GJB 150.28—2009酸性大气试验应用中存在的问题探讨

熊伊，张钧天3，杨欣磊

GJB 150.28—2009酸性大气试验应用中存在的问题探讨

熊伊1,2，张钧天1,3，杨欣磊1,4

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610；2.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心，广州 510610；3.电子信息产品可靠性分析与测试技术国家地方联合工程中心，广州 510610；4.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广州 510610）

为了使装备研制、环境试验领域相关人员能更好地依据GJB 150.28—2009制定试验大纲和组织实施试验，提高试验的质量和有效性。总结了GJB 150.28—2009酸性大气试验标准应用过程中普遍存在的问题，对贮存条件、试验溶液配制、试验样品放置、酸雾沉降率和沉降溶液pH值的测量、转换时间、标准适用范围、使用典型材料代替整个装备进行试验、试验后的外观和腐蚀评价等多个方面问题进行了阐述，并结合MIL-STD-810、ISO 9227、ASTM B117、ASTM G85、NATO AECTP 300、IEC 60068-2-52、GJB 150.11—2009、GB/T 10125等国内外标准的相关内容对这些问题产生的原因进行了分析。一方面指出了GJB 150.28—2009中需要进一步明确的内容，并提出了一些改进意见；另一方面也指出了使用该标准进行酸性大气试验时应注意的事项。提出的建议能够有针对性地解决酸性大气试验应用中存在的问题，为贯彻实施GJB 150.28—2009酸性大气标准提供指导，也能为标准的修订提供思路。

GJB 150.28—2009；酸性大气试验；酸雾沉降率；腐蚀

GJB 150.28—2009《军用装备实验室环境试验方法第28部分：酸性大气试验》是我国在2009年发布的GJB 150A系列标准中新增的一项实验室环境试验方法标准，等效采用MIL-STD-810F中的“方法518 酸性大气”试验方法[1]。该标准自发布以来距今已经11年，在我国的一些装备型号研制工作中得到了较广泛的应用。酸性大气环境对装备的环境效应包括：表面涂覆层和非金属材料的化学侵蚀、金属的腐蚀、陶瓷和光学仪器的点蚀[2]。装备在工业区和燃烧设备、机动车辆、飞机等排放的废气附近贮存和使用，都有可能受到酸性大气的腐蚀而导致损坏。由于GJB 150.28—2009酸性大气试验标准中的一些要求不够明确，很多标准使用者在应用该标准实施试验时遇到了一些问题。文中对这些问题逐一进行了阐述和分析，并对实施标准时应注意的事项提出了建议。

1 标准的不足

1.1 贮存条件

GJB 150.28—2009没有明确指出两个严酷等级的贮存条件，但标准4.3.2条中提出了“试验方法和暴露温度与盐雾试验相似[2]”这一要求。在实际应用该标准方法时，通常将酸性大气试验的贮存条件等同于GJB 150.11—2009盐雾试验的干燥条件，即标准大气条件温度（15~35 ℃）和相对湿度不高于50%[3]。

从标准的来源来看，GJB 150.28—2009等效采用了MIL-STD-810F方法518，而MIL-STD-810F方法518则来源于北约环境试验标准AECTP 300方法319（Editon 1，发布于1998年）[4]。再往上溯源，AECTP 300方法319是参考英国的盐雾试验标准BS 2011“Basic Environmental Testing Procedures, Part 2.1, Test Kb, Salt mist”制定的[5]，而该标准等效于IEC国际电工委员会发布的IEC 60068-2-52“Environmental testing - Part 2-52: Tests—Test Kb: Salt mist, cyclic (sodium chloride solution)”。IEC 60068-2-52的第一版于1984年发布，分别在1996年和2017年修订了2次。该标准的试验方法一直在拓展和完善，3个版本试验条件的变化情况见表1[6-8]。

在1984年发布的第一版IEC 60068-2-52中，并未说明两个严酷等级的适用性，而在IEC 60068-2-52: 1996和IEC 60068-2-52: 2017中，则明确提出了各个严酷等级的适用范围。严酷等级（1）和（2）适用于试验在海洋环境或近海地区使用的产品，还通常在元件质量保证程序中用作普通腐蚀试验。严酷等级（1）适用于试验在大部分使用寿命期间暴露于这种环境的产品（如船用雷达、甲板设备）。严酷等级（2）适用于试验可能经常暴露于海洋环境、但通常会受封闭物保护的产品（如通常在船桥或在控制室内使用的航海设备）[6-8]。显然，标准制定者在编写AECTP 300方法319酸性大气试验方法时参考了IEC 60068-2- 52，因为两个标准的严酷等级（1）和严酷等级（2）极为相似。区别只在于AECTP 300方法319将严酷等级（2）的贮存时间定为22 h，喷雾阶段试验温度确定为(35±2) ℃，这和IEC 60068-2-52: 2017的要求一致。

