循环盐雾试验（交变盐雾）：全面解析材料耐腐蚀性评估的关键方法

循环盐雾试验（Cyclic Salt Spray Test），亦称交变盐雾试验，是现代工业中评估材料、涂层及产品耐腐蚀性能的核心加速试验手段。它突破了传统连续盐雾试验的局限，通过模拟更接近真实环境的复杂腐蚀条件，为产品可靠性提供了更具预见性的评价依据。

一、核心概念：超越静态腐蚀的模拟

  • 基本原理： 循环盐雾试验的核心在于其“循环”特性。试验过程并非持续喷洒盐雾，而是在多个精心设计的阶段（循环）之间交替转换。典型的循环包含但不限于以下阶段：
    • 盐雾阶段： 在恒定温度（通常35℃±2℃）下喷洒氯化钠（NaCl）溶液雾（浓度一般为5%±1%），模拟高盐分湿润环境的腐蚀（如海洋大气、融雪剂喷洒）。
    • 干燥阶段： 停止喷雾，提高试验箱温度（如升至40℃或更高），降低相对湿度（可降至<30%），使试样表面逐渐干燥。此阶段模拟干燥期腐蚀产物的累积、氧的扩散以及可能引发的应力腐蚀开裂倾向。
    • 湿润/冷凝/高湿阶段： 维持较高温度（通常40℃或50℃）和高相对湿度（接近100%），在试样表面形成一层连续的水膜（冷凝）。这模拟了湿热环境（如热带气候、昼夜温差导致的冷凝），加速电化学腐蚀过程。
    • 静置/转换阶段： 不同阶段间的过渡期，可能涉及温湿度的平稳变化。
  • 与传统盐雾试验的区别： 传统中性盐雾试验（如ASTM B117）是单一、连续的盐雾喷洒环境。循环盐雾的主要优势在于：
    • 更高的模拟真实性： 自然界中的腐蚀环境是动态变化的（晴雨交替、昼夜温差、干湿循环）。循环试验通过引入干燥、湿热等阶段，更接近实际服役条件，特别是模拟了干湿转换这一加速腐蚀的关键过程。
    • 更丰富的失效模式： 循环过程能诱发更广泛的腐蚀失效模式，如点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、涂层下的丝状腐蚀、基材的应力腐蚀开裂倾向等，这些在单一盐雾环境中可能不明显或发展缓慢。
    • 更好的相关性： 大量实践表明，对于许多材料（尤其是现代高性能涂层体系、汽车零部件、电子电器产品），循环盐雾试验的结果与实际户外暴露或使用环境下的腐蚀行为具有更好的相关性，预测性更强。
 

二、试验流程与关键参数

  1. 试样准备：

    • 清洁： 彻底清除试样表面的油污、灰尘、指纹等污染物（使用适当溶剂如无水乙醇、丙酮等，避免残留）。
    • 状态： 试样应代表最终产品状态（如带装配件、缝隙、搭接边等），或按标准要求制备（如划痕位置、深度）。
    • 标识： 进行清晰、耐腐蚀的标识。
    • 放置： 试样在试验箱内按标准要求的角度（通常15°-30°倾斜）和间距摆放，确保盐雾能自由沉降在所有暴露表面，试样间及与箱壁间互不接触、不遮挡。

  2. 溶液配制： 使用符合标准要求的氯化钠（通常为分析纯或化学纯）溶于电导率低于20µS/cm的去离子水或蒸馏水中，配制成浓度为5%±1% (w/w) 的盐溶液。pH值需调节并在试验过程中监控（常为6.5-7.2）。溶液应避免重复使用。

  3. 循环程序设定： 选择合适的标准循环（如前述GMW 14872, VDA 621-415, Volvo STD 1027, 1372, SAE J2334等）或根据特定产品要求自定义循环程序。需精确设定：

    • 各阶段的顺序。
    • 各阶段的持续时间（时长）。
    • 各阶段的目标温度和相对湿度（RH）。
    • 阶段间转换的速率（升温/降温速率，加湿/除湿速率）。

  4. 试验运行：

    • 将符合要求的试样放入试验箱。
    • 启动设备，运行预设的循环程序。确保盐雾沉降量、温度、湿度等关键参数在标准允许的公差范围内稳定运行。
    • 定期检查设备运行状态（喷嘴是否堵塞、溶液液位、参数稳定性）、收集并测量沉降量。
    • 试验过程中尽量避免中断，若非必要，中断时间应计入试验总时间。

  5. 试验持续时间： 试验总时长通常以“循环次数”或“小时数”计，具体取决于被测材料/产品的预期使用寿命、耐蚀性等级要求以及所依据的标准。常见范围从几十个循环（数天）到上百个循环（数周甚至数月）。

  6. 试验终止与试样处理：

    • 达到预定试验时间或循环次数后，终止试验。
    • 小心取出试样： 避免触碰腐蚀区域或损坏腐蚀产物。
    • 温和清洗： 用室温流动水（通常为去离子水）轻轻冲洗试样表面残留盐分（依据标准要求，有时需在特定条件下清洗）。
    • 干燥： 在清洁、干燥的空气环境中自然干燥或用冷风吹干（温度通常<35℃）。避免擦拭或刷洗试样腐蚀区域。
 

