(jìn)氣量大時(shí),存在于液體中的微氣泡將增多,并易于形成更多的細(xì)霧,同時(shí)因壓差增大使鹽霧的流速加快,進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)的霧量增多。
為了證明超聲霧化的可行性和*性，將進(jìn)行下列兩個(gè)試驗(yàn):
①超聲霧化可行性試驗(yàn)
本試驗(yàn)的目的是1）超聲霧化的鹽霧是否發(fā)生沉降。（2）鹽霧沉降率能否控制。（3）鹽溶液經(jīng)霧化后是否發(fā)生對(duì)試樣不利的理化變化。

試驗(yàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。超聲波發(fā)生器使霧化杯里的鹽液霧化,通過(guò)塑料軟管擴(kuò)散進(jìn)入試驗(yàn)區(qū),隨著擴(kuò)散濃度的增加,鹽霧開(kāi)始發(fā)生沉降。試驗(yàn)區(qū)鹽霧濃度越高,沉 降就越快。Z終沉降率達(dá)到平衡并趨于穩(wěn)定。超聲霧化試驗(yàn)過(guò)程中鹽溶液濃度、pH值、試驗(yàn)區(qū)各點(diǎn)溫度等指標(biāo)均符合鹽霧標(biāo)準(zhǔn)要求。
②鹽霧沉降均勻性試驗(yàn)
本試驗(yàn)的目的是:證明超聲霧化法中鹽霧沉降均勻性相對(duì)于氣壓噴射法有明顯的改善。與氣壓噴射法相比，超聲霧化法所產(chǎn)生的鹽霧顆粒細(xì)小均勻，其直徑可控制 在幾微米到20μm之間，一致性好。而氣壓噴射法產(chǎn)生的鹽霧顆粒有粗有細(xì),其直徑可達(dá)幾百微米,在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)造成鹽霧分布不均勻,并減小了有效的試驗(yàn)區(qū)域。
 
五、結(jié)束語(yǔ)
鹽霧試驗(yàn)是考核產(chǎn)品或材料抗鹽霧腐蝕能力的重要手段，試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性、合理性至關(guān)重要。影響鹽霧試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性和一致性的因素很多，要提高鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的有效性，試驗(yàn)技術(shù)是關(guān)鍵。因此試驗(yàn)人員不僅需要具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，還需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)產(chǎn)品的全面了解，從化學(xué)和環(huán)境工程、材料、結(jié)構(gòu)和工藝等多學(xué)科領(lǐng)域去認(rèn)識(shí)鹽霧試驗(yàn)，科學(xué)合理地表述試驗(yàn)結(jié)果，更好地為產(chǎn)品選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝選擇、產(chǎn)品運(yùn)輸存貯及使用提供有效的信息，提高產(chǎn)品或材料的抗鹽霧腐蝕能力。