鹽霧預處理試驗中濕度參數的影響

朱家琰，陳魯鐵

（中汽研汽車零部件檢驗中心（寧波）有限公司，寧波 315000）

前言

經研究發現各大主機廠的標準中，對于鍍鋅緊固件的耐腐蝕性試驗測試普遍采用熱預處理+中性鹽霧的試驗方式，常見的熱處理溫度從80~140 ℃不等，而相應的熱預處理時間則從3~48 h不等。試驗室通常采用干燥箱等儀器進行前期的熱預處理試驗，干燥箱可以達到相應的溫度，但在濕度方面通常處于較低的水平，即低于35 %，這與實際環境中的濕度不相符。如沿海區域處于高濕度、高鹽度及高低溫交替的環境中，西部沙漠地區處于低濕度，晝夜溫差大的環境中，北方地區每年有2~3個月的時間處于降雪等狀態。在對緊固件的防腐能力進行評價的過程中，需要綜合考慮溫度、濕度、鹽度等多方面的條件。除此之外，不同檢測機構采用的設備不同，由于標準本身通常未對熱預處理的濕度進行明確要求，濕度變量的引入可降低試驗結果的準確性。為更好地模擬實際環境，前期的熱預處理試驗應對試驗的濕度進行綜合的考慮，使試驗具有更強的實際意義。

鋼制緊固件的耐腐蝕性能較差，通常需要通過表面處理改善其耐腐蝕性能，對于不同工況下服役的緊固件，表面防護工藝的要求有所不同。如常處于高溫環境使用的緊固件，其表面防護層需要有較強的耐熱性，不易在溫度變化過程中出現開裂等現象。通常情況下，緊固件應具有較強的耐蝕性、旋合性、力學性能（強度等）及外觀顏色美觀等要求。常處于高濕度、高溫度、高鹽度或溫度濕度交替的緊固件極易發生腐蝕，這不僅影響的了產品的美觀程度，還降低了連接強度，形成了安全隱患，近年來受到了廣大學者的關注，在近年發布的耐腐蝕性能相關的檢測標準中，也有較多體現。更多的標準開始用循環腐蝕試驗代替常規的中性鹽霧試驗，用預處理和鹽霧試驗相結合打的方式代替中性鹽霧試驗，也有部分標準相比之前的實驗方法增加了試驗時間和腐蝕介質的要求。鍍鋅試緊固件中最常用的表面處理工藝，包括電鍍鋅、熱浸鍍鋅、粉末滲鋅等方法。其中，熱浸鍍鋅可以有效避免氫脆的可能，減少了表面處理工藝對于緊固件強度的影響，同時該工藝的成本較低，是緊固件應用最廣泛的處理工藝。

本文我們通過探索不同濕度與溫度相結合的濕熱預處理方式對于后期腐蝕試驗的影響，來探索相同溫度、時間的濕熱預處理試驗中，濕度對后續腐蝕進展的影響，為預處理試驗參數的制定和機理研究提供參考。基于目前大部分的熱預處理試驗均是用于鍍鋅試樣的測試，本文主要以熱浸鍍鋅表面處理工藝為研究對象。選取鍍鋅試板進行試驗，便于觀察其在試驗過程中表面的白銹、紅銹形貌及發展情況、腐蝕面積等，綜合分析不同濕熱預處理條件對后續腐蝕進展的影響。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

本實驗選用SPCC材料作為基材，熱浸鍍鋅為表面處理工藝，鍍鋅量為40/40，試驗前對鍍鋅層厚度進行測試，試板鍍鋅層厚度為7.0~7.5 μm。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗階段

試驗階段包括預處理試驗和人工加速腐蝕試驗，具體試驗方法如下：

濕熱預處理試驗溫度、濕度、時間等參數設計見表2。（每個預處理條件均選取三片試板進行測試）。

人工加速腐蝕試驗：試驗的操作及儀器選擇按照GB/T 10125-2012 《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》的中性鹽霧試驗要求進行。試驗條件：NaCl濃度：（50±5）g/L；pH：6.5~7.2；沉降量：（1.5±5）mL/h；放置角度：15~20 °，根據腐蝕情況每隔24 h或36 h觀察試樣（試驗開始2天為每隔12 h觀察一次），根據腐蝕進程確定試驗總時間。

1.2.2 測試階段

涂鍍層厚度測試：采用磁性測厚儀，按照GB/T 4956-2003 《磁性基體上非磁性覆蓋層 覆蓋層厚度測量法 磁性法》測試試板鍍層厚度（對試板初始膜厚及試驗各階段膜厚值進行測試），每片試板選取5個點進行測試，最終結果取平均值。

