防腐蚀涂层测试细致方法

WaterOff

2022-08-08 14:18:41

1、常规测试法

　　防腐蚀涂层的测试法，在工业实践上，迄今仍以常规宏观的测试法为主。各国均订阅了很多有关的测试标准，如美国的ASTM、ANSI、SSPC、NACE、MIL等均订有很多标准，国际标准化组织（ISO）、德国（DIN）、日本（JIS）、英国（BS）、法国（NF）、中国（G.B.）等都订有测试标准，逐年修订以测定涂层的防腐蚀性能。兹将常用测试法简述如下：

　　1.1 盐雾试验法

　　此法是将涂漆的样板划伤后斜置于盐雾箱中，经肯定时间后观察样板的锈蚀、蔓延和起泡程度。这是一种实验室内的测试法，在国际上广泛采用，但它只能表征涂层在该规定条件下的耐腐蚀举动。ISO3768-1976（E）中性盐雾试验（NSS）的媒介中介绍，“抗盐雾性能和在其他介质中的抗蚀性之间很少有直接关系，由于有种种因素影响着腐蚀过程……试验所得效果不能被作为涂层在所有使用它的环境中抗蚀性的直接指南。同样，试验中不同涂层的性能也不能直接引导这些涂层在服役中的相对耐蚀性”。

　　盐雾试验虽然采用颇多，但不少专家对它指斥许多。如Appleman和Campbell以及Hare均撰文指斥。事实上大多数研究注解：盐雾试验与现实暴露没有关联性，甚至在海洋环境中的效果与盐雾试验也少关联性。而且用不同盐雾箱，或在不同时间，效果的正视性也缺乏证实。T.Liu认为必须找出盐雾试验与现实暴露的关联性，由于涂料用户正视现实结果。

　　在很多盐雾试验效果中，也确实有些与现实应用的结果不符，例如油性红丹漆在一样平常大气中（尤其在未充分除锈的钢面上）具有优秀的防腐蚀结果，但在盐雾试验中敏捷破坏，由于油性基料不耐盐雾引起的阴极部位的皂化。沿海盐雾中的氯化钠、氯化镁具吸潮而导电，氯离子腐蚀性强，所以盐雾试验比较接近船舶、近海采油平台、沿海港湾设施等。盐雾试验迄今仍广泛采用，例如汽车的阴极电沉积底漆（CED）都规定必须通过700h的盐雾试验。盐雾试验之所以广泛被采用，除了有肯定的代表性外，是由于迄今尚无其它更广泛合适的测试法。

　　盐雾试验法是1939年开发的，试验法中最广泛采用的是ASTM B-117-85，在其“范围”一节中认为：在抗盐雾和抗其它介质之间，很少存在直接的关系，由于反应的化学性子，包括膜的化学结构及其珍爱作用等常常是随所接触的条件而发生很大的转变。ASTM B117盐雾试验中，盐溶液呈中性，其pH值在6.5～7.2范围中。详细细节可参见该标准方法，该试验可用于涂层的质量验收，但不应将其看作是探索研究的最佳条件。

　　类似于B117中性盐雾试验的有：

　　ISO 3768-1976中性盐雾试验（NSS）（划线刀刃角30°）

　　日本JIS K5400 7.8（划线刀刃角22±2°）

　　JIS Z2371

　　德国 SS DIN 50021-1975

　　DIN 53167

　　欧洲ECCA T8（1985）欧洲卷材涂装协会标准

　　GB 1771

　　以上介绍的是中性盐雾试验，是各种盐雾试验法中最广泛采用以测定涂层的耐蚀性。

　　此外，为了加速腐蚀，尚有醋酸盐雾试验（ASS），是将前述的盐雾液中加入醋酸，使pH值达3.1～3.3。例如：

　　ANSI/ASTM B 287-74

　　ESS DIN 50021

　　ISO 3769～1976（E）

　　本法适用于Cu+Ni+Cr或Ni+Cr的装饰性镀层，也适用于测定铝的阳极氧化层的耐蚀性。此外尚有氯化铜加速的醋酸盐雾试验（CASS），由于含铜催化，比上述ASS试验更快速，箱内温度为50±2℃，如：

　　ASTM B 368

　　CASS DIN 50021

　　由于此法快速，多数人喜好采用于生产控制和产品验收。但是ASS试验CASS试验均不及中性盐雾NSS广泛采用。

　　我国上海宝山钢铁总厂毛汉华等在“有机涂层钢板产品同一试验方法”研究报告中（1990年11月）对共20种涂层钢材按ASTM B117、ISO 7253、ECCA T8、JIS K5400 7.8、屯1771各种中性盐雾试验进行对比，发现划痕刀口角度对划伤处腐蚀蔓延距离有影响，刀口角度大则蔓延的距离也大，而且试样封边很紧张，以免边部起泡，再蔓延到中部，影响效果的可靠性。

　　英国铁路局的Timmins开发了不延续而间歇喷雾的循环式盐雾试验箱，称之为Prohesion箱据说结果很好。Skerry试用的效果认为此法比盐雾试验更接近现实腐蚀。

