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腐蝕主要包括天然介質引起的腐蝕和工業介質引起的腐蝕,天然介質包括空氣、水、土壤等,它引起的銹蝕是普遍存在的,工業介質是在工業生產過程中產生的,例如酸、堿、鹽以及各種有機物等,引起腐蝕更為嚴重。同時介質腐蝕的對象也各不相同,除鋼鐵和金屬外,還有塑料、橡膠、木材、混凝土、皮革、紙張等的腐蝕。
涂層起著保護被涂物的作用,經常曝曬在各種腐蝕環境中,受到來自天然和人工的腐蝕介質的浸蝕。涂層的耐腐蝕性能主要由涂料的結構組成決定,同時與涂層厚度、配套體系、施工管理質量也有很大關系。由于引起的腐蝕條件千變萬化,各種被涂物的材質和使用范圍不同,這就造成了對涂層耐腐蝕性評價的困難,在研究、生產涂料時,耐腐蝕性是zui復雜的課題之一.
評價涂層耐腐蝕性的方法主要有以下幾種:
①實物觀察將涂料涂在被涂物整體或局部上,在實際使用過程中長期觀察涂層破壞過程和被涂物腐蝕情況,以確定涂料的耐腐蝕性能,但該方法牽涉面大,時間很大,較難實現,
②掛片模擬試驗將涂料制成樣板代替實物模擬試驗,該方法比較客觀,但試驗周期仍很長,如日本JIS規格規定試驗防銹性能時間長達2年。有些重防腐蝕涂裝體系的掛片試驗長達8年以上。
③實驗室模擬加速試驗包括鹽霧試驗、濕熱試驗、耐水性試驗、耐二氧化硫試驗等,是目前zui常用的方法,試驗周期短,效率高,但只能得到相對的、有局限性的結論,它只是對同類型的涂料產品具有可比性,而不能用于不同體系涂料的評價,由于實際環境中的腐蝕是多種因素綜合作用的結果,因此模擬試驗結果有時與實際情況有一定差距。用這種方法作為控制產品的質量是可行的,但同時還需要用幾種試驗進行比較,以其綜合性能評定涂層耐腐蝕性能的好壞。現在、國內仍在不斷地研究更為準確的模擬試驗方法。
鹽霧試驗是目前檢驗涂層耐腐蝕性能的常用方法,主要有中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗和銅加速醋酸鹽霧試驗(CASS試驗)。其中中性鹽霧試驗在涂料耐鹽霧試驗中應用zui為普遍,國內依據的標準主要有GB/T1771-91(等效采用標準IS07253-1984)、ASTMB117-1973(1979)以及相應的日本、徳國、法國標準等。
醋酸鹽霧試驗的腐蝕速度比中性鹽霧試驗要快,這樣可縮短試驗周期。兩者比較見表21-25所示。中性鹽霧試驗可作為色漆或涂料體系質量、電泳漆膜的檢測手段。
GB/T1771-91«色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定»規定的鹽霧試驗方法如下。
試驗設備為鹽霧試驗箱,主要由噴漆室、潔凈壓縮空氣供給器和試驗溶液儲罐組成。噴霧室中含有恒溫控制元件、噴嘴、鹽霧收集器、試驗溶液儲槽等。（相關儀器：空氣壓縮機）
鹽霧箱的體積通常大于0.4m3,噴霧壓力保持在70~170kPa。鹽霧箱的結構必須保證:
①積聚在頂棚或箱蓋上的液滴不會滴落到進行試驗的樣板上;
②樣板上滴下的液滴不應再返回溶液儲槽重新霧化;③結構的材質不影響鹽霧的腐蝕性。值得注意的是,霧化噴嘴可能存在一個臨界壓力,在該壓力下鹽霧的腐蝕性會出現反常性增加,例如空氣壓力在3.4kPa范圍內周期性波動,導致以平均壓力為110kPa進行操作的噴嘴霧化的鹽霧腐蝕性成倍增加。為避免出現該現象,將噴霧壓力的波動范圍控制在士0·7kPa,可將噴嘴在“臨界壓力”下操作的可能性減少到zui低限度。
