论文部分内容阅读
摘 要：大气暴露试验周期长、影响因素多，所以研究模拟自然环境的试验室加速腐蚀的试验方法，通过研究试验室加速腐蚀试验来预测钢绞线大气腐蚀行为是一个非常有价值的研究方向。围绕这个研究主题，该文主要研究模拟钢绞线自然环境的试验室加速腐蚀的试验方法，通过研究试验室加速腐蚀试验来预测钢绞线大气腐蚀行为。介绍试验方法，并分析试验结果运用图表法将试验钢绞线的腐蚀速率与户外大气暴露腐蚀数据对比，评价试验与大气环境试验相关性。
关键词：大气腐蚀 试验室环境腐蚀试验 相关性 评价
中图分类号：TG17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0110-03
试验室加速试验能在短时间内获得金属的腐蚀规律，因此研究出能够较为准确地模拟自然环境的试验室加速腐蚀试验，模拟出金属在自然环境下的腐蚀行为，在短期内得到与大气暴露试验相关性良好的金属腐蚀失效规律，成为大气腐蚀研究领域的热点。近些年来，模拟大气腐蚀的试验室加速腐蚀试验方法向着多因子复合的方向发展，更加准确地模拟金属的自然服役环境，提高试验室加速腐蚀试验与大气暴露试验的相关性是亟需研究的重点。
1 试验
1.1 试验条件
按照《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125-2012）的要求，利用中性盐雾试验（NSS）进行试验室加速腐蚀试验。多功能环境试验箱有关参数为：
ZHS-030型多功能环境试验箱。
喷雾方式：12 h盐雾/12 h紫外线光照。
温度：中性环境：-10 ℃～44 ℃（24 h周期循环）。
酸性环境：-6 ℃～48 ℃（24 h周期循环）。
80 cm2的水平面积的平均沉降率：1.5 mL/h±0.5 mL/h。
pH值（收集溶液）：中性环境：6.5～7.2。
酸性环境：3.1～3.3
1.1.1 中性盐溶液
根据我国大气腐蚀试验站万宁站8～12年的大气腐蚀数据及《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125-2012）的要求，进行中性盐雾试验（NSS）。
海洋中性盐雾溶液配比如下：
（NH4）2SO4：5.87 g/L；
NaCl：50 g/L；
NaHSO3：12.1 g/L；
NaNO3：2.7 g/L。
将各试剂用纯净水配置成pH6.5～7.2的试验溶液（用NaOH调节pH值）。
1.1.2 酸性盐溶液
根据重庆地区年均酸雨化学组成，见表1，选取最主要的腐蚀离子SO42-、Cl-、NO3-、NH4+作为主要组成离子，配制80倍酸雨浓度的试验酸雨环境盐雾。
酸雨环境盐雾溶液配比如下：
（NH4）2SO4：815.5 mg/L；
NaCl：152.9 mg/L；
NaHSO3：986.0 mg/L；
NaNO3：394.8 mg/L。
将各试剂用纯净水配置成pH3.1～3.3的试验溶液（用醋酸调节pH值）。
1.2 试验过程
（1）每个试验箱各放入4根约20 cm长度镀锌钢绞线进行试验。
（2）配制溶液，调定试验箱的温度，紫外线，喷雾沉降量等参数，进行盐雾试验。试验箱程序设定为24 h一周期，前12 h为盐雾试验，后12 h停止喷雾，开启紫外线。温度12 h为一循环，一周期循环2次。
（3）视腐蚀情况每隔一段时间取出一根镀锌钢绞线，用金属除锈液浸泡除锈，无水乙醇漂洗，干燥24 h后称重，计算腐蚀量。
2 试验结果分析
2.1 试验室加速腐蚀试验镀锌钢绞线腐蚀规律
镀锌钢绞线腐蚀试验数据见表2，试验腐蚀失重随时间的变化规律见图1。将镀锌钢绞线试验室加速腐蚀试验不同时间的失重结果进行回归分析。
由图1可知，试验室加速腐蚀试验中酸性环境和海洋性环境下镀锌钢绞线的腐蚀深度与时间符合线性关系，说明镀锌试样腐蚀产物不具有保护性，相关系数在0.9以上，相关性良好。海洋性腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀速率比酸性腐蚀环境中较大，但酸性环境腐蚀线性方程斜率较大。
2.2 大气腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀规律
