中性鹽霧實驗在汽車用冷軋薄板上的應用研究

茹雪琴

（酒鋼集團檢驗檢測中心，甘肅 嘉峪關 735100）

1 引言

為提升金屬材料的產品質量，做好產品耐腐蝕工作至關重要。在各種腐蝕現象里，鹽霧腐蝕是最頻繁的腐蝕之一，它對產品的破壞性極強，“主要是導電的鹽溶液滲入金屬內部發生了電化學反應，形成腐蝕生成物[1]。”進行鹽霧腐蝕實驗其本質就是高度還原實際工作環境，并加快腐蝕速率，在短時間內能夠更好地對產品的抗腐蝕性能進行分析檢驗。但在實驗過程中，影響實驗結果的因素比較多，測試儀器、實驗溫度、濕度、PH 值等都是重要的影響因素。本研究主要針對中性鹽霧試驗（NSS）方法的簡要探究，分析實驗過程中的影響因素，規避其缺陷，從而獲得更準確的實驗結果。

2 鹽霧實驗的概念和機理

2.1 鹽霧實驗的概念

鹽霧腐蝕是一種常見的環境實驗，最早可以追溯到1914年，源于美國國家標準局[2]。這一實驗是檢測金屬材料抗腐蝕性能的科學方法中的一種，實驗原理為模仿產品所處的環境，根據實驗要求，設定更加嚴酷的實驗條件，以此在短時間內分析出相關數據。其優點為能很好地操控試驗的環境，大大節省時間與資金耗費。

2.2 鹽霧腐蝕機理

金屬材料受到鹽霧腐蝕的原因大致為一種存在于鹽霧里氯化物離子產生了相應的化學反應，由于其吸附金屬的性能很好，所以很容易與該材料的保護層接觸提升產生化學反應，讓材料的表面產生變形，最終使得該材料被腐蝕。大氣中含有氧氣，當物理環境（濕度、溫度）發生變化時，具有腐蝕成分和腐蝕因素的污染物會腐蝕材料[3]。

3 中性鹽霧實驗

3.1 實驗條件

實驗前，應該先調試設備，鹽霧實驗箱空載運行，確認連續噴霧至少24 h 的平均鹽霧沉降率和其他試驗條件符合要求，再將處理后的試樣放到鹽霧箱內試驗[4]。實驗條件如表1 所示。

3.2 影響鹽霧實驗的因素

影響鹽霧實驗的因素很多，本文主要對以下影響因素進行討論：水質與溶液中的雜質、實驗濕度、溫度、鹽溶液的pH 值、鹽霧沉降率、氯化鈉溶液濃度/樣品放置角度。

3.2.1 水質與溶液中的雜質

實驗所需的水質有特定的要求，具體要求為要么使用去離子水，要么使用蒸餾水，這些水質的電導率不得超過20μs/cm。因為鹽霧產生的腐蝕性質較為特殊，溶液中混雜有一些物質，這些能夠使得金屬間的電位差值變大，從而改變腐蝕的速度，這就使得必須使用特定的水來進行操作。氯化鈉分析純雜質≤0.01%。

3.2.2 實驗濕度、溫度

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[5]。鹽霧的腐蝕速度和環境里的濕度高低呈正相關，前提條件為進行實驗的溫度是一致的。

三者的關系表現為：

大氣侵蝕度=（（H-65）/10）·1.045·T

式中：H 為空氣相對濕度（%RH）；T 為空氣溫度，℃。

根據上述數據可分析出，在濕度大于65%RH 的時候，當濕度進一步上升時，金屬受腐蝕程度提升。根據相關的實驗，進行實驗的環境濕度≥70%時，把鹽溶解于濕度較高的氣體時，可使該化學反應更順利地進行。

除了濕度外，溫度同樣會導致腐蝕的速度發生變化。根據Arhenius 公式可以發現，該實驗環境的溫度提高10℃，而該化學反應的發生速率也會隨之提升兩到三倍。但是根據相關實驗的數據發現，溫度升高和鹽霧腐蝕速度的相關度不高，其原因為含氧量與溫度的高低呈反相關。

所以，實際實驗的溫度大都控制在33℃～37℃之間，濕度大都控制在70%左右。

3.2.3 鹽溶液的pH 值

這一條件的變化同樣會使腐蝕的速率發生變化，在材料的鹽霧腐蝕實驗中，噴霧液的pH 值對鹽霧腐蝕速率的影響很明顯[6]。根據pH 值的基本原理，pH 每下降一檔，[H+]的數值反而會上升十倍，由于這一數值的上升，去極化作用就會更加明顯，從而使得金屬受腐蝕的程度加深，pH 值越低，酸性越強，對材料的腐蝕性也就越強[7]。