中性鹽霧試驗的氯化鈉溶液配制方法為(50士10)g/L[IS0標準為(50士5)g/L]化學純氯化鈉的蒸餾水或去離子水溶液,25℃時pH值為6.5~7.2。超出此范圍時,可用分析純鹽酸或NAOH溶液調整,在室溫下若使用含有飽和二氧化碳的水制備的鹽溶液,在鹽霧試驗中由于噴霧溫度為35℃,有部分二氧化碳受熱逸出,pH值會有所升高。解決方法可在配制鹽水時將pH值略調低,或將蒸餾水加熱到35°C以上或者煮沸,再冷卻到室溫后配制氯化鈉溶液,這樣的溶液在35℃噴霧時pH值就不會有太大的變化。試驗溶液注入設備儲罐前應過濾,以防止固體物質堵塞噴嘴。
試驗樣板通常使用要求的磨光鋼板,其尺寸為100mmx150mm,如不要求劃痕,也可使用70mnX150mm的樣板(IS0規定為100mmx150mm)。應按GB/T1765-79的規定制備試板,用測厚儀或千分尺測定厚度（相關儀器：測厚儀）,除另有規定,應在溫度(23士2)℃和相對濕度(50±5)%,具有空氣循環、不受陽光直接曝曬的條件下靜置至少16h以上,然后盡快投入試驗。試樣的背面和周邊用被試產品或涂層體系涂覆,或者用比被試產品更耐腐蝕的產品涂覆。如果試片需劃痕,用單刃切割器劃透涂層至底材,并使劃痕離試板的任一邊緣大于20mm,,(4)試樣鹽霧試驗
試樣在鹽霧箱中的位置應滿足下列條件。
①每塊試板的被測試面朝上,與垂直方向成15°~30°支撐或懸掛,并與通過鹽霧箱的水平鹽霧流的方向平行。
②樣板彼此之間不能接觸,也不能與箱體接觸。
③每一試驗樣板的擺放方式應能保證鹽霧自由地沉落到所有樣板上,且凝結在一塊樣板上的鹽溶液不能滴落到其他樣板上,,噴霧室內的溫度為(35土2)°C,霧化暴露區至少要放兩個干凈的鹽霧收集器,一個置于靠近噴霧的入口,一個置于遠離噴霧人口處,其位置要求收集的只是鹽霧,而不是從試樣或室內其他部件上滴下的液體,每個收集器的面積為80m2,經24h后,開始計算每個收集器的溶液,每80m2的面積,應收集濃度為(50±10)g/L、pH值6.5~7.2的鹽溶液1~2mL/h。
試樣在鹽霧箱中的位置應滿足下列條件 。
①每塊試板的被測試面朝上, 與垂直方向成15°~30°支撐或懸掛, 并與通過鹽霧箱的水平鹽霧流的方向平行。
②樣板彼此之間不能接觸, 也不能與箱體接觸。
③每一試驗樣板的擺放方式應能保證鹽霧自由地沉落到所有樣板上, 且凝結在一塊樣板上的鹽溶液不能滴落到其他樣板上,,噴霧室內的溫度為 (35土2) °C, 霧化暴露區至少要放兩個干凈的鹽霧收集器, 一個置于靠近噴霧的入口, 一個置于遠離噴霧人口處, 其位置要求收集的只是鹽霧, 而不是從試樣或室內其他部件上滴下的液體, 每個收集器的面積為80m2,經24h后,開始計算每個收集器的溶液,每80m2的面積,應收集濃度為(50±10)g/L、 pH值6. 5~7.2的鹽溶液1~2mL/h。
試板應周期性地進行目測檢査,但不允許破壞試樣表面,在任一個以24h為周期的檢査時間不應超過60min,試板不允許呈干燥狀態。
在規定的試驗周期結束時,從箱中取出試板,用清潔水沖洗試板以除去表面上殘留的試驗溶液,立即檢査試板表面破壞現象,如起泡、生銹、附著力降低、由劃痕處腐蝕的蔓延等。
濕熱試驗也是檢驗涂層耐腐蝕性能的一種方法,主要試驗過程為飽和水素氣對涂層的破壞。一般與鹽霧試驗同時進行。飽和水蒸氣對涂層的破壞作用主要如下。①水對涂膜的滲透作用。水分子透過漆膜的一層或多層,在漆膜與漆膜之間積累,引起zui初的起泡,隨后再向深一步發展,到達漆膜與底材之間,引起起泡,同時水與金屬接觸引起電化學腐蝕。②漆膜由于本身含有一些親水基團,以及有些顏填料有吸水傾向,因而漆膜本身也吸收一些水分,使漆膜發軟、膨脹、降低結合力,從而產生起泡。
