張 飛

（浙江科正電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

鹽霧試驗(yàn)是一種利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來(lái)考核產(chǎn)品或材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。鹽霧是指含氯化物的大氣。它的主要腐蝕成分是氯化物鹽氯化鈉，主要來(lái)源于海洋和內(nèi)地鹽堿地區(qū)。鹽霧對(duì)金屬材料表面的腐蝕是由含氯離子穿透金屬表面的氧化層和保護(hù)層與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的。同時(shí)氯離子含有一定的水合能，容易被吸附在金屬表面的空隙、裂縫中排擠并取代氧化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氧化物，使鈍化態(tài)表面變成活潑表面，對(duì)金屬產(chǎn)品造成破壞。

1 汽車零部件鹽霧試驗(yàn)介紹

鹽霧腐蝕是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕，能使材料或其性能在鹽霧的作用下引起破壞或受到影響。汽車長(zhǎng)期在戶外，鹽霧腐蝕對(duì)車輛及部件都是考驗(yàn)，而鹽霧試驗(yàn)?zāi)苣M加速環(huán)境場(chǎng)景和利于進(jìn)一步提高汽車零部件的可靠性。常用的鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有：ISO 9227-2017，ISO 16151-2018，IEC 60068-2-11：1981，GB/T10125-2012，GB/T2423.17-2008，GB/T2423.18-2000。這些標(biāo)準(zhǔn)使用得非常廣泛，是鹽霧試驗(yàn)實(shí)施的依據(jù)。以目前車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)為例，如圖1所示是典型車聯(lián)網(wǎng)功能的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。無(wú)論動(dòng)力CAN、車身CAN如何變化，要實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程功能，系統(tǒng)中一定會(huì)有一個(gè)Telematics節(jié)點(diǎn)，即T-BOX，功能主要包括防盜、報(bào)警、車況查詢、車輛定位、智能救援和車門、燈光、空調(diào)、座椅等設(shè)備控制。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制組合Figure 1 Remote control combination of Internet of Vehicles

筆者對(duì)T-BOX做了中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)），連續(xù)噴霧96h，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)T-BOX線束內(nèi)部銅線發(fā)黑，有氧化現(xiàn)象，如圖2所示。功能檢測(cè)出現(xiàn)通信線路短路、斷路、信號(hào)衰減、失真，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。分析得出TBOX線束接插件接口處密封不到位導(dǎo)致氯化鈉侵入線束銅導(dǎo)體內(nèi)部而產(chǎn)生氧化變黑。

2 鹽霧試驗(yàn)的分類

鹽霧試驗(yàn)包括中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)、銅鹽加速醋酸鹽霧和交變鹽霧試驗(yàn)。其中應(yīng)用最廣泛的是中性鹽霧試驗(yàn)，主要用來(lái)對(duì)金屬材料以及金屬鍍層或非金屬無(wú)機(jī)鍍層進(jìn)行檢驗(yàn)，也用來(lái)檢驗(yàn)涂覆等。醋酸鹽霧試驗(yàn)和銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)一般只用于金屬鍍層的檢驗(yàn)而不用于有機(jī)覆層的檢驗(yàn)。

（1）中性鹽霧（NSS）試驗(yàn)

NSS試驗(yàn)（Neutral Salt Spray Test）是出現(xiàn)最早、目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一種加速腐蝕試驗(yàn)方法。它采用濃度為5%氯化鈉溶液，溶液pH值在中性范圍6.5~7.2作為噴霧用的溶液，試驗(yàn)溫度35℃。鹽霧沉降量：1.0~2.0ml/80cm2·h之間。

（2）醋酸鹽霧（ASS）試驗(yàn)

ASS試驗(yàn)（Acetate Salt Spray Test）是在中性鹽霧試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是在5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的pH值降到3左右，溶液變成酸性，最后形成的鹽霧也由中性鹽霧變成酸性。它的腐蝕速度要比NSS試驗(yàn)快3倍左右。

（3）銅鹽加速醋酸鹽霧（CASS）試驗(yàn)

CASS試驗(yàn) （Copper-Accelerated Acetic Acid Salt Spray Test）是國(guó)外新近發(fā)展起來(lái)的一種快速鹽霧腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為50℃，鹽溶液中加入少量的銅鹽—氯化鈉，強(qiáng)烈地誘發(fā)腐蝕，它的腐蝕速度大約是NSS試驗(yàn)的8倍。

（4）交變鹽霧試驗(yàn)

