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涂層耐腐蝕測試方法研究

0 引言

防腐涂料在新興海洋工程、現代交通運輸、能源工業、大型工業企業及市政設施等領域的應用廣泛。其腐蝕、老化性能越來越受到重視。涂料防腐性能的好壞，直接影響到工程的使用壽命和安全。

防腐涂料的腐蝕、老化性能研究的歷史非常悠久，但一般存在的情況：1)實驗室加速試驗中，鹽霧腐蝕試驗、氙燈老化試驗、紫外老化試驗一般都是相互獨立的，很少綜合鹽霧和光照條件進行加速試驗，而且鹽霧試驗也多以連續中性鹽霧條件為主[1];2)多數廠家主要依靠實驗室加速試驗，很少進行戶外自然腐蝕曝曬，即使開展了戶外自然腐蝕項目，也較少能夠把大氣數據與實驗室結果進行比對研究，以驗證實驗室測試是否能夠再現產品在戶外真實使用條件下的腐蝕、老化狀況。

本文首先列舉幾種不同的實驗室加速鹽霧試驗方法，及它們與戶外大氣腐蝕之間的相關性。并解釋腐蝕+老化組合實驗室加速試驗方法及其合理性。最后討論戶外大氣腐蝕試驗的重要性，建議開展戶外大氣腐蝕試驗，以驗證實驗室方法相關性。

1 幾種實驗室加速鹽霧試驗方法

1.1 連續中性鹽霧試驗

目前ASTM B117仍然是鹽霧腐蝕測試的主要標準之一，大多數企業或檢測機構仍在使用。大約從1914年開始鹽霧噴淋方法首次用于測試材料的耐腐蝕性能。1939年，中性鹽霧噴淋測試被寫入ASTM B117標準。這種傳統的鹽霧標準要求樣品，在35℃條件下連續暴露在濃度為5%的鹽霧中。幾十年來，該試驗方法一直沿用之前的測試條件，長久以來人們也認識到“鹽霧噴淋法”的測試結果與樣品戶外暴露實際的腐蝕效果相關性不好。

1.2 循環鹽霧試驗

循環腐蝕測試是一種比傳統恒態的暴露更真實的鹽霧噴淋測試。因為大部分產品實際戶外通常暴露在干濕交替環境中，模擬自然的、周期性條件，實驗室加速測試相關性會更高。研究表明，經過循環腐蝕測試后，樣品的相對腐蝕率、結構、形態和戶外的腐蝕結果很相似。因此，循環腐蝕測試比連續中性鹽霧噴淋法，更接近真實的戶外暴露。該方法在汽車行業得到廣泛應用。

循環腐蝕測試(CCT)的目標是再現戶外腐蝕環境的腐蝕類型。CCT測試把樣品暴露于一系列不同條件循環環境中。簡單的暴露循環，如Prohesion測試，是把樣品暴露在由鹽霧和干燥條件組成的循環中。更復雜的測試方法除了要求鹽霧及干燥循環外，還加入浸泡、潮濕和冷凝等循環。最初這些測試循環是通過人工操作來完成的，實驗室操作人員把樣品從鹽霧噴淋箱移到潮濕試驗箱，再移到干燥裝置等。現在，微處理器控制的測試箱可以自動完成這些測試步驟，降低了工作強度，也減少了試驗的不確定性。

1.2.1 Prohesion測試

Prohesion測試是循環鹽霧試驗的一種，二十世紀六十年代和七十年代，英國的Harrison和Timmons開發了Prohesion測試[2, 3]，特別適用于工業防護涂料的腐蝕性測試。具體的試驗條件如表1所示：

與連續中性鹽霧試驗相比，Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性好一些。以下圖1是一種涂料在連續中性鹽霧試驗、戶外大氣腐蝕和Prohesion測試條件下的結果[2]。從圖1中明顯看出，Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性比連續中性鹽霧試驗與戶外大氣腐蝕的相關性好。