GJB 150.28—2009中贮存条件的温度、相对湿度范围过于宽泛，不同的试验人员可能会设置差异化较大的贮存条件，试验的重复性不好。IEC 60068-2-52中的恒定高湿贮存更适用于海洋环境或近海地区使用的产品，属于一种加速的环境条件。因此，可能类似于IEC 60068-2-52: 2017的试验方法7和8，既有高湿条件也有干燥条件，更接近模拟内陆地区严酷的温湿度自然环境条件。建议GJB 150.28—2009能明确试验的贮存条件。

1.2 试验溶液的配制

GJB 150.28—2009中制备试验溶液的方法为：在4 L蒸馏水或去离子水中分别加入11.9 mg（6 μL）硫酸（95%~98%，质量分数）和8.8 mg（6 μL）硝酸（68%~71%），用稀盐酸或氢氧化钠溶液调节试验溶液的pH值，使pH为4.02[2]。该制备方法和MIL-STD- 810F中的试验溶液配制方法几乎一样，区别在于MIL- STD-810F不再要求调节pH值。MIL-STD-810F中的方法为：在4 L蒸馏水或去离子水中分别加入11.9 mg硫酸和8.8 mg硝酸，即可得到pH为4.17的酸性溶液[9]。

表1 IEC 60068-2-52试验条件的演变

Tab.1 Evolution of Test Conditions in IEC 60068-2-52

在依据GJB 150.28—2009配制酸性溶液时存在两个问题：

1）按GB/T 626—2006《化学试剂硝酸》的规定，我国市售的试剂级硝酸的质量分数为65%~ 68%[10]，与标准规定的68%~71%存在差异，给配制试验溶液带来不便。

2）GJB 150.28—2009中没有规定pH值的允差范围，无法保证试验的准确性和再现性。

建议在修订GJB 150.28—2009时，将硝酸的质量浓度改为65%~68%，并调整加入硫酸和硝酸的量，使pH值更接近规定值。此外，可参考IEC 60068-2-52: 2017中酸性溶液的配置要求，明确规定pH值的允差范围。

1.3 试验样品的放置

GJB 150.28—2009中对试验期间样品的放置要求为处于装备预期贮存或使用的状态[2]，这是对整个装备进行试验的一个通用原则。这条通用原则实际上并没有太多的指导意义，因为酸性大气试验的对象通常是构成装备的材料、零件、部件、组件、设备等。目前，各单位编制的酸性大气试验大纲文件很少规定如何放置试验样品，样品的放置方式通常取决于试验人员的经验。GJB 150.1A—2009中3.9.1条的安装要求[11]能为试验提供一些指导，但并不完全适用于酸性大气试验。

由于酸性大气试验所用的设备和盐雾试验设备基本相似，样品在试验箱内的放置方式不同，腐蚀情况可能有很大差别。建议参考如ISO 9227、ASTM B117、GB/T 10125、ASTM G85等标准中规定的以下样品放置原则[12-15]：

1）样品不应放在试验箱内酸雾能直接喷射到的位置。

2）样品原则上应水平放置。在试验箱中被试表面与垂直方向呈一定角度，（如15°~25°[12,14]、15°~30°[13]、6°~45°[15]），对于不规则的试样，也应尽可能遵循上述规定。建议试验箱内所有样品的方向都能始终保证一致，以使差异最小化。

3）样品的放置位置应保证它们不会与试验箱直接接触，并且使受试表面暴露在自由循环的喷雾中。建议根据试验箱的技术条件和计量检定规程文件中的温度和沉降率测量要求，确定样品和试验箱的间距。如工作室的容积不大于2 m³时，样品与试验箱内壁的距离为100 mm；工作室的容积大于2 m³时，样品与试验箱内壁的距离为边长的1/10或50 mm，取其大值[16-17]。样品可以放置在箱内的不同水平面上，只要一个平面处的样品或其支架上的溶液不会滴落到放置在下面的其他样品上。样品与样品之间不应相互接触，也不能接触到金属材料或任何能吸湿的材料，建议样品之间的最小间距为30 mm。

4）样品支架用惰性的非金属材料制成。悬挂样品的材料不能用金属，而应用人造纤维、棉纤维或其他绝缘材料。

1.4 酸雾沉降率的测量

GJB 150.28—2009酸性大气试验标准在章节5.2“试验中需要的信息”和章节5.3“试验后需要的信息”都要求记录试验溶液的沉降率[2]。但从GJB 150.11A—2009盐雾试验沉降率测量要求来看，应测量至少连续喷雾24 h后的沉降量才能计算出平均沉降速率[3]。酸性大气试验每次喷雾时间仅为2 h，这种沉降率测量方法显然不适用。因此，对于酸性大气试验来说，试验前进行至少24 h的空箱运行检查非常重要，因为在正式试验中不再测沉降率，建议GJB 150.28—2009强调这一点。应在每次开始试验前进行检查（包括严酷等级b的每次喷雾前，因为每喷雾1次后要贮存7 d），并且记录空箱运行的沉降率测量结果。实际上，空箱和完全充满样品的试验箱的沉降率并不完全相同[13]，但是由于酸性大气试验的特殊性，只能通过检查空箱的运行情况来确保酸雾沉降率符合试验要求。

