摘 要：循環(huán)腐蝕試驗標準GMW 14872—2013描述了評估零部件和總成件的加速實驗室耐腐蝕性測試的方法，試驗程序提供了循環(huán)條件（鹽溶液、各種溫度、濕度和周圍環(huán)境）的組合，以加速金屬腐蝕。該程序可有效評估各種腐蝕機制，如一般腐蝕、電鍍腐蝕、縫隙腐蝕等，可單獨調整試驗曝露/環(huán)境條件，以達到任何所需的腐蝕曝露水平。現(xiàn)針對GMW 14872—2013實施過程，從試驗條件設置實施中遇到的難點、復合鹽霧在試驗過程中應用遇到的問題以及腐蝕片在試驗中的應用這3個方面出發(fā)進行分析，從而更好地實現(xiàn)測試結果的復現(xiàn)。

關鍵詞：腐蝕片;功能性;外觀性

0? ? 引言

GMW 14872—2013循環(huán)腐蝕測試方法包括1%（近似值）的復合鹽霧在高溫、高濕和高溫干燥下的共同應用。一個試驗循環(huán)等于24 h，一個測試周期1天完成，測試曝露是根據(jù)目標試片質量損失量來描述的，根據(jù)標準中提供的產(chǎn)品安裝位置以及壽命要求，測試必須按照滿足試片質量損失所需循環(huán)次數(shù)來執(zhí)行。它不同于ASTM B117的連續(xù)噴霧針對產(chǎn)品耐腐蝕壽命的考察，更貼近測試樣品在大自然條件下耐腐蝕壽命的考察模式，作為整車、零部件、總成件的通用標準應用很廣泛，因此這個標準的試驗應用更值得研究。

本文以底盤件控制臂的測試為例，對試驗過程中遇到的3個方面的問題進行簡單分析，一個測試周期在環(huán)境階段噴4次鹽霧，外觀性檢查進行6個循環(huán)周期，功能性檢查進行63個循環(huán)周期，腐蝕片的腐蝕量如下：6個測試周期時，腐蝕量為（0.84±0.14）g;63個測試周期時，腐蝕量為（9.47±0.38）g。

1? ? 試驗條件設置實施中遇到的問題

1.1? ? 噴鹽霧后30 min內從100%RH降濕至45%RH

一個測試循環(huán)由3個測試階段組成：

（1）第一階段：環(huán)境階段。溫度為（25±3）℃;相對濕度為（45±10）%RH;持續(xù)時間約8 h。

（2）第二階段：高濕階段。溫度為（49±2）℃;相對濕度約100%RH;持續(xù)時間約8 h。

（3）第三階段：高溫階段。溫度為（60±2）℃;相對濕度≤30%RH;持續(xù)時間約8 h。

在第一階段，最難實現(xiàn)的就是噴鹽霧完成后迅速降濕。大多數(shù)箱體實現(xiàn)情況如圖1所示，達不到標準要求，噴淋后產(chǎn)品曝露恒溫恒濕至少1.5 h，不被客戶認可。

解決方案：

（1）控制箱體周圍的空氣溫度、濕度。為達到這個要求，配備2臺空調，相對而放，實現(xiàn)更好的對流，配備2臺除濕機，保證箱體周圍空氣溫度在（25±3）℃、濕度在（45±10）%RH范圍之內，保證箱體內高濕空氣與箱外對流，箱體內空氣濕度快速降低。這個方法縮短了降濕時間，但是仍然達不到30 min內降到45%RH的要求。

（2）研究箱體的功能并進行試驗，在噴鹽霧完成后，在滿足方法（1）的基礎上，增加開箱2 min這個程序，可以實現(xiàn)標準要求，測試程序環(huán)境條件設置如表1所示，測試后溫濕度曲線如圖2所示。

1.2? ? 噴鹽霧的噴頭問題

在環(huán)境階段，噴復合鹽霧采用濕噴淋法，溶液應以霧化霧的形式噴灑，并應足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚，樣件和試片所有區(qū)域應徹底濕潤。在這個過程中一般會遇到以下兩個問題：

（1）如何確定樣件和試片是否徹底濕潤，以及復合鹽霧噴射量足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚。針對這個問題，特意對箱體短期開箱進行驗證，后期在箱體多方位放置攝像頭，觀察噴頭情況。最初噴頭采用60°角，噴灑的扇形區(qū)域沒辦法覆蓋所有區(qū)域，箱體最內側可以潤濕，但不能把先前留在樣品上的鹽沖洗掉，6個周期后表面仍有鹽積聚，這樣就難以判斷產(chǎn)品是形成了白銹還是鹽漬，對于判斷產(chǎn)品合格與否造成了困難。為此，我公司和廠商一起多次試驗調試，發(fā)現(xiàn)噴頭45°時可把箱體內產(chǎn)品徹底潤濕，并且足以沖洗掉先前噴灑留下的任何鹽積聚。后來把噴頭換成了可固定角度的產(chǎn)品，避免了在試驗過程中噴灑角度有所變化。

