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使用加速腐蚀盐雾箱对工业防腐涂层进行循环腐蚀老化试验操作指南
来源：线缆CPR认证服务平台 浏览：59次 发布于：2024-11-11
一个"好的"或有意义的实验室测试的最键的要求是，它要模拟实践中所使用的材料的相对性能等级，并产生与现场经验一致的失效模式。此外，一个有用的测试必须是可重复的，而且是合理的快速。目前，还没有任何测试被证明能满足这些要求。
虽然完全模拟户外环境中众多复杂的变量似平并不实际（甚至不可能），但一个合理的方法是包括确定这些变量中最重要的变量并将其纳入加速测试协议。近年来，根据使用循环湿/干腐蚀室（即产生盐雾的室与允许试样干燥的室交替出现），已经报告了与外部结果的关联性得到加强。电解质层从面板表面的这种循环润湿和干燥被认为以比例如连续ASTM B 117盐雾试验更真实的方式对涂层施加应力，在连续ASTM B 117盐雾试验中，面板被放置在恒定的高相对湿度(RH)环境中(~ 97%)。至少，考虑到暴露在室外环境中的材料经常经历类似的湿润和干燥效应，湿/干循环因素的结合似乎是直观合理的。还阐述了电解质成分的重要性(例如，结合铵和硫酸盐物质来模拟工业环境中发生的腐蚀过程)。
尽管人们越来越认识到湿/干循环（或一股的循环应力因素)和电解液成分变量的重要性，但在整个油漆降解和腐蚀过程中，老化因素(如紫外线照射、水汽凝结)的影响仍未得到重视。由于油漆制金属界面的腐蚀和漆膜的老化是在自然界中同时发生的过程·因此认为这两个过程可能有显著的相关性似乎是合理的。例如，天气导致的油漆有机粘合剂的降解可能会导致涂层表面更加亲水，这可能会改变系统的润湿时间和随后的腐蚀特性。
其他影响可能包括以下方面：
加强了表面污染的保留和有害物种通过受天气损害的涂层。
油漆物理特性的变化，如弹性，这可能会对后续的性能特征产生影响。
在降雨或冷凝期间，表面物质的可能稀释以及相对“干净”的水沉积在涂漆表面的其他影响。
在早期的一篇论文中，研究了将老化和腐蚀循环结合到一个单一的测试方法中的意义。结果表明，紫外光老化因素对有机漆膜的腐蚀性能有显著影响。本文的目的是比较从组合循环腐蚀/老化试验方法获得的结果与从室外暴露获得的数据。还与ASTM B 117盐雾和湿/干腐蚀循环(无老化因素)的数据进行了进一步比较。
实验设计
涂层系统
研究了三种商业质量的工业防腐涂层系统（即带有适当面漆的底漆），代表重要的通用涂料类型(催化环氧聚酰胺·丙烯酸乳胶和醇酸)这些涂层系统的进一步细节见表1。
三种商业质量的工业防腐涂层系统
所有涂层都使用自动空气喷涂技术涂抹在经过喷砂处理的尺寸为3英寸×6英寸(8厘米×16厘米)冷轧钢板试验板上(经过清洗和脱脂)。在面漆之前，让底漆固化24小时。 在测试之前，允许表面涂覆的面板固化整整一周。每个涂层板的下半部分用X穿过涂层向下划到金属基底。(暴露在海上场地的面板用一条直线划线，沿着面板垂直延伸。)在所有情况下，面板都是一式两份。
加速测试程序
研究了三个加速试验：
标准的ASTMB117盐雾，使用稀释的（NH4）2SO4/NaCI基电解质进行
循环湿/干腐蚀测试，循环湿/干腐蚀试验，纳入老化因素（即，综合腐蚀/老化试验）
表2概述了这些测试程序的重要特征，下面对每种技术进行了更详细的描述涂层系统在每个加速暴露环境中测试了2000小时。
表2概述了这些加速老化测试程序的重要特征
盐雾试验(ASTM B 117-85)
在高温(35 ℃)和高湿度(大约97% 的相对湿度)下，面板以与垂直方向成15到30度的角度暴露在5（重量）%的中性氯化钠溶液中，连续沉积。
湿/干（混合盐）腐蚀试验
在环境温度下，将面板暴露于一小时的盐雾(混合盐)中，交替暴露于一小时的无盐雾和高温(35℃)中。这项工作中使用的电解质是0.35%(重量)的(NH)2SO4，0.05%(重量)的NaCl溶液，雾化后pH值为微酸性(5.2)。电解液以大约600毫升/小时的速度雾化 一个0.33米的试验箱。面板暴露在与试验箱内壁相连的架子上，与垂直方向成15-30度角。通过这种布置，面板被定位在位于室壁中的电阻加热器附近。电阻加热器在干燥期间被激活，从而从面板表面蒸发电解质层。在这些干燥期间，也用调节流速的空气吹扫机柜。这种循环湿/干试验程序基本上是由Timmons在20世纪70年代开发的。为进行这种试验而设计的试验箱在市场上可以买到。
