熱噴涂涂層的耐腐蝕性能檢測

涂層的耐腐蝕性是反映涂層保護基體金屬和抵抗環(huán)境侵蝕能力的好壞，是直接影響金屬構(gòu)件使用壽命的重要指標。特別是對于防護性涂層及防護-裝飾性涂層，對涂層的耐腐蝕性指標有其明確的要求，必須進行嚴格的檢驗。

一、腐蝕試驗方法

腐蝕試驗包括實驗室腐蝕試驗和現(xiàn)場腐蝕試驗兩類。實驗室腐蝕試驗，可分為室溫或加熱的液態(tài)浸漬腐蝕和氣體腐蝕（含高溫氧化）以及鹽霧試驗等?，F(xiàn)場腐蝕試驗也多種多樣，如大氣腐蝕、海水及淡水浸漬、土壤腐蝕、掛片試驗等。按腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，又可分為酸性、堿性、中性鹽腐蝕等類型。

腐蝕試驗條件，需根據(jù)試驗涂層材料的技術(shù)標準或涂層材料的使用條件來擬定。溶液的pH值、溶解氣體量、溶解離子濃度、溶液溫度與流速等，均會直接影響涂層的腐蝕反應。一般認為，溶液中的溶解氣體，特別是中性溶液中的氧含量對腐蝕過程的陰極反應影響很大，而液體溫度不僅影響反應速度，而且對反應類型也有一定的影響。

1. 液態(tài)浸漬法

對噴涂層進行液態(tài)浸漬腐蝕，可帶標樣（一般為被噴涂的基體材料）同時進行，也可帶入已知耐蝕性的其它材料的試樣，以期進行比較。由于噴涂層多有氣孔存在，故應首先進行封孔處理后再做腐蝕試驗。液態(tài)浸漬腐蝕又分為靜態(tài)全浸式、部分浸漬式、交互浸漬式、氣蝕等流液浸漬等。

（1）靜態(tài)全浸式

靜態(tài)全浸式就是將試樣完全浸入溶液浸泡的試驗方法。此方法操作簡便，重現(xiàn)性好，比較容易控制試驗因素。國家標準GB 10124《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》中詳細規(guī)定了試驗方法和要求。試驗時，不論是常溫還是煮沸下的腐蝕試驗，均應保持溶液的濃度始終一致。溶液的蒸發(fā)損失可采用恒定水平面裝置控制或定時地添加溶液，使溶液體積的波動不超過±1%，有時也采用回流冷凝。為避免腐蝕產(chǎn)物積累影響腐蝕規(guī)律，一般將介質(zhì)容量與試樣表面積的比例控制在20~200 mL/cm3。通常要求每個試驗裝置中只浸泡一種涂層，以避免一種涂層的腐蝕產(chǎn)物對另一種涂層腐蝕規(guī)律的干擾。

利用水浴或油浴控制試驗溶液的溫度。除非有特別規(guī)定，腐蝕試驗過程不應對溶液充氣。試驗容器可密封，也可敞露。在沸點溫度下進行的試驗，應注意緩慢加熱，并在容器底部鋪一層玻璃（或陶瓷）碎片，以避免過度沸騰和氣泡的沖擊作用。試樣的支架和容器在試驗溶液中應是惰性的，從而保證自身不被腐蝕和破壞，也不污染試驗溶液。

（2）部分浸漬式

部分浸漬式是將試樣部分浸入溶液，由于氣/液相交界的水線長期保持在涂層表面的同一固定位置，從而造成嚴重的局部腐蝕破壞，部分浸漬試驗也稱為水線腐蝕試驗。在貯存液體的容器內(nèi)壁及部分浸入海水的涂層構(gòu)件上，都會發(fā)生這種水線破壞。鋁涂層和某些其他金屬涂層往往在水線處發(fā)生濃差腐蝕，部分浸漬試驗條件為其提供了非常適宜的加速試驗方法。

部分浸漬式試驗方法、要求、條件的控制及試驗裝置與靜態(tài)全浸式試驗基本相同。關(guān)鍵是如何提供合適的試樣支撐方法，使水線部位保持在固定的位置上，保證液面上、下的試樣面積比恒定不變。采用自動恒定液面裝置，可以顯著提高試驗結(jié)果的重現(xiàn)性。