1.2.2 CCT-1測試

還有一些主要用于汽車腐蝕測試的循環鹽霧試驗，如CCT-1(CCT-A)。CCT-1測試同Prohesion測試一樣，也是干濕交替循環。不過，具體的測試條件不同，如鹽溶液及溶液濃度不一樣，而且CCT-1測試還多了飽和潮濕循環。CCT-1測試具體的試驗條件如表2所示：

1.3 腐蝕+老化循環

對某些涂料來說，腐蝕循環中增加紫外線曝曬有利于提高一些產品的測試相關性[4, 5]。這是因為紫外線對涂料的破壞，降低了涂料對金屬底材的保護，從而使產品更易腐蝕。腐蝕+老化循環由200小時Prohesion測試和200小時QUV紫外曝曬交替進行。具體的試驗條件如表3所示：

圖1給出了Prohesion測試和連續中性鹽霧試驗與戶外大氣腐蝕之間的相關性比較，結果表明Prohesion測試與戶外大氣腐蝕之間的相關性較好。下面的圖2將比較腐蝕+老化循環測試與Prohesion測試的結果[4]。從圖2中明顯看出，腐蝕+老化循環測試與戶外大氣腐蝕的相關性比Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性好。

以上提到的腐蝕+老化循環由200小時Prohesion測試和200小時QUV紫外暴露交替進行，并且試驗從Prohesion測試開始。

ASTM D5894標準也是一個循環腐蝕+老化測試方法[6]。ASTM D5894中的測試條件由一周QUV紫外暴露和一周Prohesion測試交替進行，并且規定試驗從紫外曝曬開始。

1.4 其它循環鹽霧試驗

還有的試驗方法，除了Prohesion測試和紫外曝曬之外，還有冰凍循環，三者交替進行，如ISO 20340標準中附錄A的測試程序A[7]。具體的試驗條件如表4所示：

2 防腐涂料腐蝕、老化測試方法的建議

本文第1部分介紹了幾種不同的實驗室加速鹽霧試驗方法，通過之前研究者的試驗結果，不難看出，對于防腐涂料，腐蝕+老化組合試驗方法是目前實驗室腐蝕測試方法中與海邊大氣暴露腐蝕相關性較好的方法。這種方法在耐腐蝕性能測試中，考慮紫外曝曬和干濕交替等因素，較好地模擬了戶外大氣腐蝕的真實情況。

另外，戶外測試是實驗室加速測試的基礎。我們在進行實驗室加速腐蝕、老化試驗的基礎上，也應結合開展戶外大氣腐蝕、老化試驗，并用以指導實驗室加速測試。

我國幅員遼闊，大氣條件復雜，單一的加速腐蝕方法不大可能很好地模擬不同邊區的腐蝕條件，建議集合多方力量，包括涂料廠家，國家腐蝕網站單位，相關領域科研單位，共同開發一些符合國情，相關性好的加速試驗方法。

參考文獻：

1. ASTM B117-2007 Operating salt spray (fog) apparatus

2. Cremer, N. D., “Prohesion compared to salt spray and outdoors: Cyclic methods of accelerated corrosion testing”, Federation of Societies for Coatings Technology, 1989 Paint Show.

3. Timmins, F. D., “Avoiding paint failures by prohesion”, J. Oil & Colour Chemists Assoc., Vol.62, No.4, p.131 (1979).

4. Simpson, C. H., Ray, C. J., and Skerry, B. S., “Accelerated corrosion testing of industrial maintenance paints using a cyclic corrosion weathering method”, Journal of Protective Coatings and Linings, May 1991, Volume 8, No. 5, pp. 28-36.

5. Skerry, B. S., Alavi, A., and Lindren, K. I., “Environmental and electrochemical test methods for the evaluation of protective organic coatings”, Journal of Coatings Technology, October 1988, Volume 60, No. 765, pp 97-106.

6. ASTM D5894 Cyclic salt Fog/UV exposure of painted metal, (alternating exposures in a Fog/dry cabinet and UV/condensation cabinet)

7. ISO 20340 Paints and varnishes - Performance requirements for protective paint systems for offshore and related structures