循环腐蚀/老化试验
将面板暴露于200小时的湿/干腐蚀循环(如上所述)，然后暴露于200小时的紫外光冷凝，总共2000小时(即5个完整的湿/干/紫外光冷凝循环)。对于该测试的老化部分，使用了符合ASTM G 53标准的标准紫外光冷凝柜。这里，使用UVA-340灯泡，在60℃下进行4小时的紫外线照射，然后在50℃下进行4小时的冷凝。
户外暴露场所
水工建筑物地点
在佛罗里达州东海岸(庞塞湾)的一个测试点，面板暴露在与垂直方向成45度角的地方长达27个月，面朝东。
工业场地
在俄亥俄州克利夫兰市中心我们公司技术中心的屋顶上，电池板与垂直方向成45度角，面朝南，暴露了12个月。根据对裸钢样品进行的重量损失测量，该场地的条件具有腐蚀性(例如，低碳钢的去除率[短期]通常大于50微米/年)。
图1经过2000小时盐雾测试(乳胶为1000小时)后的面板划痕区域
图2循环湿/干腐蚀测试(2000)小时）后面板的划线区域
图3综合腐蚀和老化测试(2,000小时)后的面板划线区域
图4面板在海上暴露27个月后的划痕区域(乳胶为21个月)
结果
几乎无一例外，测试后观察到的所有故障(加速和自然)都与沿着面板划线的腐蚀和分层效应有关。图1-4分别示出了在盐雾、循环湿/干腐蚀、组合腐蚀/老化和海洋现场暴露试验之后，涂覆面板的划线区域的外观。环氧树脂/环氧树脂系统是在工业环境中暴露12个月后先进显示出任何降解迹象的材料。这种退化如图5所示。
图5在户外暴露12个月后环氧树脂浸泡的划线区域（工业）
表3显示了涂层系统在2000小时加速测试后以及在海洋和工业场所现场测试后的平均ASTM起泡(D，714)、锈透(D，610)和钻蚀(D，1654)等级。在这些评级系统中，“10”表示表现全面，“0”表示完全失败。
表3显示了涂层系统在2000小时加速测试后以及在海洋和工业场所现场测试后的平均ASTM起泡等级
表3中还报告了总体性能指数，该指数是通过将气泡尺寸、气泡频率、钻蚀和锈透的各个等级相加而计算的。(ASTM对起泡频率建议的描述性评级被转换为数字评级，如下所示:无=10，很少=7.5，中等=5，中等密度=2.5，密度=0。)因此，较佳综合评分是40分。
然后，使用总体性能值对的相对性能进行排名涂层系统(基于逐个测试)，如表4所示。
使用总体性能值对的相对性能进行排名涂层系统
讨论
等级相关性
从表4中，可以观察到几个要点。
每种实验室测试方法都会产生一个独特的材料等级。这表明，这些试验方法之间的差异(即连续NaCl盐雾试验、湿/干(NH4)2SO4/NaCl盐雾试验和结合老化因素的湿/干(NH4)2SO4/NaCl盐雾试验)导致这些有机涂层的腐蚀保护和降解特性有明显的差异。在海洋和工业场地观察到的等级是相似的，因为环氧树脂/环氧树脂板在两个场地都表现出最严重的退化。
综合腐蚀/老化试验预测的等级与现场观察到的等级最为一致。相比之下，盐雾试验准确地预测了实践中观察到的相反等级。使用来自湿/干腐蚀试验的数据，不可能明确区分性能。
综合腐蚀/老化试验预测的等级与现场等级最为一致。
重要的是，从表3中的数据得出的这些等级与测试后涂层的整体视觉外观一致，如图1-5所示。
退化的模式
在海洋现场暴露的所有样品都被发现在与面板划线相邻的区域形成水泡·这些水泡是稳定的（即在储存或用手指按压时不会塌陷），充满了铁锈，并被邻近的腐蚀产品的流出物染成了橙褐色。在某些情况下，由于内部可见的固体腐蚀产物的积累，划线发生了全面的提升。这些结果在图4（a）-(c)中得到说明。如如图5所示，在工业大气试验场1年后，在环氧树脂环氧树脂系统上也观察到了类似的划线提升和与附近水泡有关的分层现象。.尽管在海洋现场暴露后，在乳胶乳胶样品上观察到排常轻微的产生丝状腐蚀的趋势图4(c)，但在自然暴露环境中，这一般不会被发现是一个重要的失效模式。
在海上油田现场观察到的降解模式通常与使用综合腐蚀/老化试验后观察到的模式非常相似(图3)。这是显而易见的，特别是在2000小时的腐蚀/老化测试后，将海洋现场暴露与同等面板进行比较时。例如，对于环氧树脂/环氧树脂系统，现场和实验室样品都沿着划线显示出相对大的(直径大于1 cm)、低轮廓的、充满铁锈的气泡(“结疤”)。(比较图3(a)和图4(a))此外，胶乳/胶乳体系在海洋暴露后和腐蚀/老化测试后的性能比较表明，两个样品都仅显示出非常小的充满铁锈的气泡(直径小于或等于2 mm)，粘附力损失可忽略不计，并且仅在紧邻划线处有轻微的锈斑。(比较图3(c)和图4(c)。)
