中性盐雾试验溶液控制及腐蚀量研究

沈 强，金 锋 （上海华测品正检测技术有限公司，上海 201100）

0 引言

中性盐雾试验被广泛应用于检验金属油漆件、镀锌件、紧固件等汽车零部件产品的防腐蚀性能。

中性盐雾试验在连续的测试过程中，需要定期添加新的盐溶液，其设备腐蚀性能的持续稳定与盐溶液的质量至关重要，配制前需要保证原材料氯化钠和水的质量符合要求，配制时必须保证溶液的pH和相对密度符合要求，同时还必须保证试验后盐雾箱内收集液的量以及pH、相对密度达到要求。

中性盐雾试验盐溶液要求按照（50±5）g/L配制，5份盐加95份水，pH控制在6.0～7.0之间，实际调配时，溶液pH较难稳定，每次新的溶液配制质量较难统一，得到持久稳定的测试溶液的方式方法至关重要。

而测试过程中受到设备结构，如加热方式、加热区域、保温性能不同等因素的影响，收集液的pH和相对密度也会因此产生不同。何种设备结构才能得到更加容易控制的收集液pH和相对密度，以及因不同设备造成的收集液质量不同，对腐蚀量的影响如何？本研究将基于常规测试标准GB/T 10125—2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》和ISO 9227—2017《人工大气中的腐蚀试验 盐雾试验》的要求，探讨以上问题，并基于此给出一个合适的控制方法。

1 试验部分

1.1 仪器和耗材

1.1.1 盐雾试验箱

BCX4000，美 国ATLAS公 司；S2000ip，英 国ASCOTT公司，AT1300ip，英国ASCOTT公司；DCTC 2300P，意大利ACS公司。

1.1.2 检验设备

pH计，PHSJ-6L，雷磁；密度计，Densito，梅特勒-托利多；电导率仪，DDSJ 308F，雷磁。

1.1.3 参比试样

依据GB/T 10125—2012，定期使用参比试样来评价盐雾箱的腐蚀性能。要求在48 h的中性盐雾后，钢参比试样的质量损失在（70±20）g/m2。

参比试样：材质为ISO 3574—2012 CR4冷轧钢板；尺寸为150 mm×75 mm×（1.0±0.2）mm；表面粗糙度Ra（0.8±0.3）μm。

1.1.4 氯化钠和去离子水

氯化钠，GR优级纯，氯化钠质量分数≥99.8 %；去离子水，电导率＜ 20 μS/cm。

1.2 盐溶液的控制要求

盐溶液的控制要求见表1。

表1 GB/T 10125—2012 & ISO 9227—2017标准对溶液相对密度和pH的要求Table 1 GB/T 10125—2012 & ISO 9227—2017 standard requirements for specific gravity and pH of solution

GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017作为国内汽车行业使用或者参考最多的测试标准，其对盐溶液的控制要求，相对于ASTM B117—2019和部分国外车企标准更为严格。

1.3 溶液配制及控制

配制盐溶液，按照标准要求比例添加即可得到要求浓度的盐水，但是pH调节需要严格控制。当5 kg氯化钠和95 kg去离子水混合后，初始pH为5.398，添加约7 mL 1 mol/L的氢氧化钠调节溶液pH，采用诸如：手动搅拌、机械搅拌、抽液泵内循环方式搅拌（见图1a～图1c）使溶液pH始终维持在9.0以上，极难下降。减少NaOH的加入量，使用上述方式搅拌，pH依然维持在9.0以上。

图1 不同的搅拌方式Figure 1 Different stirring methods

实验室更换搅拌混合方式，在盐水桶底部通入无水、无油的压缩空气，通过压缩空气的鼓泡上涌，起到搅拌盐水的作用（见图1d），当通气时间在30 min以上后，测得此时pH达到标准要求（表2）。使用此溶液，每天监控1次，在使用周期内pH始终在要求范围内且未出现较大波动（表3）。

