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综合老化腐蚀试验

加速腐蚀试验是用于测试涂层耐腐蚀性的一个很好的方法。在加速腐蚀试验中,实验室暴露条件与实际环境越接近,所得的耐腐蚀性数据越有用。传统的、应用最广泛的加速腐蚀方法是盐雾法,即在35℃ 下连续喷盐雾,盐溶液浓度为5%。1914年,该试验方法(ASTM B 117—2011)首次应用于腐蚀试验。即使长期以来人们都知道传统的盐雾法不能最大程度地模拟实际使用环境,然而在很多材料规范中,它都被列为必备的试验方法。

20世纪60年代初,工程师和科学家们就尝试创立循环腐蚀试验方法,以便更准确地预估出材料的耐腐蚀性。相比传统的稳态暴露方法,循环腐蚀试验更具有现实意义。研究表明:采用循环腐蚀试验(包括潮湿和干燥两种条件),材料的相对腐蚀率、结构和形态与实际暴露环境更接近。因此,相比传统的盐雾试验,循环腐蚀试验通常与实际环境具有更好的相关性。

目前已开发出多种不同的循环腐蚀试验方法:简单循环腐蚀试验法,如Prohesion循环,包括盐雾和干燥条件之间的循环,该方法尤其适用于测定工业防护涂层;更精密的方法则需要采用包含多个步骤的循环,除盐雾和干燥循环外,还包括静置、潮湿、饱和湿度或其它条件循环。这些试验均采用潮湿/干燥循环,以开发模拟更接近户外循环条件的实验室条件。综合老化腐蚀试验方法是循环腐蚀试验方法的一种,由Sherwin Williams公司的研究人员于20世纪80年代开发成功,被视为检验工业防护涂层实用性的最有效试验方法。

1综合老化腐蚀试验

Sherwin williams公司的研究人员通过Prohesion 试验研究发现,Prohesion方法无法区分以下三种涂层体系的耐腐蚀性[醇酸(铬酸锌防锈剂)一醇酸外涂层;丙烯酸乳胶(偏硼酸钡防锈剂)一丙烯酸乳胶外涂层;环氧聚酰胺(磷酸锌防锈剂)一环氧聚酰胺外涂层。

理论上,因涂层受紫外光曝晒发生老化时,会相应降低其耐腐蚀性,因此需要开发出新的综合老化腐蚀试验方法。此新的试验方法综合了Prohesion (ASTM G 85—1998)和QUV紫外光曝晒(ASTM G 154—2006)两种试验方法。

在进行了新的综合老化腐蚀循环试验后,上述三种涂层体系的耐腐蚀性排序与实际使用环境的排序保持一致(见表1),并发现,相比仅使用Prohesion 方法或传统盐雾方法,综合老化腐蚀试验方法的总腐蚀程度和形态与户外情况更接近。

外与实验室暴露的耐腐蚀性排序

Sherwin Williams公司的研究员Brian Skerry总结认为:综合老化腐蚀试验的耐腐蚀性排序结果与户外的排序结果最为接近,但也不难推断出,曝晒温度、试验时间和循环顺序最好与最终的应用环境相同。

2综合老化腐蚀试验循环的试验条件

综合老化腐蚀试验循环(约2 000 h)包括一周的 Prohesion试验和一周的Quv(紫外光)加速老化试验交替进行,其试验条件如表2所示。

合老化腐蚀试验循环的试验条件‘

试验表明:综合老化腐蚀试验循环可对水性涂层的性能进行有效等级评估。该方法于20世纪90年代中期被ISO 1 1997—1&2--2005和ASTM D 5894— 2005标准采用。

3综合老化腐蚀试验方法的验证

克利夫兰涂层学会(CCS)、钢结构油漆委员会 (SSPC)和几家制造商已对综合老化腐蚀试验进行了深入研究。研究表明:相比其它加速腐蚀试验,综合老化试验方法可更真实地模拟表面腐蚀形貌、腐蚀产物形成和涂层性能差异。采用综合老化腐蚀试验法得出的试验结果与户外评估结果更接近(见表3)。

同腐蚀试验方法和实际海洋环境的相关性比较

钢结构油漆委员会(SSPC)对15个不同涂层体 系,包括醇酸、丙烯酸、环氧和聚氨酯体系进行了试验。分别比较了综合老化腐蚀试验、传统盐雾试验、采用5%氯化钠溶液的循环盐雾试验、Prohesion试验和循环盐雾与紫外光曝晒综合试验五种实验室加速腐蚀试验结果与户外31个月的腐蚀结果的相关性。 SSPC研究表明:综合老化腐蚀试验对户外海洋暴露腐蚀的模拟效果最好。