无论是盐雾试验还是循环湿/干腐蚀试验(分别为图1和图2)，在再现现场测试后观察到的故障类型方面都不是特别成功。湿/干腐蚀试验产生了一些沿划线的涂层提升，并有明显的产生丝状腐蚀的趋势(例如，图2（c)）。在这种循环的湿/干腐蚀环境中形成的丝状腐蚀故障与其他工人的发现是一致的。在盐雾室中的暴露通常会导致覆盖在划线上的松散附着的腐蚀产物的累积，对于乳胶/乳胶系统，在测试的1000小时内，通过在整个面板上形成水泡，产生了特别严重（和不现实）的涂层破裂。这些水泡的性质与在外部或暴露期间以及在腐蚀/老化测试期间沿着划线形成的水泡不同。在盐雾试验中，水泡倾向于更多的半球形（即有更大的轮廓），并不像现场试验后观察到的那样充满了固体腐蚀产物，而是经常充满了液体电解质·在盐雾试验或干/湿循环试验中，涂层划线区域周围形成的充满铁锈的水泡并不明显。
基于乳胶系统在现场暴露后相对较好的性能，盐雾测试在评估这些水性系统时似乎特别容易产生误导。值得注意的是，乳胶涂料的耐盐雾性较差，这在一定程度上说明了为什么一般人不愿意指定这种水性涂料在腐蚀性环境中使用。然而，这些水性系统的高性能能力正日益被认可。
紧密配方涂料的评价
显然，从上述结果来看，最有意义的性能评估是从结合了湿/干循环腐蚀和紫外光冷凝老化因素的测试中获得的。因此，这种测试方法似乎比其他测试方法具有独特的优势。然而，任何有用的实验室加速试验的一个重要要求是，它能够区分同类密切相关的涂层的性能。缺乏这种敏感性的测试在产品开发研究中的价值有限，在产品开发研究中，经常需要知道涂料成分的微小变化将如何影响性能。
为了解决这个问题，进行了一项研究，其中使用循环腐蚀/老化试验(如上所述)来评估一系列直接涂覆在喷砂清理过的钢基底上的实验性丙烯酸乳胶漆。这些涂层(称为涂层A、B、C、D和E)仅在组成细节上略有不同。使用#75线绕刮涂棒以1.5(+0.25密耳[38+6微米])的等效干膜厚度制备涂覆的板。如前所述，在每个同等固化的板的下半部分切割划线。
表5列出了5种实验性涂层在经过1200小时的综合腐蚀/老化试验后的ASTM水泡、透锈和下切等级
表5列出了5种实验性涂层在经过1200小时的综合腐蚀/老化试验后的ASTM水泡、透锈和下切等级·这些单层样本都在不同程度上表现出在远离划线的地方形械锈斑，以及在紧邻划线的地方形成充满锈迹的水泡·这是在综合腐蚀/老化试验中的特点。这在图6中对其中的3个涂层进行了说明，它显示了在初始配方(图6(a)上加入腐蚀抑制剂(图6(b)和不同的附加剂(图6c)的效果。使用组合腐蚀耐候试验，可以区分这些涂层的性能能力。对一般类似的涂层在海上暴露12个月后出现的失效模式的检查进一步证明了这些结果的普逼“真实性"，因为这些涂层在远离划线的地方表现出类似的划线起泡和锈蚀。
图6：经过1200小时的综合腐蚀/风化试验后，喷砂清理后的丙烯酸乳胶涂层钢板（约1.5密耳/3.75微米）
摘要
本文论证了在用于评估有机涂层腐蚀控制性能的加速实验室试验中加入老化因素的重要性。结合了紫外光冷凝老化因素的循环湿/干腐蚀试验，在满足有意义的加速试验的要求方面显示出显著的前景。通过这种测试方法，在实践中观察到的等级和失效模式的改进再现是可能的。在这方面，湿/干腐蚀试验，特别是连续盐雾试验并不令人满意。此外，所描述的腐蚀/老化测试技术似乎具有产品开发项目应用所需的灵敏度。基于本研究获得的结果，使用这种腐蚀/老化组合方法进行进一步研究似乎是有保证的。
防腐涂料检测标准参考
NORSOK M-501防腐涂料检测认证（挪威石油工业技术法规） https://www.fire-test.com/newsinfo/5231779.html
DNV GL-CP-0424风电叶片涂料检测认证（DNV-GL船级社认可实验室） https://www.fire-test.com/newsinfo/6246633.html
南京睿督解读：ISO12944涂料防腐蚀等级分类及防腐蚀年限规定 http://www.cprce.com/NewsCenter/Regulations/744.html
南京睿督| 防火阻燃检测 | 构件耐火性能检测 https://www.fire-test.com/newsinfo/4260230.html
南京睿督公司提供ISO12944涂料防腐蚀等级检测
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