2 試驗結果與分析

2.1 腐蝕進展速度分析

對試驗各階段試板的腐蝕形貌進行分析，本試驗中我們主要關注的包括試板膜厚的變化，紅銹和白銹的出現時間及腐蝕進展速度。

根據圖1、圖2可分析在相同溫度和處理時間下，預處理階段濕度對后期腐蝕的影響。在60 ℃和80 ℃的溫度下，后期腐蝕進展與濕熱處理階段濕度有關。濕熱預處理試驗中，當濕度低于70 %RH時，后期腐蝕速度與預處理的濕度成負相關，當濕度大于70 %RH時，后期腐蝕速度與預處理的濕度成正相關。根據圖3分析可以得到當預處理溫度和濕度相同時，隨預處理時間的延長，后期的腐蝕進展明顯加快，即白銹的出現時間提前，白銹覆蓋的面積增大。不同離子的潮解濕度不同，以Cl-為例，其潮解濕度為76 %（受溫度影響）。在本試驗中，當是熱預處理的濕度高于70 %時，空氣中存在的Cl-、OH-等多種腐蝕因子開始潮解，導致腐蝕作用從濕熱預處理環節即開始發生，從而使整體腐蝕進度加快。隨濕度的繼續增加，空氣中潮解的離子種類以及水膜中的離子濃度上升，腐蝕速度加快。綜合以上因素影響，在濕熱預處理過程中，預處理溫度、時間相同時，隨濕度的增加，腐蝕速度先減慢后增加。

表1 濕熱預處理+中性鹽霧試驗條件

2.2 試板腐蝕質量損失率測試及分析

表2 列出了不同預處理條件下，分別進行18天、30天、40天后熱浸鍍鋅試板的腐蝕質量損失情況，可將此結果與表3的銹蝕發展情況進行對比。三種測試的數據所反應的腐蝕變化趨勢與預處理條件的關系一致。歸納如下：

表2 不同預處理條件下的熱浸鍍鋅板質量損失

濕熱預處理后試板的腐蝕質量損失率與預處理階段存在關聯性。在濕度較低時（低于50 %RH），此時的預處理試驗可以看做熱預處理試驗（通常情況下的干燥條件為濕度低于50 %RH），試板的質量損失率較大，之后隨濕度的增大，相同時間內試板的質量損失率出現下降，直至濕度達到70 %RH。其中，70 %RH濕度下的質量損失量最小。當濕度大于70 %RH時（預處理溫度和時間相同），隨濕度增加，相同時間內的質量損失量增大。以80 ℃，90 %RH條件下濕熱預處理18 h為例，試板在18天，30天，40天后的質量損失量分別為117.86 g/cm2、、168.98 g/cm2、267.56 g/cm2；經80℃，30 %RH濕熱預處理18h的試板（該條件的濕熱預處理可以等效于熱預處理試驗條件）在18天，30天，40天后的質量損失量分別為118.01 g/cm2、、169.63 g/cm2、265.58 g/cm2。80 ℃，90 %RH濕熱預處理18 h與80 ℃，30 %RH熱預處理18 h后的試板的質量損失量相接近。通過試驗結果可知，熱預處理相比于濕熱預處理在鍍鋅試板防腐能力的測試中條件更加苛刻，只有當濕度足夠大（90 %RH或更高時），才能在相同時間內產生于熱預處理相近的效果。

2.3 腐蝕形貌（宏觀）分析

對測試期間的試板每隔一段時間觀察一次表面腐蝕情況，記錄相關數據，包括白銹、黑銹、紅銹面積，腐蝕產物性狀、宏觀的腐蝕形貌（如斑點狀、水流狀等）。表3為腐蝕各階段不同預處理條件下試板照片，表格中代表性地選擇了第2、8、15、22、34天后的試板照片。從中可以較直觀地看到整個腐蝕的過程。

表3 試驗各階段代表性照片（部分）

較高濕度濕熱預處理后試板的白銹形貌與較低濕度下濕熱預處理后（30 %RH，可近似看做熱預處理）試板的腐蝕形貌不同，宏觀形貌分析發現，相同溫度和預處理時間時，較高濕度下（高于50 %RH）的預處理試驗所產生的白銹較致密，粘稠，主要以斑點狀或網狀形態分布于試板上，斑點處及網狀結點處白銹生成量較多，不易通過沖洗的方式去除。由于白銹較為致密，對試樣表面的保護效果較好，因此在后期試驗中，腐蝕速度較慢，紅銹出現時間有一定的延遲，但紅銹出現后的腐蝕進展速度與較低濕度下預處理結果相近。

3 結論

本文通過熱鍍鋅試板探究了鹽霧前預處理試驗中的濕度條件變化對后續腐蝕試驗的影響情況。試驗證實了不同溫度下預處理試驗中的濕度的改變均可影響后續熱鍍鋅試板在鹽霧試驗中的腐蝕進展速度。當濕度低于70 %RH時，相同溫度下，隨濕度的增大，后續腐蝕進展速度減慢，當濕度大于70%RH時，隨濕度增大，腐蝕速度增加。濕熱預處理中溫度的提高和濕熱處理時間的延長均與腐蝕的進展速度成正相關。