1.5 溶液pH值的测量

酸性大气试验中对试验溶液pH值的测量分为2种：第一种是对新配制的试验溶液pH值进行测量；第二种是对试验中收集到的溶液pH值进行测量。GJB 150.28—2009酸性大气试验标准中既没有规定pH值测量温度，也没有规定溶液pH的允差值。建议在修订GJB 150.28—2009时，参考IEC 60068-2-52: 2017，完善酸性溶液pH值的测量要求。例如，在(25±2) ℃的温度下，制备酸性溶液，并调节溶液的pH为4.02±允差值，试验中收集的溶液pH值和在(25±2) ℃的温度下测得的pH值应与制备的溶液pH值一致。

1.6 转换时间

因为酸性大气试验需要在喷雾和贮存两种状态下互相转换，和盐雾试验相似，转换时间的长短可能影响腐蚀速率。如果需要比较多次试验之间的腐蚀水平，保证试验的重复性，应严格控制每次的转换时间[3]，但GJB 150.28—2009标准中并未对转换时间作出任何规定。

目前常用的转换方式有以下2种：

1）喷雾和贮存均在同一个试验箱内进行，样品不需要移动，转换时间主要取决于试验箱的温湿度变化速率。

2）喷雾和贮存不在同一个试验箱内进行，这种方式通常需要一个试验箱提供喷雾环境，一个湿热试验箱或者温湿度可控的房间用于贮存，通过人工搬运的方式转移样品。转换时间主要取决于人工转移样品的速度以及贮存环境条件的稳定时间。

IEC 60068-2-52: 2017中明确规定，每次的转换时间可允许最多2 h，转换时间包括在贮存阶段内[8]，这种要求值得GJB 150.28—2009借鉴。建议统一规定以上2种方式的转换时间要求，明确转换时间的计算方式，并且记录每次的转换时间。

2 标准实施的注意事项

2.1 标准适用范围

近些年来，由于战略部署环境复杂多样化，我国的一些海军装备型号要求进行酸性盐雾试验。试验方法和GJB 150.11A—2009中性盐雾试验方法几乎一样，不同之处在于试验溶液由中性盐溶液改为在中性盐溶液中添加硫酸（或者硫酸和硝酸），将试验溶液的pH调为3.5±0.5。另外，美国于2008年发布的MIL-STD-810G中，在方法509盐雾试验和方法518酸性大气试验的试验方法“限制”中，均新增“参考ASTM G85进行二氧化硫试验”的要求。这是基于国外的一些研究成果证明了氯化钠和二氧化硫循环试验效果与航母自然暴露试验结果有良好的相关性[18]，从而引入ASTM G85的二氧化硫试验来再现飞机尾气与盐雾环境对航母的影响。我国也对硫酸盐雾试验和盐雾/SO2试验的环境效应及机理差异进行了对比分析的研究，得出了盐雾/SO2试验与外场舰载平台环境具有更好的一致性的结论[19]。

上述的酸性盐雾试验和二氧化硫盐雾试验均属于综合环境试验，与酸性大气试验相比，更能代表海洋环境或近海地区的酸雾环境。因此，酸性大气试验可能更适用于内陆的（远离海洋）酸性大气地区。如工业区或燃烧设备的废气附近，或者只在内陆行驶的交通工具废气附近。不建议在同一个型号的装备上同时进行以上几种试验，只需根据装备的寿命期环境剖面，选择其中一个试验项目进行考核即可。

2.2 使用典型材料代替整个装备进行试验

选取受试装备的典型材料来代替整个装备开展酸性大气试验的情况很常见。这种方式的优点首先在于当试验对象为大型装备时，可以显著节约试验经费。其次，在对整个装备进行酸性大气试验时，由于受试验箱自身构造、装备物理特性（体积、尺寸、形状等）以及在箱内的放置位置等因素的影响，装备各部位的暴露程度实际上有所不同，而使用体积较小的材料试样则可以确保各个部位得到充分暴露。最后，对材料试样（尤其是特制的标准样片）的腐蚀和劣化进行测量和评价也要比整个装备更方便。于2006年发布的第四版英国国防标准DEF STAN 00-35《国防装备环境手册》在“第3部分环境试验方法”的试验“范围”中指出，试验可用于材料、部件或子组件，以避免对整个装备进行不必要的和昂贵的试验[20]。