3.2.4 鹽霧沉降率

鹽霧沉降率在一定程度上，是有關鹽霧實驗裝置的一種性能測試，可以檢驗其在噴霧密度，以及鹽霧沉降的特性的好壞。而有關其參數，鹽霧沉降率的數據大小，是反映液體更新程度的一種直接反應，并且腐蝕性也會依據液體的更新程度而產生一定的波動。

3.2.5 氯化鈉溶液濃度

氯化鈉濃度的高低，反映了一定單位溶液中氯化鈉的含量之多少。而氯化鈉（鹽）的多少又影響著溶液的導電性能的大小，導電性越好，腐蝕速率就越快。但有關溶液中的氧含量，以及能溶解氧氣的含量，就會相應地減少，從而降低反應效率，進而影響整個實驗。根據GB/T 10125-2021 標準規定，鹽霧實驗中，必須要使用溶液含量為5%的氯化鈉溶液，以此來作為實驗濃度。

3.2.6 樣品放置角度

溫度和腐蝕程度呈正相關，溫度越高，腐蝕程度越強[8]。在實際鹽霧實驗時，當溫度與溶液濃度都符合一定條件時，則設法使得鹽霧能夠準確沉降到實驗金屬的表面，進行化學腐蝕性反應，而在選擇好適當的角度范圍后，實驗樣品的一點點的角度變化，都會影響其與沉降下來的鹽霧的接觸，進而影響整個實驗數據。根據大量實際經驗表明，當實驗的金屬在一定水平方向上，角度為60°～75°時，整個實驗處于波動最小，是數據最好的時候。實驗時噴霧階段實驗箱溫度應保持在35℃±2℃[9]。

4 實驗材料與方法

實驗所使用的金屬為DC04-Q1 汽車用薄鋼板，其組成成分如表2 所示。其所選擇的鋼薄板尺寸是150mm×70mm×1mm，共選擇了4 個實驗樣品。并且，在同一時段，分別對四個樣品進行長達4896168 個小時的實驗，實驗所選擇的設備是型號為CCT1100，專門制造的鹽霧腐蝕實驗箱。在進行實驗之前，用酒精對樣品進行仔細清潔并擦拭，后再上秤，并記錄重量。實驗選擇中性實驗鹽霧方法，腐蝕液通過使用去離子水得到，pH 值為6.7～7.2，NaCl 溶液濃度為5%。實驗時所需要的溫度為（35±2）℃，所設置好的鹽霧釋放量為1.67mL/h。

表2 DC04-Q1 薄鋼板的化學成分

5 結果與分析

5.1 結果分析

通過實驗可以發現，在進行了48h 的鹽霧之后，實驗樣品會呈現出黃黑色的痕跡，但是不存在肉眼可觀察到的凹陷，也無氣泡等。在進行了96h 之后，樣品表面粗糙度變大，有較大的、可以觀察到的黃褐色，小部分的黑色的銹跡。在168h 之后，樣品表面變化十分大，凹痕明顯，有氣泡，還存在起皮現象（如圖1 所示），并且還伴隨著掉黑渣現象。

經歷了鹽霧實驗后的樣品，表面凹凸不平，就像月球表面。圖1a中，有氣泡產生，隨著時間的推移，出現掉渣現象，而圖1b、圖1d 都有凹痕，并產生了黑色銹跡，圖1c 也是相似情況。

圖1 168h 鹽霧試驗后的表面形貌

5.2 結果數據

實驗過程中，試樣質量有所損失。再次稱重，分別得到實驗48h、96h、168h 后的數據。由表格可知，實驗持續時間越長，質量損失就越明顯。實驗數據如表3、4、5 所示。

表3 48h 實驗數據

根據實驗數據，得到不同時期內腐蝕速率如圖2所示。計算可得，在試驗分別進行48h、96h、168h 之后，實驗對樣品的腐蝕損壞的速率分別為0.7925、0.7293、0.7710 mm/a，并且可以看出，腐蝕速率呈現出一定的規律性，時間越長，速率先降低再升高，但回不到最初的水平。而在相關過程中，晶粒的變形會使得鹽霧腐蝕的整個速率先變快，然后產品的耐腐蝕程度隨之降低。同時樣品還會伴隨著起皮、掉渣等現象，并出現明顯凹陷，這會在一定程度上加速腐蝕的速度。

圖2 鹽霧實驗不同周期的腐蝕速率

表4 96h 實驗數據

表5 168h 實驗數據

6 結語

鹽霧實驗是檢測產品耐腐蝕性的較好的方法之一。整個實驗中，溶液的選擇，環境因素的影響，鹽霧的釋放量和速率，溶液的pH 值等因素，都會影響到實驗結果。所以，為了達到最好的實驗效果，實驗人員應具有較高的專業素養，具備相關的專業技能，并嚴格把控各項環節，善于吸取前人經驗，這樣才能得出最準確的實驗結果。