（2）在測試過程中發(fā)現(xiàn)，同一箱體、同一位置，腐蝕片存在腐蝕量偏差過大的現(xiàn)象，查找原因后發(fā)現(xiàn)是噴頭被腐蝕鹽顆粒堵住了。經(jīng)過長期觀察，基本5天左右，噴頭不清洗，腐蝕量就會偏差過大（一般情況下都是腐蝕量偏小），這樣不光要延長測試時間，測試費用也會增加。主要可從以下兩個方面解決這個問題：

1）增加噴頭清洗頻次，將清洗噴頭的頻率基本定為3天一次，主要用高壓水槍清洗，并用超聲波清潔10 min。

2）更換新噴頭，設備廠商可依據(jù)客戶需求定制噴頭，把噴頭直徑改大0.2 mm，這樣的話，基本10天清洗一次，腐蝕量即可符合標準要求。

2? ? 復合鹽霧在試驗過程中應用遇到的問題

試驗所用復合鹽霧是由氯化鈉（NaCl，0.9%）、氯化鈣（CaCl2，0.1%）、碳酸氫鈉（NaHCO3，0.075%）組成。試驗過程中溶液箱體中出現(xiàn)了沉淀物，很多客戶也遇到過此類現(xiàn)象，對于該問題，采取以下兩種解決辦法：

（1）發(fā)生沉淀現(xiàn)象是由于CaCl2+2NaHCO3=2NaCl+

CaCO3↓? +H2O+CO2↑? 。首先在配置溶液時，必須保證在（25±3）℃的環(huán)境溫度下配置，并且配置使用的水滿足ASTM D1193 Ⅳ的要求;其次配置溶液不能稱完一起加水溶解，而是要把3種化學品分別溶解，然后再混合，加適量的水，以滿足規(guī)定的濃度要求。接著不斷攪拌，使之充分混合，再測溶液的電導率和pH值，如果已開始使用，則在使用一天后再測電導率和pH值，如果有結塊，基本可以判斷是溶液偏堿性，可以稍微加一點低濃度的鹽酸，使溶液和剛配置完成的溶液pH值、電導率基本一致。

（2）配溶液不要一次配很多，最好能增加配溶液的頻次。經(jīng)多次試驗驗證，如果能每天換溶液，則基本不會出現(xiàn)沉淀結塊現(xiàn)象。還可以在溶液箱中加入自動攪拌棒，設置每2 h攪拌一次，并每天對溶液使用前后的pH值和電導率進行測試對比，保證pH值和電導率測試值在合理范圍之內，這樣就基本解決了復合鹽溶液結塊的問題。

3? ? 腐蝕片在試驗過程中的應用分析

腐蝕片的腐蝕量是衡量測試是否滿足要求最重要的技術指標，它不僅用于衡量箱體在一定周期內測試能力是否滿足要求，還能衡量產(chǎn)品的腐蝕情況是否滿足要求。在整個測試過程中，由于鹽霧測試的性質，鹽霧腐蝕具有不可逆性，且測試時間長，所需經(jīng)費比較高，因此對于腐蝕片的技術要求就特別嚴苛。經(jīng)過8年和其他機構的測試比對，再加上客戶的反饋，總結腐蝕片在試驗過程中的應用有以下幾個方面的問題：

3.1? ? 腐蝕片的預處理

問題：驗收后的腐蝕片表面是涂滿防銹油的，如圖3所示，使用前怎么處理腐蝕片表面的防銹油？

解決方法：首先用白色無紡布擦掉防銹油，可以使用商業(yè)級脫脂劑來輔助此過程，考慮到有機試劑對人體的危害性，建議使用無水乙醇清洗腐蝕片，整個過程一定要在通風櫥中進行，并且通風櫥的風速最好大于1 m3/min。另外，使用超聲波清潔10 min左右，然后在無水乙醇中浸泡至少1 h，直到腐蝕片表面看不到油漬點，并且用高純水清洗表面不再掛有水滴，說明表面防銹油已徹底清洗干凈。然后放入干燥器中，至少干燥2 h，再稱重使用。

3.2? ? 腐蝕片的安裝以及試驗過程中的放置

問題：標準要求腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm，所有試件應垂直固定，與垂直方向的偏差不得超過15°，且不得相互接觸。安裝的緊固件不可以用金屬，最好用尼龍。那么，在試驗過程中，腐蝕片是否可以垂直安裝、固定？怎樣保持腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm？緊固時應該注意什么呢？

解決方案：腐蝕片的安裝、固定模式如圖4所示，理論上講垂直安裝也是可以的，不過從圖4的固定支架可以看出，如果采取垂直安裝方式，腐蝕片的背面會被支架遮擋，使得噴到腐蝕片背面的鹽霧量相對較少。由于噴鹽霧的噴頭是45°角，采用垂直偏15°的角度放置腐蝕片，試驗證明，此時噴頭噴出的鹽霧可以沖掉腐蝕片表面附著的析鹽，效果比垂直安裝更好，腐蝕量比垂直安裝更符合標準要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