交變鹽霧試驗(yàn)是一種綜合鹽霧試驗(yàn)，它實(shí)際上是中性鹽霧試驗(yàn)加恒定濕熱試驗(yàn)，主要用于空腔型的整機(jī)產(chǎn)品，通過潮濕環(huán)境的滲透，使鹽霧腐蝕不但在產(chǎn)品表面產(chǎn)生，也在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生。它是將產(chǎn)品在鹽霧和濕熱兩種環(huán)境條件下交替轉(zhuǎn)換，最后考核整機(jī)產(chǎn)品的電性能和機(jī)械性能有無(wú)變化。

3 影響鹽霧試驗(yàn)的因素

影響鹽霧試驗(yàn)的主要因素包括：試驗(yàn)溫濕度、鹽溶液的濃度、樣品放置角度、鹽溶液的pH值、鹽霧沉降量、噴霧方式等。

（1）試驗(yàn)溫濕度

溫度和相對(duì)濕度影響鹽霧的腐蝕作用。金屬腐蝕的臨界相對(duì)濕度大約為70%。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到或超過這個(gè)臨界值時(shí)，鹽將潮解而形成導(dǎo)電性能良好的電解液；當(dāng)相對(duì)濕度降低時(shí)，鹽溶液濃度將增加直至析出晶體鹽，腐蝕速度相應(yīng)降低。試驗(yàn)溫度越高鹽霧腐蝕速度越快，這是因?yàn)闇囟壬撸肿舆\(yùn)動(dòng)加劇，加快了化學(xué)反應(yīng)速度。

（2）鹽溶液的濃度

鹽溶液的濃度對(duì)腐蝕速度的影響與材料和覆蓋層的種類有關(guān)。鹽溶液里的氧含量與鹽的濃度有關(guān)，在低濃度范圍內(nèi)氧含量隨濃度的增加而增加；當(dāng)鹽溶液濃度增加到5%時(shí)，氧含量達(dá)到相對(duì)飽和，如果鹽溶液濃度繼續(xù)增加氧含量則相應(yīng)下降。氧含量下降，氧的去極化能力也下降，即腐蝕作用減弱。

（3）樣品放置角度

樣品放置角度對(duì)鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果有明顯影響，鹽霧的沉降方向是接近垂直的，樣品水平放置時(shí)，它的投影面積最大，樣品表面容易積累，且承受的鹽霧量也最多，因此腐蝕最嚴(yán)重。研究結(jié)果表明，鋼板與水平線成45°角時(shí)，每平方米的失重量為250g，按國(guó)標(biāo)規(guī)定鋼板放置應(yīng)該使受試面與垂直方向成30°角。

（4）鹽霧沉降量和噴霧方式

鹽霧顆粒越細(xì)，所形成的表面積越大，被吸附的氧量越多，腐蝕性越強(qiáng)。如果鹽霧顆粒很大，鹽霧就會(huì)變成水滴，就成不了霧而變成雨滴；如果顆粒過小，鹽霧直徑在1μm，它在48h內(nèi)也不會(huì)沉降，這近乎于分子運(yùn)動(dòng)了。根據(jù)實(shí)際，自然界中90%以上的鹽霧顆粒的直徑在1μm以下，而直徑1μm的鹽霧顆粒表面所吸附的氧量與顆粒內(nèi)部溶解的氧量是相對(duì)平衡的，鹽霧顆粒再小，所吸附的氧量也不再增加。

傳統(tǒng)的噴霧方法包括氣壓噴射法和噴塔法，它們最明顯的缺點(diǎn)是鹽霧沉降量均勻性較差，鹽霧顆粒直徑較大。超聲霧化法借用超聲原理將鹽溶液直接霧化成鹽霧并通過擴(kuò)散進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)，解決了鹽霧沉降量均勻性差的問題，并且鹽霧顆粒直徑更小。另外，不同的噴霧方式對(duì)鹽溶液的pH值也會(huì)產(chǎn)生影響。

（5）其他因素

試驗(yàn)前預(yù)處理對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行雜質(zhì)清洗，在清洗過程中不能使用腐蝕性的溶劑。清洗結(jié)束后要保證產(chǎn)品干燥過程的有序性。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)判，一般鹽霧試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定用清水洗，干燥后一段時(shí)間進(jìn)行判定。但按標(biāo)準(zhǔn)要求有些籠統(tǒng)，因?yàn)辂}霧凝結(jié)到箱頂后滴到產(chǎn)品上的水滴，會(huì)使產(chǎn)品上產(chǎn)生銹跡，用軟毛刷清洗后可知是保護(hù)層金屬腐蝕，集體金屬并無(wú)腐蝕，很難判定是否合格。因此產(chǎn)品處理對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，需針對(duì)不同情況詳細(xì)規(guī)定試樣處理的方法，以免造成判定困難。噴嘴壓力和熱水塔溫度對(duì)鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果也有較大影響，原因是霧滴中水分蒸發(fā)引起相應(yīng)結(jié)果變化。為了避免這種情況，設(shè)置合理的熱水塔溫度和噴霧壓力也尤為重要。

