鹽霧試驗(yàn)箱作為人工加速腐蝕的核心裝備,其試驗(yàn)方法已從早期單一的中性鹽霧(NSS)擴(kuò)展為多維耦合應(yīng)力體系。不同方法通過調(diào)整電解質(zhì)種類、pH 值、溫度及濕熱交變周期,可在數(shù)小時(shí)至數(shù)百小時(shí)內(nèi)復(fù)現(xiàn)材料在海洋、工業(yè)大氣或冷凝水環(huán)境下的數(shù)年腐蝕行為。依據(jù) ISO 9227、ASTM B117、GB/T 10125 等標(biāo)準(zhǔn),對當(dāng)前主流四種試驗(yàn)方法——中性鹽霧(NSS)、醋酸鹽霧(AASS)、銅加速醋酸鹽霧(CASS)及交變鹽霧(SWAAT、PROHESION 等)進(jìn)行系統(tǒng)梳理,為實(shí)驗(yàn)室選型、工藝制定及數(shù)據(jù)比對提供技術(shù)參照。
二、中性鹽霧試驗(yàn)(Neutral Salt Spray, NSS)
2.1 原理與溶液
使用 5 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈉溶液,pH 6.5~7.2,噴霧后沉降率 1~2 mL/80 cm²·h,箱溫 35 °C。腐蝕機(jī)理以氯離子去鈍化為主,陽極反應(yīng)形成點(diǎn)蝕坑,陰極反應(yīng)生成 OH⁻,導(dǎo)致金屬陽離子水解、體積膨脹。
2.2 試樣放置
片狀試樣與垂直方向成 15°~30°,確保霧滴自由流動;異形件采用惰性支架懸掛,避免電偶效應(yīng)。
2.3 噴霧模式
① 連續(xù)式:24 h 不間斷噴霧,適用于質(zhì)量基準(zhǔn)比對;
② 間歇式:噴霧 8 h + 停 16 h,模擬海洋晝夜溫差導(dǎo)致的干濕循環(huán),觀察表面鹽結(jié)晶-潮解過程。
2.4 結(jié)果評定
以首次出現(xiàn)紅銹時(shí)間(FTR)或 96 h 腐蝕失重速率(g·m⁻²)為量化指標(biāo);電子行業(yè)常以 48 h 無白銹、500 h 無紅銹作為鍍鋅鈍化 PASS 門檻。
三、醋酸鹽霧試驗(yàn)(Acetic Acid Salt Spray, AASS)
3.1 溶液改性
在 5 % NaCl 中添加冰醋酸,調(diào)節(jié) pH 至 3.1~3.3,形成酸性鹽霧。H⁺ 與 Cl⁻ 協(xié)同加速陰極去極化,腐蝕速率約為 NSS 的 3 倍。
3.2 溫度與沉降
維持 35 °C,沉降率同 NSS,但霧滴 pH 降低后,鋁、鎂合金表面氧化膜溶解電流密度提高一個(gè)數(shù)量級。
3.3 典型應(yīng)用
汽車輪轂陽極氧化膜、建筑用 6 系鋁合金型材,常以 AASS 24 h 等效 NSS 72 h,縮短工藝驗(yàn)證周期。
3.4 質(zhì)量控制
每日需用酸度計(jì)校核收集液 pH,若 >3.5 則補(bǔ)加冰醋酸; pH <3.0 會過腐蝕,導(dǎo)致評級失準(zhǔn)。
四、銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)(Copper Accelerated Acetic Acid Salt Spray, CASS)
4.1 銅鹽引入
在 AASS 溶液中加入 0.26 g·L⁻¹ CuCl₂·2H₂O,Cu²⁺ 在金屬表面還原為 Cu,形成局部原電池,電位差可達(dá) 0.55 V,腐蝕速率提升至 NSS 的 8 倍。
4.2 溫度提升
箱溫設(shè)定 50 °C,高溫促進(jìn) CuCl₂ 水解,生成 Cu(OH)Cl 沉積,加速陰極氧還原動力學(xué)。
4.3 適用領(lǐng)域
裝飾性鎳-鉻鍍層、銅合金端子、PCB 化學(xué)鎳金層,采用 CASS 16 h 無鎳層發(fā)暗、無鼓泡作為合格判據(jù)。
4.4 設(shè)備要求
噴嘴、加熱器及水槽須為鈦合金或 PTFE 襯里,防止 Cu²⁺ 污染導(dǎo)致背景腐蝕;溶液每周更換,Cu²⁺ 濃度 <0.20 g·L⁻¹ 即失效。
五、交變鹽霧試驗(yàn)(Cyclic Salt Spray, SWAAT 或 PROHESION)
5.1 綜合應(yīng)力
將鹽霧、濕熱、干燥及常溫貯存按既定周期交變,模擬濱海晝夜溫差、晴雨交替及冷凝水滲透。典型循環(huán):
① 鹽霧 35 °C、4 h;
② 濕熱 40 °C/95 %RH、2 h;
③ 干燥 60 °C、<30 %RH、2 h;
④ 常溫靜置 1 h,合計(jì) 9 h 為一個(gè)循環(huán)。
5.2 腐蝕機(jī)制
濕態(tài)階段 Cl⁻ 滲入涂層微孔,干態(tài)階段水分揮發(fā)留下高濃度鹽核,下一鹽霧周期形成“鹽池”,導(dǎo)致涂層下橫向腐蝕(filiform corrosion)。
5.3 試驗(yàn)優(yōu)勢
不僅評價(jià)表面銹斑,還可評估涂層與基體界面附著力損失、密封膠開裂及電子元器件內(nèi)部遷移腐蝕。
5.4 標(biāo)準(zhǔn)對照
ASTM G85 A3(SWAAT)用于鋁翅片、汽車熱交換器;IEC 60068-2-52 嚴(yán)酷等級 2 推薦 7 天交變 + 7 天恢復(fù),適用于通信戶外機(jī)箱。
六、方法選擇建議
貴金屬鍍層 → CASS(快速 16 h);
陽極氧化建筑型材 → AASS(24 h);
一般鋼鐵件鍍鋅鈍化 → NSS(96 h);
涂層體系或完整部件 → 交變鹽霧(10 循環(huán)起)。
若需對標(biāo)海洋 20 年腐蝕深度,可結(jié)合 ISO 9223 環(huán)境分級與試驗(yàn)方法加速因子(AF)進(jìn)行換算,避免過度加速導(dǎo)致失效機(jī)理失真。
四種鹽霧試驗(yàn)方法各有其腐蝕動力學(xué)邊界與適用范圍。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)依據(jù)材料類別、服役環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)條款,合理選擇單一或組合方案,并通過沉降率、pH、銅離子濃度、溫濕度交變節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格過程控制,方可實(shí)現(xiàn)“可重復(fù)、可復(fù)現(xiàn)、可比對”的加速腐蝕目標(biāo)。
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