（3）交互浸漬式

交互浸漬試驗又稱間浸試驗，是指將帶有金屬涂層的試樣交替地浸入液態(tài)腐蝕介質(zhì)和暴露在空氣中。交互浸漬試驗是一種模擬試驗，也是一種加速試驗。這種交互浸漬狀態(tài)為水溶液作用提供了加速腐蝕的條件，因為在大部分暴露時間中試樣表面可以保持頻繁更新，幾乎為氧所飽和的溶液薄膜，而且在干濕交替過程中，由于水分蒸發(fā)使得溶液中的腐蝕性組分濃縮。另外，試樣表面完全干燥常常使腐蝕速度下降，但是腐蝕產(chǎn)物膜破裂則起相反的作用。

交互浸漬試驗結(jié)果與干濕變化的頻率、環(huán)境的溫度和濕度密切相關(guān)，所以必須合理設(shè)計干濕變化周期，并在連續(xù)試驗中保持不變。同樣，應合理控制環(huán)境溫度和濕度，以保證試樣在大氣暴露期間有恒定的干燥速度。根據(jù)不同的試驗要求，有時在濕度相當高的密閉裝置中進行間浸試驗，使試樣離開溶液后始終保持濕潤狀態(tài)；有時在空氣中暴露時用干燥熱風吹拂（或輻照加熱），以加速干燥。

交互浸漬試驗條件的選擇與所用試驗裝置的工作原理有關(guān)。為了實現(xiàn)干濕交替，可以交替地將試樣浸入和提出溶液；也可使試樣固定不動，而讓溶液相對試樣升降。通常使試樣運動比移動腐蝕介質(zhì)更容易實現(xiàn)。溶液和空氣中的暴露時間比應視試驗的具體要求而定，一般為1:1~1:10，一次循環(huán)的總時間常為1~60 min不等，有時也可達24h。

2. 中性鹽霧試驗

中性鹽霧試驗是一種常用的人工加速腐蝕試驗，它是模擬沿海大氣環(huán)境中，溫暖的海面向寒冷的空氣蒸發(fā)和海浪沖擊下潑向空間的含氯離子微小液滴，形成細霧狀介質(zhì)對金屬的腐蝕條件，采用一定濃度的氯化鈉溶液，在加壓下以細霧狀噴射，由于霧粒均勻地落在試樣表面，并不斷維持液膜更新，因而對涂層的腐蝕符合大氣腐蝕基本原理，實現(xiàn)測定涂層的加速腐蝕作用。

中性鹽霧試驗畢竟不能完善地模擬大氣條件對金屬涂層的腐蝕，加之影響腐蝕的因素較多，造成測試條件不易控制等等，往往重現(xiàn)性較差，所以只能作為同一類型涂層在該條件下相對耐蝕性的比較。實踐表明，它對陽極性涂層（如鋼鐵基體上的鋅層和鎘層等）耐蝕性效果較好，而對陰極性涂層，則只能揭示涂層的孔隙和缺陷程度，間接地反映涂層的抗腐蝕能力。

國家標準GB6458-86《金屬覆蓋層 中性鹽霧試驗》中規(guī)定了中性鹽霧試驗所使用的設(shè)備、試劑和方法。

試樣的數(shù)量按測試具體規(guī)定，一般情況下每批取3件。試驗時，試樣放置在鹽霧試驗箱內(nèi)，試驗溶液為5％NaCl（質(zhì)量百分數(shù)）溶液，pH值為6.5~7.2，噴霧箱內(nèi)溫度為35±2℃，相對濕度大于95％。試驗面朝上，讓鹽霧自由沉降在被試驗面上，經(jīng)24h噴霧后，每個收集器所收集的溶液，就80 cm2而言應為1~2 mL，被試面與垂直方向成15~30°，不能直接噴射被試面。試樣不能接觸箱體，也不能相互接觸。試樣之間的距離應不影響鹽霧自由降落在被試面上，試樣上的液滴不得落在其他試樣上。試驗時間應按被試覆蓋層或產(chǎn)品標準的要求而定，若無標準，推薦時間為：2、6、16、24、48、96、240、480、720h。停噴時不加熱，試樣密封在箱內(nèi)自然冷卻。試樣在試驗結(jié)束后，取出試樣。為減少腐蝕產(chǎn)物的脫落，試樣在清洗前，放在室內(nèi)自然干燥0.5~1h。然后用不高于40℃的清潔流動水，輕輕清洗，除去試樣表面鹽霧溶液的殘留物，經(jīng)干燥后作外觀檢查和評級。按我國熱帶電工產(chǎn)品，JB/Z 88-66評定標準，經(jīng)鹽霧試驗后的腐蝕程度為4級：一級為良好，2級為合格，3~4級為不合格。在每一級中，只要滿足一項，就按該級評定。

