當(dāng)涂層受紫外光照射質(zhì)量下降時(shí)，常常更加不耐腐蝕。上世紀(jì)九十年代初，ISO和ASTM就規(guī)范了腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法。當(dāng)前，該方法仍被視為確定工業(yè)維護(hù)涂層有效性的最有效的試驗(yàn)方法。

本文回顧了不同工業(yè)維護(hù)涂層系統(tǒng)目前進(jìn)行該試驗(yàn)的結(jié)果，包括較低揮發(fā)性有機(jī)化合物涂層，如水性丙烯酸涂層和硅基涂層。此外，一些行業(yè)專家針對(duì)腐蝕/老化試驗(yàn)提出了他們的見解，同時(shí)推薦針對(duì)特殊應(yīng)用而開發(fā)改進(jìn)的試驗(yàn)循環(huán)。

背景

腐蝕加速試驗(yàn)是用于測(cè)試耐腐蝕性能的優(yōu)選方法。在加速試驗(yàn)中，相比運(yùn)行環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室暴露條件與實(shí)際環(huán)境越接近，得到的數(shù)據(jù)則越有用。

傳統(tǒng)的、應(yīng)用最廣泛的腐蝕加速方法是鹽霧法，即在35°C下連續(xù)噴灑5%的鹽溶液。該試驗(yàn)(ASTM B 117)在1914年左右首次應(yīng)用于腐蝕試驗(yàn)。即使長(zhǎng)期以來(lái)人們都知道傳統(tǒng)鹽霧法不能最大程度的模擬運(yùn)行環(huán)境，然而在很多材料規(guī)范中它都被列為必備試驗(yàn)方法。

上世紀(jì)六十年代初，工程師和科學(xué)家們就嘗試建立循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法，以更準(zhǔn)確地預(yù)估出材料的腐蝕性。相比傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)暴露方法，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)更具有現(xiàn)實(shí)意義。由于實(shí)際暴露環(huán)境通常包括潮濕和干燥兩種條件，因此應(yīng)在這些自然循環(huán)條件試驗(yàn)后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)。研究證明，采用循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，其相對(duì)腐蝕率、結(jié)構(gòu)和形態(tài)與戶外更接近。因此，相比傳統(tǒng)的鹽霧試驗(yàn)，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)通常與戶外環(huán)境具有更好的相關(guān)性。

目前已設(shè)計(jì)開發(fā)出多種不同的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法。簡(jiǎn)單循環(huán)法(如Prohesion，該方法尤其適用于測(cè)定工業(yè)維護(hù)涂層)包括鹽霧和干燥條件之間的循環(huán)。更精密的方法則需要采用包含多個(gè)步驟的循環(huán)，除鹽霧和干燥外，還包括靜置、潮濕、飽和濕度或其它條件。這些試驗(yàn)均采用潮濕/干燥循環(huán)，以開發(fā)模擬更接近戶外循環(huán)條件的實(shí)驗(yàn)室條件。腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法是循環(huán)試驗(yàn)的一種，由Sherwin Williams公司的研究人員于上世紀(jì)八十年代開發(fā)出，用于檢測(cè)工業(yè)維護(hù)涂層。

腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)

Sherwin Williams研究人員通過(guò)Prohesion試驗(yàn)研究三種涂層系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在多個(gè)涂層作用時(shí)Prohesion本身并不會(huì)將不同類別進(jìn)行區(qū)別(醇酸(鉻酸鋅抑制劑) – 醇酸外涂層;丙烯酸乳膠(偏硼酸鋇抑制劑)– 丙烯酸乳膠外涂層;環(huán)氧聚酰胺(磷酸鋅抑制劑) – 環(huán)氧聚酰胺外涂層)。

理論上，隨著紫外光曝曬涂層質(zhì)量下降，會(huì)降低耐腐蝕性能，因此開發(fā)設(shè)計(jì)出新的腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法。新的試驗(yàn)方法綜合了Prohesion(ASTM G85)和QUV®紫外光曝曬兩種試驗(yàn)法(ASTM G154)。