一般相對濕度較低時,涂層附著力變化不明顯,但隨著相對濕度增加到≥90%時,涂層附著力就會顯著下降。溫度越高,相對濕度越大,則漆膜破壞速度越快。濕熱試驗中溫度的增加對試驗結構的影響要大于濕度的增加,這是因為高溫使水分子能量加大,滲透力增強,同時使涂層內高分子鏈的熱運動增加了,分子間作用力減弱,導致分子鏈間空隙加大,有利于水分子滲透。所以溫度越高,腐蝕速度越快,試驗周期越短,但過高的溫度有時會使試驗失真,因變化太快而不能區別樣板的好壞。進行濕熱試驗的條件見表21-26所示。
試驗所用設備是調溫調濕箱。它分別有加溫和加濕兩套系統,通過箱體內干溫度計和濕溫度計溫度之差,分別控制加熱和加濕,達到所需的相對濕度,目前推薦的濕熱試驗方法有多種:高溫高濕短周期、溫濕度交變的試驗周期和恒溫恒濕的試驗周期等,,從實際試驗情況看,過高的溫度雖然周期短、破壞快,但在某些情況下會因變化太快而不能很好地區別樣板的優、劣,甚至會歪曲試驗的真相。溫濕度交變的試驗周期,由于有低溫高濕階段,使水汽在漆膜表面凝露,有利于水分滲透到漆膜內部,加速對漆膜的破壞,但過多的凝露,會在漆膜上形成一層水膜,造成漆膜中的可溶性物質過多地溶出,與實際濕熱情況不符,,我國目前的濕熱試驗標準GB/T1740-79采用的是恒溫恒濕試驗周期法,溫度為(47士1)℃,相對濕度(96士2)%,美國ASTMD2247也是采用同樣方法,其溫度為(38士1)℃、相對濕度為100%,樣板上始終有凝水。國外也有一些標準采用高溫度短周期和溫濕度交變試驗周期,,恒溫恒濕試驗方法按相應的標準,如GB/T1765-79或ASTMD609制備試片,記錄樣板的原始狀態。將樣板垂直懸掛于樣板架上,樣板正面不相接觸。放人預先調到溫度為(47士1)℃、相對濕度(96士2)%的調溫調濕箱中。當升到規定的溫度、濕度時,開始計算試驗時間。試驗中樣板表面不應出現凝露。連續試驗48h檢査一次。兩次檢査后,每隔72h檢査一次。每次檢査后,樣板應變換位置,按產品標準規定的時間進行zui后一次檢査,無產品標準的檢査時間可根據具體情況確定,,樣板的檢查和評級主要是觀察涂層有無起泡、生銹和脫落,依其損壞程度進行評級。
涂層耐水性的好壞與成膜樹脂的所含極性基團、顏填料、助劑等的水溶性有關,也受被涂物表面處理方式、程度和涂層干燥條件等因素影響。
目前常用的耐水性測定方法有:常溫浸水試驗法[GB/T1733-93,水溫為(23士2)°C;ASTMD870-1973,水溫為(37.8土1)℃],浸沸水試驗法(GB/T1733-93),加速耐水試驗法(GB/T5209-85,IS01521-1973)等。
在玻璃水槽中加入蒸餾水或去離子水,調節水溫至規定溫度,并在整個試驗過程中保持該溫度,將三塊試板放入其中,每塊試板2/3浸泡于水中至規定時間取出,用濾紙吸干,檢査有無失色、變色、起泡、起皺、脫落、生銹等現象和恢復時問,三塊試板中至少應有兩塊試板符合產品標準規定則為合格,
在玻璃水槽中加入蒸餾水或去離子水,保持水處于沸騰狀態,將三塊試板放人其中,每塊試板2/3浸泡于水中至規定時間取出,依前方法檢查和評定試板。
GB/T5209-85(參照標準IS01521-1973)制定的色漆和清漆耐水性的測定一浸水法,是在適宜大小(合適尺寸為700mmX400mmX400mm)、配有蓋子和恒溫加熱系統的水槽中進行,糟中加入電導率小于2µS/cm的蒸餾水或去離子水,水的攪拌系統采用無油壓縮空氣或泵循環攪拌,各點水溫恒定在(40±1)℃,將尺寸150mmx700mmx(0.5~1.2)mm、背面和邊緣進行適當保護的試板放入槽中,保持樣板3/4浸泡于水中,然后開始槽內水的循環或通氣。調節水溫為(40士1)℃并在整個試驗過程中保持該溫度。定期取樣檢査并調整槽中水的電導率,使其不大于2µS/cm。
