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第1篇

關鍵詞：鋼材腐蝕；自然環(huán)境；實驗室環(huán)境

中圖分類號：TG171文獻標識碼： A 文章編號：

1引言

鋼結構在大氣環(huán)境中，由于受到大氣中水分、氧和其它污染物的作用而被腐蝕。大氣中的水分吸附在鋼材表面上而形成的水膜，是造成鋼材腐蝕的決定因素。而大氣中的相對濕度和污染物的含量是影響大氣腐蝕程度的主要因素[1]。

實踐證明，在一定的溫度下，大氣的相對濕度如果保持在60%以下，鐵的大氣腐蝕是很輕微的，但當相對濕度增加到某一數值時，鐵的腐蝕程度就會突然升高，這一數值稱為臨界濕度。在常溫下，一般鋼材的腐蝕臨界濕度為60-70%。然而由于自然腐蝕試驗由于受試驗周期和試驗區(qū)域的限制，不利于試驗結果的取得和推廣。本文通過介紹自然環(huán)境試驗和試驗室環(huán)境試驗的方法，為建立、完善和發(fā)展鋼材腐蝕研究方法提供參考。

2 自然環(huán)境試驗

自然環(huán)境試驗是在典型和(或)極端自然環(huán)境條件下對產品及材料、工藝、構件進行的環(huán)境適應性試驗與研究。按試驗方法,自然環(huán)境試驗可分為自然暴露試驗、戶外自然加速暴露試驗。

自然環(huán)境下的大氣暴露試驗是自然環(huán)境試驗最通常的試驗方法。按暴露方式可分為戶外暴露和室內暴露：

a.戶外暴露：試樣直接靜置暴露在戶外自然大氣環(huán)境中。其朝向根據場地的實際情況和試驗目的而定，確保試樣面向太陽。但近年來根據實際需要，也有采用不同朝向暴露，如迎海暴露、迎主導風向暴露、斜坡暴露等。試樣根據實際需要，可以選用任意暴露角。當前試驗用得較多的暴露角有當地地理緯度角、略低于地理緯度角、45o角等。

b.室內暴露：包括半封閉暴露和封閉暴露，主要考核評價金屬材料、非金屬材料、覆蓋層和防銹包裝在戶內儲存條件下的耐蝕性能，確定保護性覆蓋層和防銹包裝的有效保護期。

由于大氣暴露與貯存試驗周期長，實驗室模擬加速試驗又難以重現(xiàn)真實自然條件下的結果，近二十年來，國內外研制了在自然條件下加速暴露的各種試驗設備，以適應大氣腐蝕研究的需要。戶外自然加速暴露試驗方法是在大氣暴露試驗方法的基礎上，人為強化并控制某些環(huán)境因素，來加速材料的大氣腐蝕。

目前，戶外自然加速暴露試驗可分為：追光式跟蹤太陽暴露、聚光式跟蹤太陽暴露、黑框暴露、玻璃框下暴露、加速凝露暴露、噴淋加速暴露。

a.追光式跟蹤太陽暴露：在大氣環(huán)境中，把暴露架增加轉動控制系統(tǒng)，制作成活動暴露架對太陽跟蹤轉動，充分利用太陽的能量，強化光和熱的效應，從而加速暴露面上試樣的老化速度。采用該試驗方法對涂膜進行試驗，結果顯示一般比朝南45o角的暴露，試樣的老化速度快2～3倍。

b.聚光式跟蹤太陽暴露：該試驗是在追光式跟蹤太陽暴露裝置上，增加帶反射鏡的系統(tǒng)，陽光射到反射板上，經聚光反射到試樣表面，增大試樣受到的太陽輻射量，并可以鼓風和噴水，大大縮短了暴露時間。通過這種暴露試驗的塑料比朝南45o角暴露的試樣，最大老化速度快10倍，涂料快6～12倍。

c.黑框暴露：在暴露架上增加吸收太陽熱量黑框、使熱量聚集在試樣上，增加其熱效應，加速熱老化過程。

d.玻璃框下暴露：在暴露架的試樣表面，覆蓋一層玻璃，使陽光能自由透射，但把雨水和塵埃物質等隔開。這種試驗可對一些環(huán)境因素的作用進行研究。如酸雨影響、沙塵影響；同時，對室內或車內使用的材料和制品，能達到好的自然模擬加速效果。

e.加速凝露暴露：該試驗白天利用太陽光照射樣，夜間以冷凍機降溫，強制試樣表面凝露，增加金屬材料的腐蝕速度。

f.噴淋加速暴露：在暴露架上增加噴水裝置，定時向試樣噴水，增加試樣表面潤濕時間，來加速大氣腐蝕[2]。

3 試驗室環(huán)境試驗

實驗室環(huán)境試驗是在實驗室通過人工方法模擬自然環(huán)境條件，對產品及材料、工藝、構件進行的環(huán)境適應性試驗與研究。由于自然腐蝕試驗周期長，試驗區(qū)域性強, 不利于試驗結果的推廣和應用。為此, 國內外學者采用了大量試驗室內的短期加速腐蝕試驗, 并與自然腐蝕相對照，進而提出了許多加速試驗方法：

1)鹽霧試驗方法

鹽霧試驗最早是由J A Capp于1919年提出，該方法借助于壓縮空氣把鹽溶液吸入噴嘴，噴成細霧狀充滿鹽霧箱空間，沉降在箱內放置的試樣上，因NaCl鹽霧是強腐蝕并伴有氧和水分，可起到加速材料腐蝕破壞的作用。1962年ASTM正式制定了3種鹽霧試驗標準：中性鹽霧試驗(NSS法)、醋酸鹽霧試驗(AASS法)和銅醋酸鹽霧試驗(CASS法)等3種[3]。它主要用來模擬海洋環(huán)境對材料的腐蝕，有時為了模擬工業(yè)大氣或城市大氣，還采用腐蝕性氣體以加速試件的腐蝕。