在進(jìn)行了新的循環(huán)腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)后，三個(gè)涂層系統(tǒng)的性能排序與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的排序保持一致(見表1)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，相比僅使用Prohesion法或傳統(tǒng)鹽霧法，產(chǎn)品的總腐蝕率和形態(tài)與戶外情況更加接近。Sherwin Williams的研究員Brian Skerry總結(jié)認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)的排序結(jié)果與戶外的排序結(jié)果最為接近。但也不難推斷出，曝曬溫度、試驗(yàn)時(shí)間和循環(huán)順序較好與最終應(yīng)用環(huán)境的相同。

表1:Sherwin Williams戶外與實(shí)驗(yàn)室曝曬的排序關(guān)系

腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)

腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)包括一周的Prohesion試驗(yàn)和一周的QUV加速老化試驗(yàn)交替進(jìn)行，試驗(yàn)條件如表2所述。一般試驗(yàn)持續(xù)約2000小時(shí)。

隨著時(shí)間的推移，證明腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)可對(duì)水性涂層的性能進(jìn)行有效等級(jí)評(píng)估。該新方法應(yīng)用于上世紀(jì)九十年代中期(ISO 11997-1&2和ASTM D5894)。顏色和光澤保持率均在ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)中有所說(shuō)明。

表2：腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)的試驗(yàn)條件

驗(yàn)證腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)

克利夫蘭涂層學(xué)會(huì)(CCS)、鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(huì)(SSPC)和幾家制造商已對(duì)腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)進(jìn)行了深入研究。研究已證明，(相比其它加速腐蝕試驗(yàn))該試驗(yàn)方法可更真實(shí)模擬表面形態(tài)劣化、腐蝕產(chǎn)品形成和相對(duì)涂層性能。采用綜合試驗(yàn)法得出的試驗(yàn)結(jié)果與戶外評(píng)估結(jié)果更接近(見表3)。

表3：不同試驗(yàn)循環(huán)和實(shí)際海洋環(huán)境的相關(guān)性

鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(huì)(SSPC)對(duì)15個(gè)不同的系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，包括醇酸、丙烯酸、環(huán)氧和聚氨酯橡膠。SSPC比較了腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)、傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)、采用5%氯化鈉溶液的循環(huán)鹽霧試驗(yàn)、Prohesion試驗(yàn)和兩種循環(huán)浸漬試驗(yàn)的結(jié)果與戶外腐蝕的結(jié)果(31個(gè)月)。

SSPC研究確認(rèn)，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)可提供與惡劣戶外海洋暴露條件最一致的環(huán)境。

克利夫蘭涂層技術(shù)學(xué)會(huì)(CSCT)研究了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)與惡劣戶外運(yùn)行環(huán)境的相關(guān)性。研究的加速試驗(yàn)包括鹽霧(ASTM B117)、潮濕-干燥循環(huán)(5%鹽溶液)、Prohesion和腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)。戶外試驗(yàn)場(chǎng)包括新澤西州、北卡羅萊納州海岸、佛羅里達(dá)州、加利福尼亞內(nèi)陸、加利福尼亞海岸、俄亥俄州、密蘇里州以及俄勒岡州。試驗(yàn)樣品是以冷軋鋼為底板的9種涂層。

評(píng)估方法包括常用于評(píng)估漏電、生銹、起泡、絲狀腐蝕和鏡面光澤的ASTM評(píng)估法。用Spearman相關(guān)系數(shù)來(lái)比較戶外結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。

比較起泡和表面生銹程度時(shí)，CSCT發(fā)現(xiàn)ASTM B 117鹽霧法與戶外環(huán)境相關(guān)性不大。采用5%氯化鈉溶液的潮濕-干燥試驗(yàn)法比B 117鹽霧法的相關(guān)性稍好。腐蝕與加速老化綜合法與大多數(shù)戶外試驗(yàn)場(chǎng)的相關(guān)性較好。

美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)(AASHTO)進(jìn)行15個(gè)腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)循環(huán)，對(duì)專用于鋼鐵表面(如橋梁)的富鋅底漆的涂層系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。如Corbett所說(shuō)：“ASTM B117更常被稱作“鹽霧”法，是腐蝕試驗(yàn)公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有些人認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)已過(guò)時(shí)，而傾向于使用ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D5894是綜合腐蝕試驗(yàn)和紫外光暴露試驗(yàn)的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)法，該方法與‘現(xiàn)實(shí)世界’環(huán)境條件更接近。”

腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法修改

由于在加速的形式下模擬大氣腐蝕，ASTM D5894一般公認(rèn)為是傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)(B117)的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。然而很少有一個(gè)試驗(yàn)就能充分展示出在復(fù)雜環(huán)境中(內(nèi)陸煉油廠)使用的涂層特點(diǎn)。“將有意義的試驗(yàn)方案綜合起來(lái)的第一步是定義涂層工作的環(huán)境。”

多年來(lái)，許多研究人員對(duì)腐蝕與加速老化循環(huán)法進(jìn)行修改，以適用于特定材料或應(yīng)用。以下為幾個(gè)相關(guān)示例：

荒漠工業(yè)環(huán)境是非常特殊的一種情況。實(shí)踐證明，在科威特等工業(yè)區(qū)的條件下，涂層劣化似乎比開發(fā)大部分涂層的西方國(guó)家更迅速。在11個(gè)工業(yè)涂層系統(tǒng)的研究中，將來(lái)自科威特工業(yè)地帶的五個(gè)區(qū)域的兩年半的數(shù)據(jù)與主要工業(yè)環(huán)境條件的相關(guān)涂層性能進(jìn)行比較。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)包括對(duì)較早期腐蝕與加速老化試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行修改等。采用了不同的循環(huán)和方案，以便更好地模擬科威特的工業(yè)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)綜合了采用5%氯化鈉和3000ppm硫酸溶液進(jìn)行100小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)，然后室溫下干燥16小時(shí)，再在60°C下的QUV條件下暴露12小時(shí)，最后在40°C下冷凝12小時(shí)。研究人員發(fā)現(xiàn)該試驗(yàn)循環(huán)可提供與科威特工業(yè)環(huán)境極為相關(guān)的條件。

國(guó)際集裝箱出租商協(xié)會(huì)(IICL)針對(duì)集裝箱涂層已采用腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)的更新版本進(jìn)行試驗(yàn)。由于集裝箱需要在海上運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，從而增加了腐蝕的潮濕時(shí)間(試驗(yàn)規(guī)定在30°C下噴霧4小時(shí)，在40°C下干燥2小時(shí))。

美國(guó)聯(lián)邦公路管理局發(fā)現(xiàn)ASTM D5894標(biāo)準(zhǔn)的“邏輯試驗(yàn)方法”是針對(duì)較熱氣候的，從而制定出了針對(duì)較冷氣候的包含冷凍/融化循環(huán)的改進(jìn)版暴露程序。其變更包括測(cè)試橋梁涂層的機(jī)械應(yīng)力和考慮了熱循環(huán)。進(jìn)行紫外光和連續(xù)冷凝的循環(huán)后進(jìn)入低溫期，最后再進(jìn)行鹽霧和干燥循環(huán)。該循環(huán)條件參見法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NF T 34–600–1997的附錄B。

Rohm和Haas對(duì)ASTM D5894試驗(yàn)稍加修改，采用較低的冷凝和紫外光暴露溫度。針對(duì)其涂層，Rohm和Hass“發(fā)現(xiàn)該循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果與戶外暴露的結(jié)果更接近。”

結(jié)論

在其制定了20年后，工業(yè)專家仍一致認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法是測(cè)試易受光照影響發(fā)生退化的涂層耐腐蝕性的較好方式。該方法已經(jīng)過(guò)一系列的相關(guān)加速和戶外試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。

研究人員通過(guò)修改ASTM和ISO中的原方法，加入酸性溶液、進(jìn)行冷凍/融化循環(huán)和其它調(diào)整，開發(fā)出與產(chǎn)品的最終使用環(huán)境更接近的條件，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了成功驗(yàn)證。

Sherwin Williams公司的Skerry 對(duì)此進(jìn)行了較好的總結(jié)：“雖然強(qiáng)烈推薦(腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法)，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法并不是萬(wàn)靈藥。性能關(guān)聯(lián)性的量化、試驗(yàn)循環(huán)條件以及試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)因素優(yōu)化方面，還有待進(jìn)一步改善。盡管如此，該方法仍是目前最可行的試驗(yàn)方法。它提供了多種可能性，使我們能針對(duì)特定用戶需求進(jìn)行客觀化修改。”