鹽霧腐蝕及其試驗中需要注意的幾個問題分析

閆凱,宋慶軍，李秀娟，盧慧粉

（1.國家半導體及顯示產品質量監督檢驗中心，山東濟寧 272000； 2.魯南煤化工研究院， 山東濟寧 272000）

引言

環境試驗是把產品暴露在自然的或人工的環境條件下（如高溫、低溫、高濕、鹽霧等），以評價產品在實際使用、運輸和貯存條件下的性能情況，分析研究環境因素的影響程度及其作用機理，是為了驗證產品功能可靠性而進行的試驗。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕是由于含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層，與內部金屬發生電化學反應引起的。同時，氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠并取代氯化層中的氧，把不溶性的氧化物變成了可溶性的氯化物，使鈍化態表面變成活潑表面，對產品造成極壞的不良反應[1]。

鹽霧腐蝕是一種常見的環境試驗，最早可以追溯到1914年，源于美國國家標準局，在1939年中性鹽霧試驗標準ASTM 117基本形成。鹽霧腐蝕相比真實的自然環境，腐蝕速度大大加快，不是真實環境的再現，有可能出現在真實環境條件下根本不會出現的腐蝕效應，具有一定的局限性，但目前沒有別的方法去快速驗證產品耐鹽霧腐蝕的性能，鹽霧試驗仍是最好的驗證方法[2-3]。

1 鹽霧試驗分類

按照鹽霧實現的條件，鹽霧試驗分為天然暴露試驗和人工加速模擬試驗。天然暴露試驗利用真實的大自然環境條件進行試驗，優點是環境條件真實一致，缺點是環境條件不穩定，地域差別比較明顯，試驗的重復性、可現性差；人工模擬鹽霧試驗是利用具有一定容積的試驗箱模擬鹽霧環境，對產品的耐鹽霧腐蝕性能進行考核，其鹽霧環境中的氯化鈉濃度，是自然環境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，腐蝕速度大大提高，得出結果的時間也大大縮短，而且試驗的可現性比較好。人工模擬鹽霧試驗又包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗[4]。

中性鹽霧試驗是行業內出現最早、應用領域最廣的一種加速腐蝕試驗方法。它采用 5% （質量比）的氯化鈉鹽溶液，溶液的 pH 值調在中性范圍6.5～7 .2之間，試驗溫度均取 (35±2)℃ ，要求鹽霧的沉降率在 1～2 ml/80cm2.h 之間；醋酸鹽霧試驗是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的，它是在 5%（質量比）濃度的氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的 pH 值降為 3 左右，它的腐蝕速度要比中性鹽霧試驗快 3 倍左右；銅鹽加速醋酸鹽霧試驗針對特殊鍍層的產品，是國外新發展起來的一種快速腐蝕試驗，它在鹽溶液中加入少量銅鹽（氯化銅），它利用銅鹽與鋼鐵零件及鎳鍍層之間具有較大的電極電位差的特點，強烈誘發腐蝕，同時產品試驗溫度提高為50℃，可在較短的時間內得到結果。它的腐蝕速度大約是中性鹽霧試驗的 8 倍；交變鹽霧試驗是由中性鹽霧試驗和恒定濕熱試驗組成，它是將產品暴露在鹽霧和濕熱兩種環境條件下交替轉換，通過潮濕環境的滲透，使鹽霧腐蝕不但在產品表面產生，也在產品內部產生。

2 鹽霧試驗中需要注意的幾個問題

2.1 試樣預處理

試驗前應清洗,一些可能會影響試驗結果的雜質（如灰塵、油污），清洗時，不應使用可能侵蝕試樣表面的研磨材料或溶劑，應使用適當的的有機溶劑和干凈的軟毛刷徹底清洗被測樣品，清洗完畢后，用新溶劑沖洗試樣，然后干燥。如果試樣是從較大的帶有涂層的的工件上切割下來的，不應損壞切割區附近的覆蓋層。除非另有規定，必須采用適當的覆蓋層，如油漆、石蠟或膠帶等，對切割區進行保護。清洗后的樣品，應避免再次被不經意的觸摸而污染。

2.2 試樣的放置

試樣表面在試驗箱中的放置角度是非常重要的，試樣角度的變化會直接導致其在水平面上的投影面積發生變化，這樣試樣表面的沉降量就會發生變化，原則上，平板試樣的被試表面朝上并與垂直方向保持20±5°的角；對于表面不規則的試件，可采取多種放置狀態，務必使每個主要表面能同時接受鹽霧的均勻腐蝕。

