本文介紹了一種稱為美邦附著力試驗(yàn)的循環(huán)加速腐蝕方法。與傳統(tǒng)的鹽霧、濕度或二氧化硫測(cè)試相比，該測(cè)試與長(zhǎng)期自然暴露關(guān)系更密切。附著力試驗(yàn)通常使用0.4%硫酸銨和0.05%氯化鈉的電解液。它還在環(huán)境溫度下使用電解質(zhì)噴霧，在高溫下干燥，并在噴霧和干燥條件之間快速循環(huán)。測(cè)試結(jié)果顯示了與自然室外暴露和常規(guī)鹽霧的對(duì)比。
隨著油漆系統(tǒng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在有許多能夠經(jīng)受最惡劣環(huán)境的涂料。然而，它們的性能主要取決于底漆對(duì)基底金屬的附著力。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，如ASTM B117鹽霧、濕度和二氧化硫會(huì)影響涂料的發(fā)展，但它們?nèi)匀辉试S涂料進(jìn)入市場(chǎng)，但在實(shí)踐中卻失敗了。因此，這些加速試驗(yàn)與自然老化幾乎沒(méi)有相似之處。
這些試驗(yàn)中最重要的是熱鹽霧試驗(yàn)，例如ASTM B117。這種試驗(yàn)方法已經(jīng)并且仍然被廣泛使用，并被接受為評(píng)估可靠性的決定性加速試驗(yàn)。然而，這在現(xiàn)實(shí)中是完全不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)產(chǎn)品在其工作環(huán)境中不會(huì)暴露在該測(cè)試的條件下。
當(dāng)化學(xué)家在鹽霧試驗(yàn)后查看他的結(jié)果時(shí)，他經(jīng)常決定接受具有良好鹽霧性能的涂層，而不是具有差的鹽霧性能的涂層。因此，如果一種涂料通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，那么它就被認(rèn)為是合適的，并經(jīng)常被引入市場(chǎng)。
如果涂層未能通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢查，則被丟棄。有了這種哲學(xué)，一個(gè)化學(xué)家可以扔掉一個(gè)自然界的理想產(chǎn)品和一個(gè)市場(chǎng)上的贏家！
普通涂層，或者實(shí)際上是上述普通涂層，在施涂到基底上之后，經(jīng)受自然老化的所有因素。這些元素對(duì)涂層的侵蝕越來(lái)越嚴(yán)重，每一種都會(huì)導(dǎo)致更多的腐蝕。然而，在實(shí)驗(yàn)室中，這些相同的涂層在經(jīng)歷單獨(dú)的測(cè)試程序后被評(píng)估。
然而，我們周圍的證據(jù)表明，這些形式的個(gè)人測(cè)試并不能提供答案。自然老化是循環(huán)的，所以實(shí)驗(yàn)室測(cè)試應(yīng)該相應(yīng)。
在20世紀(jì)70年代，進(jìn)行了大量的工作來(lái)尋找連續(xù)加速試驗(yàn)ASTM B117的替代方法。這種測(cè)試過(guò)去和現(xiàn)在都廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，但它最初是在1910-1920年間發(fā)展起來(lái)的，并于1939年首次標(biāo)準(zhǔn)化。
該試驗(yàn)可能對(duì)海洋環(huán)境中涂層性能的測(cè)試有用，但是它現(xiàn)在用于預(yù)測(cè)大約五十年后涂層在各種環(huán)境中的性能。
這一早期工作的先驅(qū)是F.D. Timmins 2，他認(rèn)為盡管傳統(tǒng)的鹽霧試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中是合格的涂層，但在實(shí)踐中仍然會(huì)發(fā)生故障。加速測(cè)試的整個(gè)概念都受到了質(zhì)疑。為什么要使用35攝氏度的熱鹽霧？這可能與多少環(huán)境有關(guān)？為什么要使用連續(xù)的鹽霧，為什么要使用5%的氯化鈉溶液？
最初使用5%的氯化鈉溶液可能是因?yàn)樗c海洋環(huán)境有關(guān)。至于為什么使用連續(xù)噴霧，或者為什么選擇恒定的35 ℃,我不知道。同樣，問(wèn)題必須是，它們是現(xiàn)實(shí)條件嗎？
早在1962年，J. B. Harrison博士和T. C. K. Tickle就注意到，盡管磷酸鋅底漆在室外工業(yè)環(huán)境中的性能通常很好，但它們?cè)诩铀冫}霧試驗(yàn)中的性能很差。
根據(jù)這一觀察結(jié)果，Harrison使用了常見(jiàn)的大氣鹽類硫酸銨和氯化鈉的混合物作為噴灑溶液，重量為3.25%的硫酸銨和0.25%的氯化鈉。
