防腐蝕涂層測試細致方法

WaterOff

2022-08-08 14:18:41

1、常規測試法

　　防腐蝕涂層的測試法，在工業實踐上，迄今仍以常規宏觀的測試法為主。各國均訂閱了很多有關的測試標準，如美國的ASTM、ANSI、SSPC、NACE、MIL等均訂有很多標準，國際標準化組織（ISO）、德國（DIN）、日本（JIS）、英國（BS）、法國（NF）、中國（G.B.）等都訂有測試標準，逐年修訂以測定涂層的防腐蝕性能。茲將常用測試法簡述如下：

　　1.1 鹽霧試驗法

　　此法是將涂漆的樣板劃傷后斜置于鹽霧箱中，經肯定時間后觀察樣板的銹蝕、蔓延和起泡程度。這是一種實驗室內的測試法，在國際上廣泛采用，但它只能表征涂層在該規定條件下的耐腐蝕舉動。ISO3768-1976（E）中性鹽霧試驗（NSS）的媒介中介紹，“抗鹽霧性能和在其他介質中的抗蝕性之間很少有直接關系，由于有種種因素影響著腐蝕過程……試驗所得效果不能被作為涂層在所有使用它的環境中抗蝕性的直接指南。同樣，試驗中不同涂層的性能也不能直接引導這些涂層在服役中的相對耐蝕性”。

　　鹽霧試驗雖然采用頗多，但不少專家對它指斥許多。如Appleman和Campbell以及Hare均撰文指斥。事實上大多數研究注解：鹽霧試驗與現實暴露沒有關聯性，甚至在海洋環境中的效果與鹽霧試驗也少關聯性。而且用不同鹽霧箱，或在不同時間，效果的正視性也缺乏證實。T.Liu認為必須找出鹽霧試驗與現實暴露的關聯性，由于涂料用戶正視現實結果。

　　在很多鹽霧試驗效果中，也確實有些與現實應用的結果不符，例如油性紅丹漆在一樣平常大氣中（尤其在未充分除銹的鋼面上）具有優秀的防腐蝕結果，但在鹽霧試驗中敏捷破壞，由于油性基料不耐鹽霧引起的陰極部位的皂化。沿海鹽霧中的氯化鈉、氯化鎂具吸潮而導電，氯離子腐蝕性強，所以鹽霧試驗比較接近船舶、近海采油平臺、沿海港灣設施等。鹽霧試驗迄今仍廣泛采用，例如汽車的陰極電沉積底漆（CED）都規定必須通過700h的鹽霧試驗。鹽霧試驗之所以廣泛被采用，除了有肯定的代表性外，是由于迄今尚無其它更廣泛合適的測試法。

　　鹽霧試驗法是1939年開發的，試驗法中最廣泛采用的是ASTM B-117-85，在其“范圍”一節中認為：在抗鹽霧和抗其它介質之間，很少存在直接的關系，由于反應的化學性子，包括膜的化學結構及其珍愛作用等常常是隨所接觸的條件而發生很大的轉變。ASTM B117鹽霧試驗中，鹽溶液呈中性，其pH值在6.5～7.2范圍中。詳細細節可參見該標準方法，該試驗可用于涂層的質量驗收，但不應將其看作是探索研究的最佳條件。

　　類似于B117中性鹽霧試驗的有：

　　ISO 3768-1976中性鹽霧試驗（NSS）（劃線刀刃角30°）

　　日本JIS K5400 7.8（劃線刀刃角22±2°）

　　JIS Z2371

　　德國 SS DIN 50021-1975

　　DIN 53167

　　歐洲ECCA T8（1985）歐洲卷材涂裝協會標準

　　GB 1771

　　以上介紹的是中性鹽霧試驗，是各種鹽霧試驗法中最廣泛采用以測定涂層的耐蝕性。

　　此外，為了加速腐蝕，尚有醋酸鹽霧試驗（ASS），是將前述的鹽霧液中加入醋酸，使pH值達3.1～3.3。例如：

　　ANSI/ASTM B 287-74

　　ESS DIN 50021

　　ISO 3769～1976（E）

　　本法適用于Cu+Ni+Cr或Ni+Cr的裝飾性鍍層，也適用于測定鋁的陽極氧化層的耐蝕性。此外尚有氯化銅加速的醋酸鹽霧試驗（CASS），由于含銅催化，比上述ASS試驗更快速，箱內溫度為50±2℃，如：

　　ASTM B 368

　　CASS DIN 50021

　　由于此法快速，多數人喜好采用于生產控制和產品驗收。但是ASS試驗CASS試驗均不及中性鹽霧NSS廣泛采用。

　　我國上海寶山鋼鐵總廠毛漢華等在“有機涂層鋼板產品同一試驗方法”研究報告中（1990年11月）對共20種涂層鋼材按ASTM B117、ISO 7253、ECCA T8、JIS K5400 7.8、屯1771各種中性鹽霧試驗進行對比，發現劃痕刀口角度對劃傷處腐蝕蔓延距離有影響，刀口角度大則蔓延的距離也大，而且試樣封邊很緊張，以免邊部起泡，再蔓延到中部，影響效果的可靠性。

　　英國鐵路局的Timmins開發了不延續而間歇噴霧的循環式鹽霧試驗箱，稱之為Prohesion箱據說結果很好。Skerry試用的效果認為此法比鹽霧試驗更接近現實腐蝕。