在規定的試驗周期結束時,將試板從槽中取出,用濾紙.吸干水跡即可檢査破壞情況。在檢査涂層試驗后附著力降低、變脆、變色、失光、銹污等指標時,應將試板移入恒溫室內[溫度(25士1)℃,相對濕度60%~70%],放置24h后檢查,用非腐蝕性脫漆劑仔細地在試板表面上除去一條150mmX30mm的涂層,暴露出底材并檢査出來的金屬腐蝕現象,為了便于參照,暴露部分應用適宜的透明涂料進行保護。
處于化工環境中的有機涂層常受到二氧化硫等·化工氣體的腐蝕,導致涂層過早失效。標準組織制定了IS03231«色漆和清漆耐潮濕二氧化硫性能的測定»,英、法等國也制定了相應的標準。
IS03231規定了色漆、清漆和有關產品的耐潮濕二氧化硫性能的測定方法和設備,該方法允許采用不同量的二氧化硫,對于厚度≤40µm的涂層,用0.2L二氧化硫。
在進行涂層耐二氧化硫試驗前,試驗各方應根據國家標準、文件或經協商確定下列內容:
①底板的材料和表面處理;②涂料在底材上的施工工藝;
③涂層體系、層數、厚度;
④試驗前涂漆樣板的干燥條件和時間;
⑤試驗條件和時間,包括所用的二氧化硫(≤0.2L、1L或其他數量);
⑥評定涂層耐腐蝕性的檢驗方法以及要考慮的因素。
一般使用容積為(300士10)L,門能嚴密封閉,并裝配有溫度調節裝置、加熱裝置、樣品支架、氣體導入管等部件的氣密箱,典型的二氧化硫試驗箱見圖21-44和圖21-45所示,
箱體由情性材料制成,箱底和箱壁下部耐熱,至少能容納2.5L溶有二氧化硫的水且不泄漏。試驗箱的形狀可以有某些變化,但須避免箱蓋上的潮氣凝露滴落到箱內試板上,使箱頂與水平面大約成12°傾角,即可達到要求。
溫度調節裝置包括安裝在試驗箱上部的溫度傳感器以及一根能從試驗箱外讀數的溫度計,溫度計的水銀球離箱頂和箱門150mm,距zui近箱壁的距離為250mm。
加熱裝置應能使試驗箱內溫度在1.5h內升到(40士3)℃,并維持此溫度。
氣體導入管位于箱底上方約50mm處,氣體經導入管進入試驗箱內,在試驗箱頂部或頂部附近有一減壓閥,當箱內氣體超壓時經此閥排出。此外,在試驗箱底部有一個排水。瓶裝液態二氧化硫是一種常用的氣源,也可用亞*加硫酸反應,在箱外發生二氧化.硫氣,并配有適當的調節儀和測量儀器(如流量計),用來測量輸人試驗箱內的氣體量。
樣板支架可用涂料涂覆或情性材料制成。支架應有足夠的尺寸容納總表面積為0.5m2的試板,
依相應的標準,試驗涂料產品的典型樣品,底板通常為150mmX100mmX1.2mm的磨光鋼板,進行預處理后,按規定工藝涂覆試樣、干燥或固化,并測定涂層厚度。
①試驗設備安裝在環境潔凈、(23士2)℃、相對濕度(50士5)%的室內,避免陽光直射和強氣流干擾,
②往槽中加(2土0.2)L蒸餾水,在以后每次加熱時,前面的水應先排出,并重新加水。③在引入規定量的二氧化硫后,并啟加熱裝置并在約1.5h內將空氣溫度升至(40士3)°C,維持該溫度至整個周期共8h結束為止。之后停止加熱,將門敞開或將單升至試板上邊。再過16h將試板從箱內拿出進行檢查。將試板再放入箱內,更換水后重復規定的試驗周期數。通常試驗周期是不間斷進行,但若出現中斷,如節假日,應在記錄中注明。
④應該注意的是每一個試驗周期應引入相同的二氧化硫,并保持箱中樣板的面積基本一致。做對比試驗時,箱中樣板的總面積應相同;在有爭議或進行關鍵試驗時,樣板的總面積為(0.5士0.1)m2。
在規定的試驗周期數結束時,將試板從箱中取出,用吸水紙將試板擦干并立即檢査是否有起泡或其他破壞跡象。將試板在室溫中敞開放置24h后,再一次檢查試板的附著力、銹點、變色、脆性或其他規定特征。如需檢査底板有無腐蝕現象,可按規定除去涂層后檢査。試驗完畢,依相應標準和試驗結果寫出試驗報告。
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