金屬／防銹油防銹性能試驗——多電極探頭直測法＊

靳九成，黃桂芳，陳迪平，王鎮(zhèn)道，靳 浩，王子君，歐碧蘭，何好興

（1.湖南大學 物理與微電子科學學院，湖南 長沙 410082；2.美Emcon Technologies Co.；3.洛陽軸承研究所；4.長沙展鴻化工有限公司，湖南 長沙 41）

金屬／防銹油的防銹性能試驗自1939年以來一直沿用ISO濕熱法和鹽霧法，它們具有試驗周期長（10～102d）、耗能大，目測評估定性、有人為隨意性，設備大、重、笨等缺陷，難適應新產品開發(fā)周期短、實時檢測及節(jié)能等的要求.2005年國家頒布原始創(chuàng)新行業(yè)標準JB／T10528防銹油防銹性能試驗多電極電化學法[1]，測評速度比ISO濕熱、鹽霧法提高1～2個數量級，設備體積縮小兩個數量級，但仍需在多電極測試探頭上涂油瀝干制樣，耗時24h以上，然后再在5%的NaCl中測試探頭各電極的電阻，并需歷經超聲環(huán)節(jié)再測，根據其超聲時間、電阻分布來評價防銹油的防銹性能優(yōu)劣次序.本文提出的多電極探頭直測法，不須瀝干制樣，直接將清潔多電極探頭和輔助電極浸入軟膜油樣中進行測評，測評速度比JB／T10528防銹油防銹性能試驗多電極電化學法又提高了70倍，比ISO濕熱、鹽霧法提高2～3個數量級，將大大有利于縮短新產品研制周期、實時檢測和節(jié)能.

1 直測法的測試原理

常溫下涂覆防銹油膜的金屬腐蝕是一個電化學過程[2].該過程遇到的阻力主要來自油膜極化電阻，其次是液膜電阻，防腐蝕主要靠油膜極化電阻.該過程遇到的阻力越大，金屬的腐蝕電流和腐蝕速度就越小，腐蝕速度與電極電阻成負關系[3－4].

如圖1所示，將N個相互絕緣金屬絲電極組成的測試探頭及輔助電極（兩電極材料相同，如Fe基金屬絲，N經優(yōu)化為64）工作面經研磨、清洗后，水平平行相向定間距地直接置入軟膜防銹油中，測試探頭各個電極經導線分別接入多電極電化學測試儀一端，輔助電極接入多電極電化學測試儀另一端，參考電壓源與測試探頭、防銹油、輔助電極構成一腐蝕電流回路，測試所得電阻為電極吸附膜極化電阻和油液本體電阻之和[5－7].防銹油的極化電阻遠大于油液本體電阻，測得的電阻越大，反映防銹油的極化電阻越大，其防銹性能就越好.由于防銹油的電化學不均勻性，各電極電阻一般是不同的.低阻區(qū)域是防銹油防護的薄弱環(huán)節(jié)，其膜下金屬最先腐蝕，直接控制著油膜的防銹性能優(yōu)劣.通過統(tǒng)計低阻區(qū)電阻分布來評價防銹油膜的防銹性能.

圖1 多電極探頭直測法測試線路示意圖Fig.1 Schematic of direct measurement method using wire beam electrode

2 防銹性能的M＋3參數評價方法

多電極電化學測試儀對N（64）個電極巡回檢測，可得N（64）個電極的電阻分布.重復對同種新油樣測2次，共可得3N（192）個電極的電阻Ri分布作為評價樣本.本文提出192個電極的相對易腐蝕等效電極數m，電極電阻平均值ˉR和電極電阻相對的相對均方差δ三參數來評價油膜的防銹性能.

2.1 m－192個電極的相對易腐蝕等效電極數

直測法的電極電阻分布有兩個特點：1）R≮1×108Ω；2）電極電阻分布在較窄區(qū)域.測試儀R量程一般為1×1012Ω.因為電極腐蝕速度與電極電阻成負關系，將電極阻值1×108Ω≤R＜1×1012Ω范圍劃分為（M－1）個區(qū)間，加上R≥1×1012Ω共M個區(qū)間（M的大小依評價分辨率要求選擇，M≮6）；各區(qū)間電極的相對易腐蝕權重因子αi與其電極電阻成負關系（由試驗優(yōu)化選?。挥晒剑?）可計算192個電極的相對易腐蝕等效電極數m：

其中mi是192個電極阻值分布在第i個區(qū)間的電極數.比較不同防銹油之m，顯然小者防銹性能為優(yōu).