我国“九五”基金重大项目“材料在我国自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究”运用SPSS统计软件对镀锌和喷锌大气曝露腐蚀结果和大气环境影响因子进行多元线性回归，发现其大气暴露环境下生成的腐蚀产物为ZnSO4（OH）6·5H2O和少量的Zn5Cl（OH）8·H2O及Zn4Cl（OH）4SO4·5H2O。这些腐蚀产物基本上不具保护性能，因此，热喷锌和镀锌在大气环境中的腐蚀速度与曝露时间之间基本上符合线性关系。
王绍明等研究了锌及覆盖层的户外大气腐蚀行为，给出了镀锌在江津（酸性环境）和广州（海洋环境）地区大气暴露腐蚀深度与暴露时间的关系（图2），均呈线性关系，表明这些腐蚀产物不具有保护性，腐蚀数据见表3。
由图2可知，大气腐蚀环境中酸性环境和海洋性环境下镀锌钢绞线的腐蚀深度与时间符合线性关系，说明镀锌试样腐蚀产物不具有保护性，相关系数在0.9以上，相关性良好。酸性腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀速率比海洋性腐蚀环境中较大，但酸性环境腐蚀线性方程斜率较大。比较图1和图2可知：试验室和大气环境中镀锌的腐蚀深度与暴露（试验）时间均呈线性关系。
3 结语
通过试验中放入的无应力钢绞线，用失重法计算得出腐蚀量，对不同试验周期的腐蚀数据进行回归分析，腐蚀深度与时间关系都符合线性方程，相关系数都在0.9以上，相关性良好。这与大气腐蚀试验站的腐蚀数据相一致。
可以认为：酸性环境和中性环境的多因子循环复合加速试验能较好地模拟钢绞线在典型大气中的腐蚀行为。
参考文献
[1] 唐伦科.自然曝露试验与加速腐蚀试验的相关性及防蚀设计研究[D].重庆：重庆大学，2006.
[2] GBT 10125-2012.人造气氛腐蚀试验盐雾试验[S].
[3] 李晓刚.我国典型自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究进展[C]//中国化工防腐蚀技术学会.腐蚀与防护青年学者走入宝钢学术交流论文集.上海，2004.
[4] 王绍明，萧以德，张三平等.锌及锌覆盖层户外大气暴露腐蚀行为的研究[J].材料保护，2004（37）：24-26.
[5] 牟献良，田月娥，汪学华等.碳钢和低合金钢模拟加速试验与大气腐蚀试验的相关性[J].环境技术，2001，19（4）：14-17.
关键词：大气腐蚀 试验室环境腐蚀试验 相关性 评价
中图分类号：TG17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0110-03
试验室加速试验能在短时间内获得金属的腐蚀规律，因此研究出能够较为准确地模拟自然环境的试验室加速腐蚀试验，模拟出金属在自然环境下的腐蚀行为，在短期内得到与大气暴露试验相关性良好的金属腐蚀失效规律，成为大气腐蚀研究领域的热点。近些年来，模拟大气腐蚀的试验室加速腐蚀试验方法向着多因子复合的方向发展，更加准确地模拟金属的自然服役环境，提高试验室加速腐蚀试验与大气暴露试验的相关性是亟需研究的重点。
1 试验
1.1 试验条件
按照《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125-2012）的要求，利用中性盐雾试验（NSS）进行试验室加速腐蚀试验。多功能环境试验箱有关参数为：
ZHS-030型多功能环境试验箱。
喷雾方式：12 h盐雾/12 h紫外线光照。
温度：中性环境：-10 ℃～44 ℃（24 h周期循环）。
酸性环境：-6 ℃～48 ℃（24 h周期循环）。
80 cm2的水平面积的平均沉降率：1.5 mL/h±0.5 mL/h。
pH值（收集溶液）：中性环境：6.5～7.2。
酸性环境：3.1～3.3
1.1.1 中性盐溶液
根据我国大气腐蚀试验站万宁站8～12年的大气腐蚀数据及《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125-2012）的要求，进行中性盐雾试验（NSS）。
海洋中性盐雾溶液配比如下：
（NH4）2SO4：5.87 g/L；
NaCl：50 g/L；
NaHSO3：12.1 g/L；