試樣表面不能受到鹽霧的直接噴射，試樣不可相互接觸，也不可接觸到金屬性導體以及其它支架外的物體；鹽溶液禁止從一個試樣上滴落到其它試樣表面；試件如果有識別的標記等粘貼物，應盡量置于試樣的下方。

試樣的支架應由惰性非金屬材料制成，如玻璃、塑料或有涂層的木制品。懸掛試樣的材料不應使用金屬材料，而應使用人造纖維或其它惰性絕緣材料。對于一個新的測試或總試驗時間超過96h的測試，可允許被測試樣移位，在此情況下，試樣移位的次數和頻率按照相關要求進行，但是需要在試驗報告中進行說明。

2.3 鹽溶液的pH值

以最常見的中性鹽霧試驗為例，在GB/T 2423.17中對試驗用鹽給出了明確要求，所用鹽應當是高品質的氯化鈉，干燥時，碘化鈉含量不超過0.1%，雜質總含量不超過0.3%，目前配制鹽溶液一般采用化學純或分析純的氯化鈉。鹽溶液的濃度為（5±1）%（質量比），溫度為（35±2）℃時，溶液的pH值應在6.5～7.2之間，在保證氯化鈉濃度的前提下，可以使用鹽酸或者氫氧化鈉調節溶液的pH值[5]。由圖1可知，溶液pH值對金屬腐蝕速率的影響有三種情況：腐蝕速率基本不受影響，見曲線I，如金、鉑等；隨pH值的增高，腐蝕速率先減小后增大，見曲線Ⅱ，如鋁、鉛等；隨pH值的增高，腐蝕速率減小，見曲線Ⅲ，如鐵、鎘等。為了控制試驗的參數，增強試驗的重現性，通常選用中性鹽霧試驗，控制pH值在6.5～7.2之間，因為pH值范圍越窄，試驗的重現性越好[6-8]。

圖1 腐蝕速度與溶液pH值的關系

圖2 試驗溫度與腐蝕速度的關系

2.4 試驗溫度

研究表明在鹽霧腐蝕試驗中，產品試驗溫度與腐蝕速率存在著一定的聯系，如圖2所示。阿累尼烏斯定律指出溫度每升高10℃，化學反應速度約增加2～3倍，即鹽霧腐蝕速度加快。但隨著溫度的進一步升高，氧氣在溶液中的濃度降低，不能滿足電化學反應的需要，電化學反應速率放緩直接造成鹽霧腐蝕速率下降。所以，目前中性鹽霧試驗一般把試驗箱內溫度控制在（35±2）℃，是比較合理的。

3 結語

鹽霧試驗是考核產品耐鹽霧腐蝕能力的重要方法，包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗，其中中性鹽霧試驗應用最為廣泛。鹽霧試驗中影響測試結果的因素很多，本文從試樣的預處理、試樣的放置角度、溶液pH值及試驗溫度四個方面進行了分析，并對其預防措施進行了探討。雖然人工模擬鹽霧試驗與自然環境暴露的相符性不能確定，但它作為一種快速試驗方法又具有一定的代表性，目前尚未有更好的試驗方法代替它。隨著人們對產品可靠性期望值的越來越高，鹽霧試驗將發揮著越來越重要的作用。

[1] 徐京輝，鹽霧試驗與設備應用基礎[M].北京:國防工業出版社,1993.

[2] 唐廷甫，鹽霧試驗方法概述[J].環境技術，1983,(1):33-40.

[3] 陸家樂，孫立軍，邱福來.大氣鹽霧與電子產品鹽霧試驗[J].電子產品可靠性與環境試驗，2009,第27卷(4):23-25.

[4] 唐云峰，車漢生.常用鹽霧標準及其相關結果評價[J].環境技術，2012,(6):54-57.

[5] GB/T 2423.17-2008/IEC 60068-2-11:1981，電子電工產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗Ka：鹽霧[S].

[6] 曾凡輝，姜其斌，謝續江等.影響鹽霧試驗結果的因素分析[C]. 第三屆國際防腐及防腐蝕涂料技術研討會論文集，2005.

[7] 唐毅，宋愛民，鹽霧試驗條件對試驗結果的影響[J].微電子學，2009,第39卷(2):289-292.

[8] 徐京輝，姚文勇，范風華.影響產品鹽霧試驗的因素及預防對策[J].環境技術，1997,(6):15-18.