3. 銅鹽加速醋酸鹽霧試驗（CASS法）

銅鹽加速醋酸鹽霧試驗是中性鹽水噴霧試驗的改進方法。由于它在氯化鈉溶液中用醋酸酸化，并加入氯化銅提高對某些金屬涂層的腐蝕速率和效果，取得了鋼鐵基體上陰極性涂層腐蝕方式接近于實際環(huán)境的良好結(jié)果。CASS法與中性鹽水噴霧相比，不僅腐蝕速度加快，而且重現(xiàn)性較好，所以正逐步取代中性鹽水噴霧對陰極性涂層的耐蝕性檢驗。該法適用于鋼鐵基體上陰極性涂層（銅、鎳、鉻涂層等）和鋁或鋁合金上陽極氧化膜的耐腐蝕性檢驗。

銅鹽加速醋酸鹽霧試驗的溶液成分為：氯化鈉（NaCl）50±5 g/L、氯化銅（CuCl2·H2O）0.26±0.02 g/L，pH（用醋酸調(diào)整）為3.2±0.1。測試設(shè)備與鹽霧試驗設(shè)備大致相同，只是對箱體耐高溫性要求更高（50±1℃）。目前除了專門用于CASS試驗的設(shè)備外，也有與鹽水噴霧試驗通用的設(shè)備。除測試溫度為50±1℃外，其它條件與鹽水噴霧試驗條件相同。

4. 大氣暴露腐蝕試驗

大氣暴露腐蝕試驗是在天然大氣條件下，對噴涂層試樣在試樣架上（室外或室內(nèi)）進行實際的腐蝕試驗，通過定期觀察及測定其腐蝕過程特征和腐蝕速度確定其防護壽命。大氣暴露試驗是正確判斷涂層耐蝕性能的一個重要方法，其評定結(jié)果通常作為制定涂層厚度標準的依據(jù)。具體試驗方法可參照國家標準GB6464-86《金屬和其它無機覆蓋層靜置戶外暴曬腐蝕試驗一般規(guī)則》進行。

大氣暴露腐蝕試驗試驗條件的選擇應與工件使用的實際條件相同或相似。一般按暴露場地所處地區(qū)的環(huán)境條件，將大氣條件分為四類（包括室內(nèi)和室外）：工業(yè)性大氣、海洋性大氣、農(nóng)村大氣和城郊大氣。暴露場應設(shè)在完全敞開的地方，能充分受到大氣（空氣、日光、雨、露、霧、霜、雪等）的侵襲。周圍的建筑物、樹木和試樣架應有一定間隔距離，保證周圍建筑物和樹木等的陰影在任何時刻不會投射到被測試樣上。

試樣大氣暴曬的方式有三種：1）露天暴曬，即將試樣直接放在室外的框架上?？蚣懿捎媚軌蚪?jīng)受腐蝕的材料制成，試樣在框架上面向南方。框架附近的植物高度不應大于0.2m；2）半封閉暴曬，把試樣放在有頂棚遮蓋下進行暴曬，以防止直接受太陽輻射和大氣降水的作用，或試樣暴曬在部分封閉的空間，例如百葉箱中；3）“全封閉”暴曬，此時外界因素對試樣的影響是非常有限的。

大氣暴露試驗用的試樣，不得小于50cm2（5 cm×10 cm），專門制備的試樣應為平板形狀，一邊的長度最好為50 mm的整數(shù)倍，厚度為1~3 mm。同一種試樣的數(shù)量不得少于三件。在暴曬前應徹底清洗試樣，以除去涂層表面的污染物。每件試樣應有不易消失的編號，如打上鋼印或掛有刻字的塑料牌等。試驗開始前，試樣應采用專用測試記錄卡分別記錄試樣編號、涂層結(jié)構(gòu)、厚度、外觀光澤等情況，并編寫試驗綱要（包括：測試目的、試驗要求、檢查周期等）。每種試樣需留l~3件保存在干燥器內(nèi)，供試驗中比較觀察。