然而，Timmins決定，應(yīng)該使用Harrison混合物的弱溶液，包括0.40 wt %的硫酸銨和0.05 wt %的氯化鈉。人們還決定在環(huán)境溫度下的噴涂將與自然老化密切相關(guān)。Timmins將他的試驗(yàn)命名為Prohesion，這是Protection is Adhesion的首字母縮寫(xiě)。
早期的結(jié)果表明，這種測(cè)試方法提供了更真實(shí)的結(jié)果。因此，Timmins通過(guò)Mebon Paints Ltd .找到我們公司，要求我們制造一種可以反復(fù)提供可重復(fù)條件的櫥柜，這樣他們就有了一個(gè)穩(wěn)定的工作基礎(chǔ)。
在與Timmins進(jìn)一步協(xié)商后，決定在生產(chǎn)試驗(yàn)箱中需要以下試驗(yàn)條件。
1. 選擇環(huán)境溫度下的噴霧循環(huán)，并且將使用哈里森混合物的稀溶液。
2. 需要高溫干燥循環(huán)，室內(nèi)空氣溫度在23℃至55℃之間變化
3. 在干燥循環(huán)期間，需要將空氣引入試驗(yàn)箱。
4. 允許從最少1小時(shí)到最多10小時(shí)的循環(huán)潤(rùn)濕和干燥循環(huán)的設(shè)施是必不可少的。
5. 測(cè)試樣品應(yīng)放在櫥柜墻壁上的架子上，以便所有面板的表面都暴露在噴霧中。
這些基本條件與我們認(rèn)為對(duì)任何形式的噴霧室都至關(guān)重要的其它特征結(jié)合在一起。
鹽霧箱結(jié)構(gòu)和操作
鹽霧箱機(jī)柜由使用高溫樹(shù)脂的玻璃增強(qiáng)塑料制成。在內(nèi)部和外部機(jī)柜之間是電加熱器，與傳統(tǒng)的帶水套的鹽霧試驗(yàn)箱相比，它可以實(shí)現(xiàn)更快的溫度循環(huán)。這種快速循環(huán)的特殊能力對(duì)于附著力測(cè)試是必不可少的。外部塑料機(jī)柜裝有控制面板，該面板包含一個(gè)溫度范圍為23°C至55°C的比例帶溫度控制器，還包含定時(shí)器，可在10分鐘至1000小時(shí)的時(shí)間內(nèi)循環(huán)加濕和干燥。
兩個(gè)或三個(gè)樣品廊位于每個(gè)內(nèi)壁上，用于放置測(cè)試樣品。樣品與垂直方向成15°角。
理想情況下，試驗(yàn)箱應(yīng)位于溫度控制在24±2℃的室內(nèi)。這一要求對(duì)于保持實(shí)驗(yàn)室間測(cè)試的一致性至關(guān)重要。
鹽溶液噴霧系統(tǒng)
鹽溶液儲(chǔ)存在一個(gè)外部的塑料容器中，因此溶液的溫度保持在環(huán)境溫度。蠕動(dòng)泵將溶液輸送到。噴嘴通過(guò)在線溶液過(guò)濾器。該泵在恒定壓力下提供良好控制的流速，可在每小時(shí)0.5毫升和1.5毫升之間選擇。流量計(jì)可以監(jiān)控溶液的流速。在噴嘴處，受控制的溶液流與壓縮空氣混合進(jìn)行霧化?？梢酝ㄟ^(guò)改變壓縮空氣的壓力來(lái)調(diào)節(jié)噴霧模式的分散。因此，噴霧流速和噴霧分散可以獨(dú)立變化。
噴嘴位于機(jī)柜的中央，由耐腐蝕材料制成。噴嘴不需要擋板來(lái)分散溶液，因?yàn)槿芤和耆蓢娮毂旧盱F化，提供不大于50微米的顆粒尺寸。
空氣供應(yīng)
測(cè)試儀的空氣供應(yīng)保持在28磅/平方英寸。室上的控制器將氣壓降低到大約15 磅/平方英寸，用于鹽溶液霧化。
在干燥過(guò)程中，全部28磅/平方英寸的壓力通過(guò)定向噴嘴引入試驗(yàn)箱，產(chǎn)生渦流效應(yīng)。這種空氣引入提供了空氣富集的環(huán)境，并有助于測(cè)試板的干燥。
典型測(cè)試
通過(guò)與使用該設(shè)備的公司的廣泛接觸發(fā)現(xiàn)，典型的測(cè)試包括在環(huán)境溫度下一個(gè)小時(shí)的噴霧循環(huán)，隨后在35℃下一個(gè)小時(shí)的干燥循環(huán)。
使用該程序，測(cè)試樣品在噴涂周期開(kāi)始的幾分鐘內(nèi)變得明顯潮濕，在干燥周期結(jié)束時(shí)表面明顯干燥。
S. B. Lyons用這種方法進(jìn)行了大量的工作，B. S. Skerry也是如此。Timmins后來(lái)也用這種方法進(jìn)行了工作。
這兩種測(cè)試很容易比較，可以看出幾個(gè)基本的區(qū)別。
ASTM鹽霧試驗(yàn)有一個(gè)飽和的環(huán)境(100%相對(duì)濕度)，試驗(yàn)中的樣品要經(jīng)受連續(xù)的噴霧。然而，在附著力試驗(yàn)中，有一個(gè)循環(huán)的方法來(lái)處理試件的濕潤(rùn)和干燥。通過(guò)這種循環(huán)測(cè)試，樣品有機(jī)會(huì)通過(guò)滲透作用吸收比連續(xù)噴霧測(cè)試更多的水。