關于腐蝕片和樣架表面之間的最小間距為5 mm，在樣件和腐蝕片之間放置一個厚度為5 mm的尼龍墊片，即可解決這個技術問題。另外，在緊固腐蝕片時要注意不用過大的力，只要保證腐蝕片可以垂直放置不活動即可。針對這個問題，筆者曾經(jīng)做過試驗，用10 N·m的力固定，腐蝕片的孔徑更易生銹，導致測試結束后緊固件沒辦法取下來，只能鋸下來，并需使用除銹化學試劑。緊固螺絲以及墊片如圖5所示。

3.3? ? 腐蝕片的除銹

測試過程中，腐蝕量是衡量整個測試是否符合要求最重要的標準，腐蝕片腐蝕量的定量是測試過程中最重要的環(huán)節(jié)，也是所有實驗室和客戶最關注的點，因此它也成為對于該測試最重要的研究對象。針對腐蝕片的除銹，標準中推薦兩種處理方法：（1）化學試劑浸泡去除法;（2）噴砂除銹法。

這兩種方法各有優(yōu)缺點：

（1）化學除銹法，使用ISO 8407規(guī)定的化學清洗法去除腐蝕副產(chǎn)物。這個方法操作簡單，成本也低，如果考慮成本問題，則化學除銹法是首選的方法。但其劣勢是，該方法很難控制，去除掉表面大面積銹后，對于腐蝕片表面的銹點，化學試劑會造成腐蝕去除過量的問題，導致過早判定試驗周期滿足腐蝕要求的不良結果，通常表現(xiàn)為零部件和實車腐蝕測試復現(xiàn)性差。

（2）噴砂除銹法，其注意事項如下：

1）噴砂應選擇80目左右的專用砂，在使用前最好用專用篩子先篩選下再使用，未達尺寸要求的砂棄用;

2）在除銹的過程中要一點一點地去除，持續(xù)觀察去除情況，直至表面沒有紅銹點即可，以防除銹過量;

3）噴砂完成后不要馬上就稱重，先用小毛軟刷去除腐蝕片表面的浮砂，然后用無水酒精浸泡30 min左右，再用無紡布擦干，并放在干燥器中干燥2 h以上再稱重。

噴砂除銹法的優(yōu)點是對銹點的去除特別有優(yōu)勢，不會出現(xiàn)銹蝕去除過量的現(xiàn)象;缺點是成本高，處理時間周期長，對工程師操作要求高。

腐蝕片的除銹過程如圖6、圖7、圖8所示。

3.4? ? 腐蝕片腐蝕量不達標

針對腐蝕片的除銹處理，最重要的問題就是腐蝕量不達標，基本每次試驗都會遇到該問題，要么是腐蝕量過大，要么是腐蝕量過小。

（1）腐蝕量過小是最常出現(xiàn)的問題，可以采用以下解決方法：

1）首先要判斷鹽霧噴頭是否堵塞。由于復合鹽霧是由氯化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣組成，其顆粒很容易堵塞噴頭，因此要做好噴頭的日常維護工作，避免產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。

2）在噴頭沒有堵塞的情況下，可以依據(jù)腐蝕量偏小的具體情況對測試過程進行調整：如果腐蝕量偏小過多，就要增加腐蝕鹽霧的噴霧時間，一般增加2～3 min，噴霧時間最長不超過5～6 min，否則降濕時間長，不滿足標準對測試環(huán)境階段的要求。腐蝕量偏小≤0.14 g時，可以進行微調。

方法一：增加第二階段從溫度25 ℃、45%RH到49 ℃、100%RH環(huán)境變化的時間，標準要求1 h內達到，通常箱體10 min多就可以達到。為了增加腐蝕量，可以延長這個變化時間，通過設置箱體的變化速率，使變化時間最長達到1 h。

方法二：改變第三個測試階段從49 ℃、100%RH到60 ℃、濕度不大于30%RH的變化坡度。

這兩種微調方法都可以改變腐蝕量，可以單獨使用，也可以同時使用。

（2）腐蝕量過大。這個問題相對腐蝕量偏小比較好解決，首先要判斷腐蝕量處理過程是否存在問題，處理沒問題的話，基本改變噴鹽霧的時間就可以了。

4? ? 結語

經(jīng)過100多年來對腐蝕方法的研究，循環(huán)腐蝕測試技術已越來越成熟，GMW 14872經(jīng)過幾個版本的變更，已經(jīng)成為目前最通用的一種方法。本文對循環(huán)腐蝕測試條件的設置、復合鹽溶液的沉淀、腐蝕片的應用等細節(jié)方面進行了研究解析，這些細節(jié)對于試驗結果的可靠性及復現(xiàn)性至關重要，因此，可以說是產(chǎn)品研發(fā)測試過程中十分重要的環(huán)節(jié)，也是質量控制的重要手段。

[參考文獻]

[1] Cyclic Corrosion Laboratory Test：GMW 14872—2013[S].

[2] Standard Practice for Operating Salt Spray （Fog） Apparatus：ASTM B117[S].

收稿日期：2021-04-02

作者簡介：黃艷（1981—），女，安徽宿州人，工程師，研究方向：機械。