試樣投放最好選擇每年的潮濕、陰雨季節(jié)前，建議在每年的4~5月或9~10月。由于大氣腐蝕速度很慢，試驗時間最好為1~20年。試樣開始暴露后，頭3個月內(nèi)檢查次數(shù)應頻繁，一般每月2~3次。檢查時應注意開始出現(xiàn)腐蝕點的時間，做好詳細記錄。3個月后每月檢查一次，一年后每3個月檢查一次。冬季室外暴露的試樣如遇下雪時（指冬季有下雪的地區(qū)），應定期拭去表面的積雪。取試樣時不可用手直接與主要表面接觸。不允許將兩片試樣接觸或摩擦以防止人為機械損傷或電化學腐蝕，造成試驗結(jié)果誤差。

測試結(jié)果的評定，除參照鹽水噴霧試驗方法外，還可按試樣表面腐蝕率（見結(jié)果評定）進行腐蝕等級評定。

5. 海水腐蝕試驗

熱噴涂防腐蝕技術(shù)目前已廣泛用于大量海洋工程設(shè)施，如海上采油鉆探平臺、艦船及港口設(shè)施等，因此海水腐蝕試驗是熱噴涂涂層進行較多的試驗內(nèi)容之一。

海洋的腐蝕環(huán)境大致可以分為：海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海底泥漿區(qū)，由于所處環(huán)境的不同，使金屬的腐蝕速度有很大差異。金屬構(gòu)件在飛濺區(qū)，處于干、濕交替，氧供應充足具有相當高的腐蝕性。高潮位區(qū)在漲潮時與含氧的海水接觸，腐蝕也較嚴重。另外，潮差區(qū)相對低潮線以下的全浸區(qū)部分，形成明顯的氧濃差電池作用，潮差區(qū)供氧充分為陰極，而恰好位于低潮線下的全浸區(qū)，因供氧相對較少而成為陽極，使腐蝕加速。按海洋環(huán)境區(qū)域特點，金屬防護涂層的海水腐蝕試驗可分為6類。

（1）海洋大氣腐蝕試驗?？梢员碚鞔?、船艙內(nèi)的金屬防護涂層腐蝕，以及不會直接受到海水或浪花作用的海岸設(shè)施的金屬防護涂層腐蝕。

（2）浪花飛濺帶腐蝕試驗。表征海上和沿岸結(jié)構(gòu)件在海平面之上經(jīng)常遭受浪花飛濺作用，但不會受到海水浸潤的金屬防護涂層腐蝕。通常試樣被放置在乎均高潮位上方0.2~2m的位置。

（3）海水間浸試驗。又稱交替浸泡試驗。表征港口結(jié)構(gòu)和船體外部結(jié)構(gòu)間或受到海水浸潤的金屬防護涂層腐蝕。

（4）海水半浸試驗。即海水水線腐蝕試驗，表征任何海洋飄浮結(jié)構(gòu)外部的氣／液／固三相交界處的金屬防護涂層腐蝕。

（5）海水全浸試驗。表征各種水下設(shè)施的金屬防護涂層腐蝕，通常試樣被放置在最低潮位以下0.2~2m的位置。

（6）海洋土壤腐蝕試驗。這是模擬埋在海底土壤部分的管道、電纜及水下設(shè)施的金屬防護涂層腐蝕試驗。

具體試驗方法可參照國家標準GB 6384-86《船舶及海洋工程用金屬材料在天然環(huán)境的海水腐蝕試驗方法》。海水腐蝕試驗通常在專門的試驗站進行。

二、腐蝕試驗結(jié)果評定

涂層經(jīng)腐蝕試驗后，試驗結(jié)果的評定方法有目測法、稱重法、深度法和電流密度法。

1. 目測法

熱噴涂涂層在遭受某種類型的腐蝕之后，必然會導致涂層表面狀態(tài)或性能等發(fā)生改變，腐蝕的產(chǎn)物也具有顏色、狀態(tài)等特征，從這些特征及其變化情況，可以定性地判別涂層或基體金屬的腐蝕程度，從而確定其防護性能。