盡管與ASTM相比，在附著力試驗(yàn)中樣品經(jīng)受鹽霧的時(shí)間只有一半，但是W. T. Shieh已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果連續(xù)使用濕/干循環(huán)，盡管使用相對(duì)稀釋的噴霧溶液，高腐蝕性的濃溶液將最終在表面上積聚。
M. Stratmann還發(fā)現(xiàn)，在濕/干循環(huán)試驗(yàn)中，鐵的腐蝕在干燥和再濕的過(guò)程中發(fā)生得最快，而不是在實(shí)際的濕潤(rùn)期。其原因是，在表面干燥過(guò)程中，稀鹽溶液的濃度會(huì)被超過(guò)，最終會(huì)出現(xiàn)鹽分沉淀。這種鹽分在表面涂層上的積聚，一般會(huì)導(dǎo)致腐蝕速度的增加。
ASTM鹽霧試驗(yàn)使用濃度相對(duì)較高的5%溶液，以純氯化鈉作為鹽。Prohesion使用低濃度溶液和自然形成的大氣鹽的混合物，因此將這些混合物加入到試驗(yàn)溶液中似乎是現(xiàn)實(shí)的。
但需要強(qiáng)調(diào)的是，提到的兩種鹽是指工業(yè)環(huán)境中的大氣鹽?？梢允褂闷渌}。加速腐蝕試驗(yàn)溶液中所用鹽的選擇一般應(yīng)由涂層實(shí)際暴露的環(huán)境決定。
在干循環(huán)過(guò)程中，高空氣流量和高溫會(huì)顯著改變室內(nèi)的濕度水平。這種干燥效應(yīng)不僅會(huì)改變濕度水平，而且空氣的引入會(huì)增強(qiáng)氧化過(guò)程，從而加快腐蝕速度。
在ASTM鹽霧試驗(yàn)中，飽和環(huán)境下的濕度總是很高。然而，在此之前，從干燥循環(huán)開(kāi)始時(shí)的高相對(duì)濕度條件，到一小時(shí)干燥循環(huán)結(jié)束時(shí)，相對(duì)濕度下降到40%和45 %之間。這一濕度水平低于巴頓認(rèn)為會(huì)發(fā)生大氣腐蝕的水平。
因此，在預(yù)干燥循環(huán)期間，富含空氣的大氣和35°C的溫度會(huì)導(dǎo)致濕度條件的變化。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，腐蝕速率從高腐蝕期變化到循環(huán)末期的低腐蝕或無(wú)腐蝕期。這種情況在自然界必然會(huì)發(fā)生。
鹽霧試驗(yàn)提供了在自然界中不現(xiàn)實(shí)的答案，而Prohesion提供了與長(zhǎng)期室外暴露相關(guān)的現(xiàn)實(shí)結(jié)果。這些結(jié)果還表明，隨著原材料輸入的變化，涂層的長(zhǎng)期性能會(huì)受到與鹽霧試驗(yàn)所預(yù)測(cè)的完全相反的影響。從附著力測(cè)試中獲得的結(jié)果表明，作為一種加速腐蝕測(cè)試方法，它與自然老化相關(guān)，因此提供了真實(shí)的結(jié)果。
沒(méi)有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)軌蚪鉀Q世界范圍內(nèi)的所有腐蝕問(wèn)題。電解液的選擇、選定的測(cè)試溫度和循環(huán)類型都是需要考慮的相關(guān)因素。應(yīng)用不當(dāng)仍會(huì)導(dǎo)致故障，不合格的原材料會(huì)導(dǎo)致其他故障，環(huán)境中的極端情況會(huì)導(dǎo)致更多故障，但附著力測(cè)試可以提供與自然老化相關(guān)的基準(zhǔn)。
這些圖顯示了在印第安納州西北部的一個(gè)工業(yè)場(chǎng)所，Prohesion、鹽霧(ASTM B117)和戶外暴露之間的測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性。與鹽霧試驗(yàn)結(jié)果相比，附著力試驗(yàn)結(jié)果更能代表室外腐蝕。
使用0.40%硫酸銨和0.05%氯化鈉溶液，在環(huán)境溫度下噴涂一小時(shí)，在35℃下干燥一小時(shí)。
中油醇酸系統(tǒng)；聚氯乙烯含量為45%；體積固體含量為42%；抑制劑加載量為1.5磅/加侖；以1.5密耳干膜厚度應(yīng)用于地面測(cè)試面板。
鹽霧暴露600小時(shí)后，抑制劑A遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于抑制劑B。
經(jīng)過(guò)4年的工業(yè)暴露，兩個(gè)系統(tǒng)都表現(xiàn)出良好的性能，抑制劑B略勝一籌。與鹽霧結(jié)果相關(guān)性差。
經(jīng)過(guò)600小時(shí)的粘附暴露后，抑制劑B略好于抑制劑a。粘附結(jié)果與工業(yè)暴露更密切相關(guān)。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