　　1.2 湿热试验

　　湿热试验是将涂有漆膜的样板或实物置于湿热试验箱中，准时观察起泡、腐蚀及附着力降落等转变。虽然湿热试验引起的腐蚀不及盐雾试验剧烈，但湿热试验也具有其实际紧张性。由于有很多涂了漆的物体是处在潮湿闷热的环境中，例如闷在大包装内的机电产品、或贮在洞窟、地下库房内的物体，四周透风不良，湿度很高，涂膜易破坏。湿热试验与盐雾试验的重要区别是在湿热试验的雾滴中没有盐分而是蒸馏水。虽然盐滴因其导率高、又含氯离子而腐蚀作用剧烈。但对渗透压而言，蒸馏水因其导电率高、又含氯离子而腐蚀作用剧烈。但对渗透压而言，蒸馏水的活度高，涂层是半透膜，蒸馏水渗入漆膜的能力比盐液强。水分透入漆膜，在两层漆膜之间会降低层间附着力，在漆膜内会引起漆膜膨胀而产生内应力，透入漆膜与金属之间会降低附着力，最后导致漆膜起泡。起泡后金属与漆膜离开而开始腐蚀，从图1可见：漆膜吸水率在蒸馏水中比盐水中高。

　　各种湿热试验的详细方法略有不同，ASTM D 1735《有机涂层水雾试验标准方法》相似于B117盐雾试验的设备，温度为37.8±1.1℃，喷雾液为蒸馏水或去离子水。ASTM D 2247-80《在100%相对湿度的样板外观始终存在冷凝水的情况下，温度保持38±1℃。德国标标DIN 50017-1982也是有冷凝水的湿热试验，内中有恒定气氛（KK）和交变湿度和温度气氛（KFW）等试验方法。以上三种标准测试的温度均为38℃左右。在湿热试验中温度是紧张参数，影响腐蚀和漆膜破坏。温度越高则高分子链的热活动越活跃，分子间的自由体积增大，利于水汽的透入，但温度太高早与现实情况不符。有些湿热试验的条件规定有升温及降温的循环，降温时水汽在漆膜上凝露，增长水汽的透入。所以湿热试验测试条件必须有明确规定，而且垂直悬挂样板之间必须间隔不碰。Martin和Mcknight将丙烯酸和醇酸漆在潮湿箱中测试，其效果可以画出漆膜破坏程度与温度倒数（1/T）是呈Arrhenius线，并可估出活化能。

图1 漆膜在蒸馏水中与盐水中吸水率比较

　　以上所述试验，整个样板温度是统一的。另一种湿热试验法是采取温度梯度法，对涂层的考验也较为严格，例如ISO 6270-1980（E）——耐湿性的测定（延续冷凝法），所用仪器实质上是一个加热器水浴，其顶盖上放置受试的样板，样板的外观（涂层）朝向水浴，水浴的水温保持在40±2℃，水浴上方的温度应在35～40℃之间。而仪器应置在温度保持23±2℃、不透风环境中进行操作。在此条件下，水浴的温热的（35～40℃）水蒸汽透入漆膜，蒸汽到达较冷的钢板底材时（23℃）会在涂层和钢板间冷凝，损伤漆膜的附着力而导致起泡。见图2。

图2 耐湿性的测定

　　种试验在现实应用中，类似于有些贮槽的顶部和桥梁下部河面上钢架，在露天严寒的夜间，钢板很冷，槽内尚温暖的蒸汽透过漆膜而在钢板的内外观上凝露。水分透入漆膜开始是分散于漆膜中，达到饱和后再继承深入到漆膜与钢板间的界面，在钢面上形成延续水膜，导致腐蚀。温度梯度法使水渗过漆膜，在其与钢板界面上冷凝成水膜，所以比常规湿热试验严格。类似的湿热试验有美国卷材涂装协会（NCCA）的标准Ⅲ-6，也以温度梯度来评定漆膜在潮湿条件下的附着力和抗起泡性。试验箱中水蒸汽的温度为60±3℃[在距离样板0.0254m（1英寸处测量）]。

　　1.3 浸渍试验

　　浸渍试验是将受试样板浸渍于液体介质中，这是最简便的测试法，不像上述盐雾试验或湿热试验必要专门的设备，所以在实验室中广泛应用，以测试涂层耐水、耐盐水、耐溶剂、耐酸、耐碱等腐蚀介质的情况。一样平常是将试样的一部分浸入介质，一部分留在液面上，液体上面的漆膜要耐蒸气的侵蚀，液下部分的漆膜要耐介质的浸渍，尤其是在空气与液体的交界部位，液面的氧气浓度高，试样金属成为阴极而呈碱性，其下面部位的金属样板的氧气浓度低而形成阳极。所以在浸渍试验中，试样漆膜在液面部位最易受碱性破坏而出现腐蚀。

　　浸渍试验中，浸水法有很多标准测试法。

　　（1）ISO 1521-1973（E）浸水法

　　样板浸于40℃的去离水中并同时通入空气，试板长度的3/4浸渍在水中。

　　（2）ECCA T9-1985 耐浸水试验

　　同上，水温为40±℃，试样长度的3/4浸入水中。

　　（3）NCCA Ⅲ-1 金属外观有机涂层浸水试验

　　浸于37.8±1℃的水中。

　　（4）JIS K5400-1979

　　7.2 耐水性

　　蒸馏水或去离子水，水浴保持到该涂料规定的温度。

　　7.3 耐沸水性

　　7.6 耐盐水性