2)腐蝕膏試驗(CORR試驗)

腐蝕膏試驗具有過程快速、重現(xiàn)性好，與室外大氣腐蝕具有一定的相關性等優(yōu)點，可用于裝飾性鉻鍍層的加速腐蝕實驗。該方法是將含有腐蝕性膏泥均勻地涂敷在試樣上，待干后，將試樣放入潮濕箱內進行腐蝕試驗。

3)電解腐蝕試驗(EC法)

又稱電化學快速銹蝕試驗，通常的方法為:試件浸泡在3%-5%NaCl溶液中,將連接試件的導線與恒定直流電源的陽極相接,而直流電源的陰極則與溶液中的另一種金屬相接,通過NaCl溶液形成回路,使試件銹蝕。此方法銹蝕速度較快，但以均勻銹蝕為主，與自然腐蝕有較大差異。

4)濕熱試驗方法

環(huán)境的溫度、濕度是影響大氣腐蝕的主要因素，此方法是在高溫、高濕條件下使試件表面凝聚水份，強化腐蝕環(huán)境，從而加速試樣的腐蝕，可分為恒定濕熱試驗（溫度為40+2。C,相對濕度為95+3%）和交變濕熱試驗（高溫為40+2。C,低溫為30+2。，相對濕度為95+3%）兩種。為了進一步加速大氣腐蝕還采用凝露腐蝕試驗，它同樣在高溫、高濕條件下，不同的是在試件架內通循環(huán)冷卻水，使水汽更容易在試件上凝結，因而加速銹蝕，此試驗一般用來模擬濕熱地區(qū)材料的大氣腐蝕[3]。

5)干濕周浸循環(huán)試驗

Pourbaix首先提出用該方法研究大氣腐蝕，這種方法將試件周期性地浸入不同的溶液中來模擬不同的大氣環(huán)境，如蒸餾水、NaCl溶液，浸潤一段時間后取出試件，用熱吹風或干燥箱烘干試件，使試件處于干濕交替出現(xiàn)的狀態(tài)，更好地模擬金屬在雨淋日照下的真實條件，重現(xiàn)了金屬表面經歷的3種大氣腐蝕狀態(tài)：浸潤―潮濕―干燥試驗方法，此方法適用于究大部分材料在各種自然環(huán)境中的腐蝕情況。

6)周期噴霧復合腐蝕試驗

各種單一的鹽霧試驗對大氣曝露的模擬性不好,S B Lyon[4]等人認為在加速試驗上用干濕交替法比用鹽霧試驗的相關性更好,把濕度和凝露作為研究的重點，能使加速試驗的結果更接近自然暴露的試驗結果，其主要原因是鹽霧試驗不具有“濕潤―干燥”的循環(huán)過程,而在自然大氣條件下,試樣上由雨、霧等形成的液膜有一個由厚變薄、由濕變干的周期性循環(huán)過程,這是大氣腐蝕過程的基本特點。因此,后來提出了帶有干燥過程并周期性地鹽水噴霧的鹽霧復合試驗方法,與單純鹽霧試驗相比,這種方法可更好地模擬和加速大氣腐蝕,它能較真實地再現(xiàn)自然環(huán)境,更接近材料在自然大氣環(huán)境中的腐蝕情況[3]。

7)多因子循環(huán)復合腐蝕試驗

由于材料在自然環(huán)境中受到的是多種復雜因素的綜合作用,因而要更真實的再現(xiàn)材料在自然大氣中的腐蝕,必須盡可能的將大氣中的環(huán)境因素綜合起來考慮。 近幾年,模擬大氣腐蝕的加速試驗方法向多因子復合加速腐蝕試驗方向發(fā)展,這也是以后加速試驗發(fā)展的方向。如日本利用CASS試驗機改裝成復合試驗機,可進行潮濕、噴霧、通SO2 、干燥的循環(huán)試驗；美國的Q - PANEL制造的Q - FOG循環(huán)腐蝕試驗機可進行鹽霧、干燥、有規(guī)則的停頓等循環(huán)試驗；北京航空材料研究所研制了8 因子加速試驗裝置,能夠模擬在自然環(huán)境條件下干濕交替的過程,且可通入腐蝕性氣體,具有光老化及腐蝕―老化綜合試驗條件,已成功應用于18 種標準腐蝕試驗中[5] ,與戶外數據相比具有良好的一致性[3]。

4 結論

鋼材腐蝕后，不僅僅造成截面面積減少，而且因為種種原因使其力學性能發(fā)生變化，這些變化可能導致服役的中、老結構的耐久性、抗力、破壞形態(tài)發(fā)生重大變化。本文介紹了自然環(huán)境試驗和試驗室環(huán)境試驗兩種方法用來加速模擬鋼材腐蝕，但兩種方法都存在一定的局限性。因此，為了不斷深化鋼材腐蝕原理及規(guī)律的認識，必須運用和改進現(xiàn)有的研究方法，建立新的研究方法，為今后鋼材腐蝕性能退化研究提供參考。

參考文獻

涂湘湘.實用防腐蝕工程施工手冊 [M]北京：化學工業(yè)出版社，2000。

唐倫科.自然暴露試驗與加速腐蝕試驗的相關性及防護設計研究[D]重慶：重慶大學碩士論文，2006.

林翠，王鳳平，李曉剛.大氣腐蝕研究方法進展[J]中國腐蝕與防護學報，2004,24（4）：249-256。