表2 不同搅拌方式对pH的影响Table 2 pH value obtained by different mixing methods

表3 测试液pH持续监控数据Table 3 Continuous monitoring data of pH of test solution

使用压缩空气鼓泡方式的同时，要考虑是否会在溶液中引入杂质，如果杂质被引入，则电阻值会变大，电导率也会变大。为验证通气方式是否引入额外物质而造成盐水质量的变化，采用电导率仪测量通气前后盐水的电导率，并单独对去离子水通气，确保去离子水的电导率依然符合标准用水≤20 μS/cm的要求（表4）。

表4 盐溶液和去离子水通气前后的电导率Table 4 Conductivity data of salt solution and deionized water before and after mixing with air

1.4 收集液的控制

收集液的pH一般略高于测试液，当通过上述方式控制测试液的pH时，其收集液的pH也能相应地控制在6.5～7.2。

但是沉降收集液的相对密度受设备结构影响较大，结构及工作模式不同的设备，其相对密度的控制范围也不同。其影响因素主要为保温方式和加热方式。

1.4.1 保温方式对相对密度的影响

DCTC 2300P盐雾试验箱的箱盖为亚克力透明材质，该类设备在实际使用时收集液pH都在范围内，但相对密度高于1.036，当在亚克力箱盖上覆盖一层保温层后，其收集液相对密度可以控制在1.029～1.036的要求范围内。设备保温性能不好，会因内外温差在箱盖内壁形成冷凝，盐水中的水分凝结在箱盖上，留下相对密度较大的盐雾形成沉降液。

1.4.2 加热方式对相对密度的影响

加热方式对相对密度的影响见表5。

表5 加热方式对相对密度的影响Table 5 Influence of heating mode on specific gravity

ATLAS BCX4000的加热装置在设备内部，测试时测试箱内底部充满水，加热管通过加热底部水使得温度达到设定值，此种加热方式也是目前大多数国产盐雾箱的加热方式。但是底部水槽加热的方式必然产生水蒸气，水蒸气和盐雾混合最终造成沉降液的相对密度低于1.029。

关闭进水阀排空箱底部水，仅通过加热管加热，同时覆盖保温层，沉降液相对密度达到1.029～1.036。

ASCOTT采用设备底部和侧壁同时加热的方式，造成试验箱内四壁局部温度略高，盐雾液体中部分水分被蒸发分离，随排雾孔排出箱外，留下的盐雾浓度增加，形成沉降液相对密度＞1.036。通过技术手段关闭侧壁加热后，其收集液相对密度即可达到1.029～1.036（表6）。

表6 设备结构改变前后沉降液相对密度的变化Table 6 Specific gravity change of collected solution before and after equipment structure change

2 结果与讨论

中性盐雾试验是一个需要持续消耗盐溶液的试验过程，当大批量配制盐溶液时，一个简便且快速的配制方式是必须的，否则将会给试验过程增加过多可变因素和质控成本。通气方式搅拌盐溶液可以解决试验过程的盐水供给和质量控制问题。

随着盐溶液被经过饱和塔充分湿润的压缩空气释放，再经受箱内温度和保温效果等因素的影响，沉降收集液的相对密度必然产生一定的波动。对于部分设备收集液的相对密度不符合标准GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017要求的情况，可以通过合适的方式方法来达到要求。

而通过标准中的评价盐雾箱腐蚀性能的方法得出的质量损失结果，虽然因设备结构不同会造成不同的沉降收集液相对密度数值，但是其设备腐蚀性能依然在标准允许的质量损失范围内，并未产生太大变动。

GB/T 10125—2012和ISO 9227—2017要求的沉降收集液相对密度维持在1.029～1.036是偏严苛的。而ASTM B117—2009、通用GMW 3286、沃尔沃VCS 5711，1029等部分标准对收集液的相对密度都做了相应的放宽（表7）。

表7 部分标准中性盐雾试验收集液相对密度要求Table 1 Specific gravity requirements of collected solution for NSS test in part of the standards

通过上述数据内容，既为实验人员在中性盐雾的试验过程中提供必要的控制手段，也为其判断沉降液相对密度是否满足要求提供必要的数据参考。

表8 中性盐雾试验各类型设备参比试样质量损失数据Table 8 Mass loss data of reference samples for various types of equipment in neutral salt spray test