目測法是用肉眼或放大鏡（3~5倍）對涂層表面進行觀察，有時也適當?shù)厥褂靡恍┖唵蔚墓ぞ吆驮O(shè)備。腐蝕后涂層的定性檢查和記錄，主要有以下五個方面。

（1）涂層和基體腐蝕產(chǎn)物的顏色和狀態(tài)。

（2）腐蝕率 腐蝕率（涂層被穿透、直達基體金屬的腐蝕點比率）是評定陰極性涂層防護性能的主要內(nèi)容，可按下列方式觀察計算：

評定時以5mm×5mm方格面積為單位，計算出現(xiàn)銹點的方格數(shù)占被測面積總方格數(shù)的百分比表示腐蝕程度。即：

腐蝕率(％)＝n/N×100

式中，n——出現(xiàn)銹點的5mm×5mm面積的方格數(shù)；

N——試樣表面的5mmX5mm面積總方格數(shù)。

計算方格數(shù)時，用一透明的帶有5mm×5mm方格的有機玻璃板或塑料薄膜、覆蓋在被測涂層試樣表面，讀出有腐蝕點的方格數(shù)(n)和被測涂層的總方格數(shù)(N)，進行計算。

（3）光澤 經(jīng)大氣暴露后涂層的光澤，是指涂層呈膜狀腐蝕時被氧化的程度。

（4）開裂 涂層開裂是指涂層經(jīng)腐蝕后，表面出現(xiàn)肉眼能見的裂紋。計算方法與計算腐蝕率面積百分比相同。

（5）以定性評定結(jié)果確定涂層腐蝕等級。

2. 稱重法

稱重法是對涂層腐蝕進行定量評定的主要方法，即測量單位時間內(nèi)的涂層腐蝕失重，并得出其腐蝕速度。

定量評定的試樣，在試驗前應按要求稱出準確重量，經(jīng)一段時間腐蝕試驗后取出試樣，用規(guī)定溶液浸漬除去腐蝕產(chǎn)物，再干燥稱重。將兩次稱重結(jié)果按下式計算腐蝕速度：

V = (W0-W1-W2)/(S×t)

式中，V——腐蝕速度，g·m2·h-1

W0——試樣原始重量，g；

W1——試樣除去腐蝕產(chǎn)物后的重量，g；

W2——清除腐蝕產(chǎn)物時同樣尺寸同種材料空白試樣的校正失重；

S ——試樣表面積，m2；

t——腐蝕時間，h。

3. 深度法

腐蝕深度法是把涂層的厚度因腐蝕而減小的量，以線量單位表示，并換算成為相當于單位時間（年）內(nèi)腐蝕掉的厚度（毫米）。該種指標常用腐蝕的失質(zhì)指標與該涂層的密度比值表示，可按下列公式：

式中， KL——腐蝕的深度指標，mm/a；

K－——腐蝕的失質(zhì)指標，g/(m2.h)；

ρ——涂層密度，g/cm3；

8.76——換算系數(shù)。

顯然，知道了涂層的密度，即可將腐蝕的失質(zhì)指標和深度指標進行換算。腐蝕的質(zhì)量指標和深度指標，對于均勻的化學或電化學腐蝕均可采用。

4. 電流密度法

電流密度法是以電化學腐蝕過程的陽極電流密度(A/cm2)的大小來衡量涂層腐蝕速度的程度。lmol物質(zhì)發(fā)生電化學反應時所需的電量為1個法拉第，即96484≈96500 C/mol。假如電流強度為I，通電時間為t，則通過的電量為It。從而可得出涂層陽極溶解的質(zhì)量ΔW為：

式中，A——涂層的相對原子質(zhì)量；

n——價數(shù)；

F——法拉第常數(shù)(1F＝96500 C/mol=26.8 A·h)

對全面腐蝕而言，涂層表面積可看作是陽極面積S，從而得出腐蝕電流密度icorr＝I/S(A/cm2)。所以腐蝕速度v-與腐蝕電流密度icorr之間存在如下關(guān)系：

v-＝ΔW/St= A·icorr/nF

若icorr的單位取μA/cm2，涂層密度ρ的單位取g/cm3時：

或 

因此，可用腐蝕電流密度icorr表示涂層的電化學腐蝕速度?？梢?，腐蝕速度與腐蝕電流密度成正比關(guān)系。值得指出的是，涂層的腐蝕速度一般隨時間而變化。因此，在實驗時應確定腐蝕速度與時間的關(guān)系，盡可能選擇測定穩(wěn)定腐蝕速率的時間。關(guān)于局部腐蝕的速度比較復雜，通常不能用上述方法表示。