本文依大量試驗給出M＝17個區(qū)間及αi相應值如下：

17個區(qū)間：1×108Ω≤R＜3×108Ω，3×108Ω≤R＜5×108Ω，5×108Ω≤R＜7×108Ω，7×108Ω≤R＜10×108Ω，1×109Ω≤R＜3×109Ω，3×109Ω≤R＜5×109Ω，5×109Ω≤R＜7×109Ω，7×109Ω≤R＜10×109Ω，1×1010Ω≤R＜3×1010Ω ，3×1010Ω≤R＜5×1010Ω，5×1010Ω≤R＜7×1010Ω，7×1010Ω≤R＜10×1010Ω，1×1011Ω≤R＜3×1011Ω，3×1011Ω≤R＜5×1011Ω，5×1011Ω≤R＜7×1011Ω，7×1011Ω≤R＜10×1011Ω，1×1012Ω≤R.與i區(qū)間相對應αi值：1.00，0.95，0.90，0.85，0.78，0.71，0.64，0.57，0.50，0.43，0.36，0.29，0.22，0.15，0.08，0.01，0.

2.2 －192個電極電阻平均值

由于防銹油的電化學不均勻性，取其電極電阻平均值ˉR：

反映防銹油的平均防銹能力.在m相同條件下，比較，顯然大者防銹性能為優(yōu).

2.3 δ－192個電極電阻相對ˉR的相對均方差

δ反映油膜192個電極小區(qū)防銹能力的離散度或不均勻性.在以上參數相同條件下，比較δ，顯然δ小者防銹能力為優(yōu).

3 防銹油防銹性能多電極探頭直測法與ISO濕熱、鹽霧法對比試驗

由于ISO濕熱、鹽霧法屬室內單一循環(huán)加速試驗方法，各有其局限性[8].試驗證明：當幾個油樣防銹性能相差較大時，ISO濕熱、鹽霧法能一致分辨其優(yōu)劣次序；而相近或相等時，則有可能無法一致，反之亦然[9].因而對比試驗要分兩種情況進行.

3.1 幾種油樣防銹性能相差較大到濕熱、鹽霧法試驗能一致分辨其優(yōu)劣次序情況

1）武漢材保所提供油樣F－11和F－111及其濕熱、鹽霧法試驗數據如表1所示，直測法試驗數據如表2所示.對比直測法所測防銹性能優(yōu)劣次序與濕熱、鹽霧法一致：F－111＞ F－11.

表1 F－11和F－111油樣濕熱、鹽霧法試驗數據Tab.1 Humidity cabinet and salt spray test data for F－11and F－111oil samples

表2 F－11和F－111油樣直測法試驗數據Tab.2 Direct measurement test data for F－11and F－111oil samples

2）洛陽軸研所提供 HK－2006－cp－280＃和287＃油樣及其濕熱、鹽霧法試驗數據如表3所列，直測法試驗數據如表4所列.對比直測法所測防銹性能優(yōu)劣次序與濕熱、鹽霧法一致：287＃＞280＃.

表3 280＃和287＃油樣濕熱、鹽霧法試驗數據Tab.3 Humidity cabinet and salt spray test data for 280＃ and 287＃ oil samples

表4 280＃和287＃油樣直測法試驗數據Tab.4 Direct measurement test data for 280＃and 287＃oil samples

3.2 幾種油樣防銹性能相同或相近情況

1）洛陽軸研所提供 HK－2007－cp－5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油樣，其濕熱、鹽霧法試驗數據如表5所列，所測防銹性能優(yōu)劣次序濕熱法為：23＃≈108?！?9＃＞13＃＞5＃；鹽霧法為：23＃＞108＃≈13＃＞19＃＞5＃，二者不完全一致.直測法試驗數據如表6所列，所測防銹性能優(yōu)劣次序：23＃＞19＃＞108＃＞13＃＞5＃，與濕熱法一致，分辨率更高.

表5 5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油樣濕熱、鹽霧法試驗數據Tab.5 Humidity cabinet and salt spray test data for 5＃，13＃，19＃，23＃and 108＃oil samples

表6 5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油樣直測法試驗數據Tab.6 Direct measurement test data for 5＃，13＃，19＃，23＃and 108＃oil samples

2）日本北杉公司提供R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油樣，洛陽軸承所提供濕熱、鹽霧法試驗數據如表7所列，所測防銹性能優(yōu)劣次序濕熱法為：301A＞301B＞350M＞317DP＞301KD；鹽霧法為：301KD＞350M＞301A＞301B＞317DP，二者不完全一致.直測法試驗數據如表8所列，所測防銹性能優(yōu)劣次序為301A＞317DP＞350M＞301B＞301KD，更接近濕熱法，這是正常的.

表7 R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油樣濕熱、鹽霧法試驗數據Tab.7 Humidity cabinet and salt spray test data for R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP and R－350Moil samples

表8 R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油樣直測法試驗數據Tab.8 Direct measurement test data for R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP and R－350Moil samples

4 結 論

1）對比試驗證實：多電極探頭直測法評價金屬／軟膜防銹油的防銹性能是行之有效的.

2）多電極探頭直測法測評一個油樣僅需10～15min，測評速度快，比ISO濕熱、鹽霧法縮短試驗時間幾十到幾百倍，設備體積縮小，便于攜帶，特別有利于縮短新產品研制周期、在線檢測和節(jié)能.

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