综上所述，当试验的目的仅是考核装备耐受酸性大气侵蚀的能力时，推荐采用典型样件代替整个装备进行试验。如果试验还需考核装备在酸性大气环境下的安全性、功能、性能等，则显然不能简单地用材料样件替代。

2.3 试验后的外观和腐蚀评价

酸性大气试验后对样品的外观和腐蚀情况进行检查和评价，既是试验的重点，也是难点。试验结果的评价标准，通常应由被试材料或产品标准提出。GJB 150.28—2009作为一个方法标准，并没有提供详细的检查方法、量化指标和评价准则，导致很多的标准使用者不知道如何评价试验结果。目前开展的大多数酸性大气试验仅要求目视检查样品外观，并进行粗略的主观评价。这种方式存在很大的局限性，因为很多腐蚀和劣化现象是肉眼无法分辨的。

建议根据构成装备的材料特性和可能的腐蚀效应，结合相关的材料评价标准（如ISO 8993、ISO 10289、ISO 4628、ASTM D 610、ASTM D 714、ASTM D 1654等），选择合适的评价方法[21]。若试验样品为材料样件，可按ISO 1514、ASTM D609等相关标准的要求将样件制成标准试样，以便在试验前后测量各类指标参数。若试验样品为整机、系统、设备、组件和部件等产品时，试验前应确定各部位的实际暴露面积，按材料类别分别进行评价，评价方法仍然参照各类材料的评价标准，但应考虑是否具有可操作性。

3 结语

文中对GJB 150.28—2009的酸性大气试验标准应用过程中普遍存在的问题进行了阐述，并结合国外成熟标准体系的相关内容，对这些问题产生的原因进行了分析，提出了标准中需要进一步明确的内容和改进意见，也指出了使用该标准进行酸性大气试验应注意的事项。提出的建议能够有针对性地解决酸性大气试验应用中存在的问题，为贯彻实施GJB 150.28—2009酸性大气标准提供指导，也能为标准的修订提供思路。建议我国能尽快完成GJB 150.28—2009的修订工作，对标准应用过程中反映出的问题进行明确和规范。

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Discussion of Existing Problems in Application of GJB 150.28—2009 Acidic Atmosphere Test

XIONG Yi1,2, ZHANG Jun-tian1,3, YANG Xin-lei1,4

(1. CEPREI, Guangzhou 510610, China; 2. National Joint Engineering Research Center of Reliability Test and Analysis for Electronic Information Products, Guangzhou 510610, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology, Guangzhou 510610, China; 4. Guangdong Provincial Research Center of Electronic Information Products Reliability and Environment Engineering Technology, Guangzhou 510610, China)

To enable the relevant personnel in the field of materiel development and environmental test better formulate the test plan and organize the implementation of the test according to GJB 150.28—2009 acid atmosphere test standard, improve the quality and validity of the test. The common problems in application of GJB 150.28—2009 acidic atmosphere test are summarized, including storage condition, test solution preparation, test samples placement, measurement of acid mist sedimentation rate and pH, transition time, the scope of the test, using typical materials instead of the whole materiel for testing, appearance and corrosion evaluation after testing are explained. Combined with MIL-STD-810, ISO 9227, ASTM B117, ASTM G85, AECTP 300, IEC 60068-2-52, GJB 150.11—2009, GB/T 10125 and other domestic and foreign standards, the causes of these problems are analyzed. On the one hand, this paper points out some contents in GJB 150.28—2009 that need to be further clarified, and put forward some suggestions for improvement. On the other hand, this paper points out the matters needing attention in acid atmosphere test. The Suggestions can solve the existing problems in application of GJB 150.28—2009 acidic atmosphere test, provide guidance for the implementation of GJB 150.28—2009 acid atmosphere standard, and also provide ideas for the revision of the standard.

GJB 150.28—2009; acidic atmosphere test; sedimentation rate of acid mist; corrosion

2020-05-14；

2020-05-20

XIONG Yi(1988—), Male, Engineer, Research focus: environment and reliability.

熊伊, 张钧天, 杨欣磊. GJB 150.28—2009酸性大气试验应用中存在的问题探讨[J]. 装备环境工程, 2021, 18(4): 077-081.

TG172

A

1672-9242(2021)04-0077-05

10.7643/ issn.1672-9242.2021.04.011

2020-05-14；

2020-05-20

广东省省级科技计划项目（2017B090903006）

Fund：Supported by the Guangdong Provincial Science and Technology Plan Project (2017B090903006)

熊伊（1988—），男，工程师，主要研究方向为环境与可靠性。

XIONG Yi, ZHANG Jun-tian, YANG Xin-lei. Discussion of existing problems in application of GJB 150.28—2009 acidic atmosphere test[J]. Equipment environmental engineering, 2021, 18(4): 077-081.