NaNO3：2.7 g/L。
将各试剂用纯净水配置成pH6.5～7.2的试验溶液（用NaOH调节pH值）。
1.1.2 酸性盐溶液
根据重庆地区年均酸雨化学组成，见表1，选取最主要的腐蚀离子SO42-、Cl-、NO3-、NH4+作为主要组成离子，配制80倍酸雨浓度的试验酸雨环境盐雾。
酸雨环境盐雾溶液配比如下：
（NH4）2SO4：815.5 mg/L；
NaCl：152.9 mg/L；
NaHSO3：986.0 mg/L；
NaNO3：394.8 mg/L。
将各试剂用纯净水配置成pH3.1～3.3的试验溶液（用醋酸调节pH值）。
1.2 试验过程
（1）每个试验箱各放入4根约20 cm长度镀锌钢绞线进行试验。
（2）配制溶液，调定试验箱的温度，紫外线，喷雾沉降量等参数，进行盐雾试验。试验箱程序设定为24 h一周期，前12 h为盐雾试验，后12 h停止喷雾，开启紫外线。温度12 h为一循环，一周期循环2次。
（3）视腐蚀情况每隔一段时间取出一根镀锌钢绞线，用金属除锈液浸泡除锈，无水乙醇漂洗，干燥24 h后称重，计算腐蚀量。
2 试验结果分析
2.1 试验室加速腐蚀试验镀锌钢绞线腐蚀规律
镀锌钢绞线腐蚀试验数据见表2，试验腐蚀失重随时间的变化规律见图1。将镀锌钢绞线试验室加速腐蚀试验不同时间的失重结果进行回归分析。
由图1可知，试验室加速腐蚀试验中酸性环境和海洋性环境下镀锌钢绞线的腐蚀深度与时间符合线性关系，说明镀锌试样腐蚀产物不具有保护性，相关系数在0.9以上，相关性良好。海洋性腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀速率比酸性腐蚀环境中较大，但酸性环境腐蚀线性方程斜率较大。
2.2 大气腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀规律
我国“九五”基金重大项目“材料在我国自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究”运用SPSS统计软件对镀锌和喷锌大气曝露腐蚀结果和大气环境影响因子进行多元线性回归，发现其大气暴露环境下生成的腐蚀产物为ZnSO4（OH）6·5H2O和少量的Zn5Cl（OH）8·H2O及Zn4Cl（OH）4SO4·5H2O。这些腐蚀产物基本上不具保护性能，因此，热喷锌和镀锌在大气环境中的腐蚀速度与曝露时间之间基本上符合线性关系。
王绍明等研究了锌及覆盖层的户外大气腐蚀行为，给出了镀锌在江津（酸性环境）和广州（海洋环境）地区大气暴露腐蚀深度与暴露时间的关系（图2），均呈线性关系，表明这些腐蚀产物不具有保护性，腐蚀数据见表3。
由图2可知，大气腐蚀环境中酸性环境和海洋性环境下镀锌钢绞线的腐蚀深度与时间符合线性关系，说明镀锌试样腐蚀产物不具有保护性，相关系数在0.9以上，相关性良好。酸性腐蚀环境中镀锌钢绞线腐蚀速率比海洋性腐蚀环境中较大，但酸性环境腐蚀线性方程斜率较大。比较图1和图2可知：试验室和大气环境中镀锌的腐蚀深度与暴露（试验）时间均呈线性关系。
3 结语
通过试验中放入的无应力钢绞线，用失重法计算得出腐蚀量，对不同试验周期的腐蚀数据进行回归分析，腐蚀深度与时间关系都符合线性方程，相关系数都在0.9以上，相关性良好。这与大气腐蚀试验站的腐蚀数据相一致。
可以认为：酸性环境和中性环境的多因子循环复合加速试验能较好地模拟钢绞线在典型大气中的腐蚀行为。
参考文献
[1] 唐伦科.自然曝露试验与加速腐蚀试验的相关性及防蚀设计研究[D].重庆：重庆大学，2006.
[2] GBT 10125-2012.人造气氛腐蚀试验盐雾试验[S].
[3] 李晓刚.我国典型自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究进展[C]//中国化工防腐蚀技术学会.腐蚀与防护青年学者走入宝钢学术交流论文集.上海，2004.
[4] 王绍明，萧以德，张三平等.锌及锌覆盖层户外大气暴露腐蚀行为的研究[J].材料保护，2004（37）：24-26.
[5] 牟献良，田月娥，汪学华等.碳钢和低合金钢模拟加速试验与大气腐蚀试验的相关性[J].环境技术，2001，19（4）：14-17.