　　1.2 濕熱試驗

　　濕熱試驗是將涂有漆膜的樣板或實物置于濕熱試驗箱中，準時觀察起泡、腐蝕及附著力降落等轉變。雖然濕熱試驗引起的腐蝕不及鹽霧試驗劇烈，但濕熱試驗也具有其實際緊張性。由于有很多涂了漆的物體是處在潮濕悶熱的環境中，例如悶在大包裝內的機電產品、或貯在洞窟、地下庫房內的物體，四周透風不良，濕度很高，涂膜易破壞。濕熱試驗與鹽霧試驗的重要區別是在濕熱試驗的霧滴中沒有鹽分而是蒸餾水。雖然鹽滴因其導率高、又含氯離子而腐蝕作用劇烈。但對滲透壓而言，蒸餾水因其導電率高、又含氯離子而腐蝕作用劇烈。但對滲透壓而言，蒸餾水的活度高，涂層是半透膜，蒸餾水滲入漆膜的能力比鹽液強。水分透入漆膜，在兩層漆膜之間會降低層間附著力，在漆膜內會引起漆膜膨脹而產生內應力，透入漆膜與金屬之間會降低附著力，最后導致漆膜起泡。起泡后金屬與漆膜離開而開始腐蝕，從圖1可見：漆膜吸水率在蒸餾水中比鹽水中高。

　　各種濕熱試驗的詳細方法略有不同，ASTM D 1735《有機涂層水霧試驗標準方法》相似于B117鹽霧試驗的設備，溫度為37.8±1.1℃，噴霧液為蒸餾水或去離子水。ASTM D 2247-80《在100%相對濕度的樣板外觀始終存在冷凝水的情況下，溫度保持38±1℃。德國標標DIN 50017-1982也是有冷凝水的濕熱試驗，內中有恒定氣氛（KK）和交變濕度和溫度氣氛（KFW）等試驗方法。以上三種標準測試的溫度均為38℃左右。在濕熱試驗中溫度是緊張參數，影響腐蝕和漆膜破壞。溫度越高則高分子鏈的熱活動越活躍，分子間的自由體積增大，利于水汽的透入，但溫度太高早與現實情況不符。有些濕熱試驗的條件規定有升溫及降溫的循環，降溫時水汽在漆膜上凝露，增長水汽的透入。所以濕熱試驗測試條件必須有明確規定，而且垂直懸掛樣板之間必須間隔不碰。Martin和Mcknight將丙烯酸和醇酸漆在潮濕箱中測試，其效果可以畫出漆膜破壞程度與溫度倒數（1/T）是呈Arrhenius線，并可估出活化能。

圖1 漆膜在蒸餾水中與鹽水中吸水率比較

　　以上所述試驗，整個樣板溫度是統一的。另一種濕熱試驗法是采取溫度梯度法，對涂層的考驗也較為嚴格，例如ISO 6270-1980（E）——耐濕性的測定（延續冷凝法），所用儀器實質上是一個加熱器水浴，其頂蓋上放置受試的樣板，樣板的外觀（涂層）朝向水浴，水浴的水溫保持在40±2℃，水浴上方的溫度應在35～40℃之間。而儀器應置在溫度保持23±2℃、不透風環境中進行操作。在此條件下，水浴的溫熱的（35～40℃）水蒸汽透入漆膜，蒸汽到達較冷的鋼板底材時（23℃）會在涂層和鋼板間冷凝，損傷漆膜的附著力而導致起泡。見圖2。

圖2 耐濕性的測定

　　種試驗在現實應用中，類似于有些貯槽的頂部和橋梁下部河面上鋼架，在露天嚴寒的夜間，鋼板很冷，槽內尚溫暖的蒸汽透過漆膜而在鋼板的內外觀上凝露。水分透入漆膜開始是分散于漆膜中，達到飽和后再繼承深入到漆膜與鋼板間的界面，在鋼面上形成延續水膜，導致腐蝕。溫度梯度法使水滲過漆膜，在其與鋼板界面上冷凝成水膜，所以比常規濕熱試驗嚴格。類似的濕熱試驗有美國卷材涂裝協會（NCCA）的標準Ⅲ-6，也以溫度梯度來評定漆膜在潮濕條件下的附著力和抗起泡性。試驗箱中水蒸汽的溫度為60±3℃[在距離樣板0.0254m（1英寸處測量）]。

　　1.3 浸漬試驗

　　浸漬試驗是將受試樣板浸漬于液體介質中，這是最簡便的測試法，不像上述鹽霧試驗或濕熱試驗必要專門的設備，所以在實驗室中廣泛應用，以測試涂層耐水、耐鹽水、耐溶劑、耐酸、耐堿等腐蝕介質的情況。一樣平常是將試樣的一部分浸入介質，一部分留在液面上，液體上面的漆膜要耐蒸氣的侵蝕，液下部分的漆膜要耐介質的浸漬，尤其是在空氣與液體的交界部位，液面的氧氣濃度高，試樣金屬成為陰極而呈堿性，其下面部位的金屬樣板的氧氣濃度低而形成陽極。所以在浸漬試驗中，試樣漆膜在液面部位最易受堿性破壞而出現腐蝕。

　　浸漬試驗中，浸水法有很多標準測試法。

　　（1）ISO 1521-1973（E）浸水法

　　樣板浸于40℃的去離水中并同時通入空氣，試板長度的3/4浸漬在水中。

　　（2）ECCA T9-1985 耐浸水試驗

　　同上，水溫為40±℃，試樣長度的3/4浸入水中。

　　（3）NCCA Ⅲ-1 金屬外觀有機涂層浸水試驗

　　浸于37.8±1℃的水中。

　　（4）JIS K5400-1979

　　7.2 耐水性

　　蒸餾水或去離子水，水浴保持到該涂料規定的溫度。

　　7.3 耐沸水性

　　7.6 耐鹽水性