克利夫兰涂料技术学会(CSCT)研究了多个实验室加速腐蚀试验方法与严酷户外应用环境的相关性。研究的加速腐蚀试验包括盐雾(ASTM B 117— 2011)、潮湿一干燥循环(5%氧化钠溶液)、Prohesion 试验和综合老化腐蚀试验。户外试验场包括美国新泽西州、北卡罗莱纳州海岸、佛罗里达州、加利福尼亚内陆、加利福尼亚海岸、俄亥俄州、密苏里州及俄勒冈州。试样是以冷轧钢板为底材的9种涂层。评估方法采用ASTM方法,评估漏电、生锈、起泡、丝状腐蚀和镜面光泽等项目;采用Spearman相关系数来比较实验室结果与户外结果。比较起泡和表面生锈程度时,CSCT发现ASTM B 117—2011盐雾法与户外环境相关性不大;采用5%氯化钠溶液的潮湿一干燥试验法比ASTM B 117—2011盐雾法的相关性稍好;综合老化腐蚀试验与大多数户外试验场的相关性较好E. 。

美国国家公路与运输协会(AASHTO)进行15个综合老化腐蚀试验循环,对专用于钢铁表面(如桥梁)的富锌底漆涂层体系进行评估。如Corbett所说: “ASTM B 117—201 1盐雾法是腐蚀试验公认的行业标准,但有些人认为该标准已过时,而倾向于采用 ASTM D 5894--2005标准(包括腐蚀试验和紫外光曝晒),其与实际环境条件更接近”。

4综合老化腐蚀试验方法的改进

对于大气腐蚀的模拟,ASTM D 5894--2005被公认为是对传统盐雾试验(ASTM B 1 17—2011)的实质性改进。然而很难用一种试验方法充分模拟在复杂环境中(如内陆炼油厂)所用涂层的耐腐蚀性能E 9|。多年来,许多研究人员对综合老化腐蚀试验方法进行了改进,以适用于特定材料或应用领域,以下为几 个相关实例:

实例1:荒漠工业环境是非常特殊的一种情况。实践表明,在科威特等工业区的条件下,涂层老化似乎比在西方国家更迅速。在对11个工业涂层体系的研究中,将来自科威特工业区的5个区域的两年半的数据及相关涂层性能与主要工业环境条件进行了比较。实验室试验包括了对早期综合老化腐蚀试验方案进行改进,即采用了不同的循环和试验方案,以便更好地模拟科威特的工业环境。实验室试验综合采用5%氯化钠溶液和3 000 mg/kg硫酸溶液进行100 h的盐雾试验,然后室温下干燥16 h,再在Quv中600c下紫外光照12 h,40℃下冷凝12 h。研究人员发现该循环试验可提供与科威特工业区环境相关性极好的条件。

实例2:国际集装箱出租商协会(IICL)针对集装箱涂层已采用改进的综合老化腐蚀试验方法进行试验,针对集装箱需要在海上运输的特点,延长了腐蚀的潮湿时间(试验规定在30℃下喷雾4 h,在40℃ 下干燥2 h)。

实例3:美国联邦公路管理局发现ASTM D 5894— 2005标准的“合理的试验方法”是针对较热气候的,从而开发了针对较冷气候的包含冻/融循环的改进暴露程序,其变更还包括了测试桥梁涂层的机械应力和考虑了热循环。低温暴露后,进行紫外光和冷凝循环,最后进行盐雾和干燥循环。该循环条件参见法国标准NFT 34—600—1997的附录B。

实例4:Rohm&Haas公司对ASTM D 5894— 2005试验稍加修改,采用较低的冷凝和紫外光曝晒温度。Rohm&Hass公司发现“该循环试验的结果与户外暴露的结果更接近。

5结语

至今,工业专家仍一致认为,综合老化腐蚀试验方法是测试易受光照影响发生老化的涂层耐腐蚀性的最佳方法。该方法已经过一系列的相关加速和户外试验结果的验证。

研究人员通过改进ASTM和ISO中的方法,加入酸性溶液、进行冻/融循环和其它调整,开发出与涂层的最终使用环境更接近的试验条件,对试验结果 进行了成功验证。

Sherwin Williams公司的Skerry对此进行了最好的总结:“虽然强烈推荐综合老化腐蚀试验方法,但这个实验方法并不是万能的,其相关性的量化、试验循环条件以及试验因素优化等方面,还有待进一步改进。尽管如此,该方法仍是目前最可行的试验方法。它提供了多种可能性,使我们能针对特定用户需求进行个性化修改。