4 鹽霧試驗(yàn)的判定方法

鹽霧試驗(yàn)的判定結(jié)果是否正確合理，是衡量產(chǎn)品或金屬抗鹽霧腐蝕質(zhì)量的關(guān)鍵。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的判定方法有：評(píng)級(jí)判定法、稱重判定法、腐蝕物出現(xiàn)判定法、腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法。

評(píng)級(jí)判定法是把腐蝕面積與總面積之比的百分?jǐn)?shù)按一定的方法劃分成幾個(gè)級(jí)別，以某一個(gè)級(jí)別作為合格判定依據(jù)，如表1所示。

表1 腐蝕缺陷面積占比與腐蝕評(píng)級(jí)值的關(guān)系Table 1 Relationship between the proportion of corrosion defect area and the corrosion rating value

稱重判定法是通過對(duì)腐蝕試驗(yàn)前后樣品的重量進(jìn)行稱重，計(jì)算出受腐蝕損失的重量來(lái)對(duì)樣品耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。它特別適用于對(duì)某種金屬耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行考核。

腐蝕物出現(xiàn)判定法是一種定性的判定法，它以鹽霧腐蝕試驗(yàn)后產(chǎn)品是否產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行判定，一般產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中大多采用此方法。

腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法需要設(shè)計(jì)腐蝕試驗(yàn)、分析腐蝕數(shù)據(jù)、確定腐蝕數(shù)據(jù)的置信度，它主要用于分析、統(tǒng)計(jì)腐蝕情況，而不是用于某一具體產(chǎn)品質(zhì)量的判定。

為了滿足不同的試驗(yàn)?zāi)康?，可以采用許多試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如重量變化、顯微鏡觀察、機(jī)械性能等。通過試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)由被試覆蓋層或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提出。就一般試驗(yàn)要求而言，常規(guī)記載僅需考慮如下幾方面：試驗(yàn)后外觀，去除腐蝕物后的外觀，腐蝕缺陷如點(diǎn)蝕、裂紋、氣泡、腐蝕等分布和數(shù)量以及腐蝕面積或蔓延長(zhǎng)度等，被腐蝕時(shí)間或者開始出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間，重量變化，顯微鏡觀察，力學(xué)性能變化。

5 金屬零部件的防護(hù)改進(jìn)措施

第一，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行把關(guān)，從源頭入手做好防腐蝕工作。對(duì)于金屬零部件防腐蝕來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)是其最為重要的一項(xiàng)工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否充分考慮到防腐蝕性，對(duì)零部件的壽命長(zhǎng)短起著重要作用。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，零部件盡可能避免形成封閉區(qū)，或者是使封閉系統(tǒng)的排水、通風(fēng)性能都保持良好，設(shè)計(jì)通風(fēng)孔、排水孔來(lái)確保通風(fēng)、排水性能。

第二，對(duì)零部件涂覆工藝進(jìn)行改進(jìn)。涂覆上可以采用磷化、陽(yáng)極電泳、密封及內(nèi)腔涂蠟等方式提高零部件的抗腐蝕能力。磷化是一種工藝過程，主要是通過化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)膜，稱之為磷化膜。對(duì)零部件進(jìn)行磷化處理，可以使其表面生成一層耐腐蝕性較強(qiáng)的薄膜，增強(qiáng)其抗腐蝕能力。

第三，材料選用改進(jìn)。產(chǎn)品中很多重要的結(jié)構(gòu)件都是用鋼鐵材料制成的，對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的零部件，材料上應(yīng)選用腐蝕率低的耐腐蝕金屬（如耐候鋼），或適當(dāng)增加金屬厚度，多選用含Mn與Mg等合金元素的不銹鋼，它們能與Fe和Si等形成電位較負(fù)的活潑相，提高抗點(diǎn)腐蝕能力。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，應(yīng)該適當(dāng)減少普通碳素鋼的用量，增加高強(qiáng)度鋼的用量，多采用鍍鋅鋼板，有助于提高產(chǎn)品的防腐蝕性能。

6 結(jié)語(yǔ)

鹽霧試驗(yàn)是考核汽車零部件抗鹽霧腐蝕能力的重要手段，是一種重要的加速腐蝕環(huán)境試驗(yàn)。通過鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證，提出對(duì)應(yīng)處理方法，增強(qiáng)零部件表面與涂層附著力，減少零部件涂裝缺陷，提高零部件腐蝕性能，可以更好地為產(chǎn)品選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝選擇、產(chǎn)品運(yùn)輸存貯及使用提供有效的信息，提高產(chǎn)品或材料的抗鹽霧腐蝕能力。