三、结果评价与判定

评价循环盐雾试验结果需依据具体产品标准、材料规范或客户协议中定义的验收准则。常见评价方法包括：

  • 外观检查：
    • 涂层：起泡（大小、密度）、开裂、剥落、锈蚀（基材锈蚀等级）、附着力丧失、颜色变化、光泽度下降等。
    • 金属基材：腐蚀类型（均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀）、腐蚀面积百分比、腐蚀深度（可能需要金相法测量）。
    • 记录并拍照（最好带标尺和色卡），注明观察位置（如正面、侧面、边缘、划痕处）。
  • 功能检查（如适用）： 对电子电器产品、活动部件等进行功能性测试，验证是否因腐蚀导致失效（如导电性下降、接触电阻增大、机构卡死、密封失效等）。
  • 腐蚀产物分析（深入分析）： 使用SEM/EDS、XRD等手段分析腐蚀产物的形貌和成分，了解腐蚀机理。
  • 评级方法：
    • 标准评级图： 参照ASTM D610（钢基材上涂层锈蚀等级）、ASTM D714（涂层起泡等级）、ASTM D1654（腐蚀后划痕处评价）、ISO 4628系列标准等提供的标准图片或描述进行评级。
    • 定量测量： 测量腐蚀失重（需去除腐蚀产物）、点蚀深度、起泡/锈蚀面积百分比等。
    • 失效时间/循环数： 记录首次出现特定类型腐蚀（如红锈、起泡）的循环次数或时间。
 

四、遵循的主要标准规范

循环盐雾试验的具体操作和评价需严格遵循公认的国际、国家、行业或企业标准：

  • 汽车行业：
    • GMW 14872: 通用汽车标准，是应用最广泛的循环腐蚀试验之一（包含盐雾、干燥、潮湿阶段）。
    • VDA 621-415: 德国汽车工业协会标准（历史标准，部分被PV 1210取代）。
    • Volvo STD 1027, 1372: 沃尔沃汽车标准。
    • SAE J2334: 汽车工业联盟标准。
    • Ford CETP 00.00-L-467: 福特汽车标准。
    • PV 1210: VDA最新提出的实验室循环腐蚀试验标准。
  • 通用工业：
    • ISO 11997-1/-2: 色漆和清漆 - 耐循环腐蚀性的测定（包含多种循环程序）。
    • ASTM D6899/D7087: 标准实践 - 实验室循环盐雾/干燥试验。
    • ASTM G85: 修改的盐雾试验标准附录中包含多种循环程序（如Prohesion循环 Annex A5）。
    • JIS H 8502: 金属覆盖层耐腐蚀性试验方法（包含循环试验）。
    • IEC 60068-2-52: 环境试验 - 试验方法 Kb：循环盐雾试验（适用于电子电工产品）。
  • 航空航天： 如AIRBUS AITM、BOEING BSS等公司规范中定义的特定循环程序。
 

五、典型应用领域

循环盐雾试验因其优越的模拟性和相关性，被广泛应用于对耐蚀性有严格要求的关键领域：

  • 汽车工业： 车身板金、底盘零部件（制动系统、悬挂系统）、紧固件、内外饰件（镀铬件、标牌）、发动机舱零件、电子控制单元（ECU）、线束连接器等的涂层、基材及整体耐腐蚀性能评价。是验证整车防腐蚀（CP, Corrosion Protection）能力的关键试验。
  • 电子电器： 印刷电路板（PCB）及组件（PCBA）、连接器、开关、外壳涂层（金属/塑料）、散热器等在含盐雾的湿热环境下的耐腐蚀和电化学迁移可靠性评估。
  • 航空航天： 飞机结构件、紧固件、发动机部件、航电设备等在严苛海洋大气或除冰液环境中的耐蚀性验证。
  • 海洋工程与船舶： 船体结构、海上平台设备、甲板机械、海洋仪器仪表在海水飞溅、高盐雾环境下的防护性能测试。
  • 轨道交通： 列车车体、转向架部件、受电弓等在寒冷地区经受除冰盐侵蚀的考核。
  • 通用工业与涂层行业： 评估新型防腐涂料（如富锌底漆、环氧、聚氨酯、氟碳涂料）、电镀层（锌、镍、铬、镉等）、转化膜（磷化、铬酸盐）、阳极氧化层等防护体系的长期性能优劣与配方筛选。
 

六、结论

循环盐雾试验（交变盐雾）通过精心设计的动态环境循环（盐雾、干燥、湿热等），极大地提升了实验室加速腐蚀试验对真实复杂环境的模拟能力。相较于传统连续盐雾，它能诱发更多样化的失效模式，并提供与户外暴露或实际使用更具相关性的耐腐蚀评估结果。在现代工业，尤其是汽车、电子、航空航天等对可靠性要求极高的领域，循环盐雾试验已成为评价材料和产品耐腐蚀性能不可或缺的核心工具。理解和正确应用这一试验方法，结合严格遵循相关标准规范，对于提升产品设计、材料选择、工艺优化及最终的质量与可靠性保障具有重大的实践意义。