CN116930049A - 快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镀层寿命预测技术领域，公开了一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法，以锌铝镁镀层钢为试验材料，NaCl溶液为腐蚀介质，试样预处理后按照“喷盐雾1～3h→干燥3～5h→高润湿4～8h”进行循环试验，对腐蚀不同时间后的试样进行腐蚀失重和形貌观察，确定镀层破坏时间；其中喷盐雾阶段温度为30～40℃；干燥阶段温度为30～35℃，湿度<40%RH；高润湿阶段温度为55～60℃，湿度80%～100%RH。本发明方法具有模拟性、加速性和重现性，可用于研究锌铝镁镀层在苛刻海洋大气环境中的腐蚀行为，以及镀层寿命的快速评价。
Description
技术领域
本发明涉及大气腐蚀模拟技术领域，具体涉及一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法。
背景技术
为克服现场暴晒试验的缺点，快速获得腐蚀试验结果，对材料制品和防护层的大气腐蚀寿命做出预测，深入研究自然环境中某些因素的作用，一些研究者设计了许多模拟实际大气环境的腐蚀试验方法。考虑到实验室模拟加速方法与自然环境暴晒试验结果相关性，所设计的加速试验必须满足三个要求，即重现性、加速性和相关性。目前常用的实验室模拟加速方法有：（1）盐雾试验（2）湿热试验（3）干湿浸润循环试验（4）多因子循环复合腐蚀试验。这些试验方法往往不能够模拟真实的户外暴晒环境，而使材料的腐蚀寿命预测不准。
锌铝镁作为一种新型的防护镀层，因具有良好的耐蚀性，广泛用于建筑、家用电器及汽车等领域。由少量合金元素Al、Mg和Si掺入的锌铝镁镀层，其耐蚀性能可达热浸镀锌钢板的10～20倍、热浸镀锌铝合金钢板的5～8倍，适合应用于大气腐蚀性等级极强的环境中。热带海洋大气是典型的腐蚀性极强的大气环境，现有的锌铝镁镀层的使用寿命预测都是基于标准GB/T 10125中性盐雾进行模拟海洋大气腐蚀测试。因此，亟需建立一种有效的加速模拟测试方法，以实现快速评价锌铝镁镀层在苛刻环境下的使用寿命，从而为高质量锌铝镁镀层的开发提供数据支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法，该方法具有模拟性、加速性和重现性。
本发明的技术方案如下：
一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法，以锌铝镁镀层钢为试验材料， NaCl溶液为腐蚀介质，试样预处理后按照“喷盐雾1～3h →干燥3～5h →高润湿4～8h”进行循环试验，对腐蚀不同时间后的试样进行腐蚀失重和形貌观察，确定镀层破坏时间。
本发明所述NaCl溶液的质量浓度为3.5%～5%，pH控制在5.5～7.5。
本发明所述试样预处理具体为：将试样用丙酮除油、酒精清洗、吹干后进行封边。
本发明所述喷盐雾阶段温度为30～40℃；干燥阶段温度为30～35℃，湿度< 40%RH；高润湿阶段温度为55～60 ℃，湿度80%～100%RH。
本发明的有益效果是：
本发明建立在多种模拟海洋大气的试验方法的基础上，通过调整温湿度控制，实现了锌铝镁镀层在海洋大气环境中寿命的快速评价。此外，本发明具有模拟性、加速性和重现性，可以此来研究各种耐蚀性较好的金属镀层在海洋大气环境下腐蚀过程，快速评价和预测镀层的使用寿命，可为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。
附图说明
图1中的（a）为实施例1和对比例1-2的腐蚀失重随时间的变化关系及拟合曲线；（b）为对比例3的腐蚀失重随时间的变化关系及拟合曲线。
图2为实施例2和3的腐蚀失重及拟合曲线。
图3为实施例1腐蚀宏观形貌随试验时间的变化。
图4为对比例4腐蚀宏观形貌随试验时间的变化。
实施方式
本发明建立了一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法，操作如下：
试样准备：试样尺寸均为100mm×50mm×板厚；用丙酮除油，酒精清洗，吹干后放入干燥器备用。
试验过程：配制质量分数为3.5%～5%的NaCl溶液，pH控制在5.5-7.5之间；配制好腐蚀液后，按照“喷盐雾1～3h →干燥3～5h →高润湿4～8h”进行循环试验。其中：喷盐雾阶段温度为30～40 ℃；干燥阶段温度为30～35 ℃，湿度< 40%RH；高润湿阶段温度为55～60 ℃，湿度为80%～100%RH。
去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液。室温下浸泡1～10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。
实施例1
锌铝镁选用ZM275，快速有效评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：配制质量分数为5%的NaCl溶液，pH控制在6.5。按照“喷盐雾2h →干燥4h→高润湿6h”进行循环试验。其中：喷盐雾阶段温度为35℃；干燥阶段为35℃，湿度< 40%RH；高润湿阶段温度为60℃，湿度80% - 100%RH。
对腐蚀7、14、21、28和35 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液，室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图1a-实施例1。
对腐蚀56、63、70和98 d的腐蚀试样进行宏观形貌观察，表面腐蚀情况变化如图2所示。
实施例2
锌铝镁选用ZM275，快速有效评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：配制质量分数为3.5%的NaCl溶液，pH控制在7.5。按照“喷盐雾1h →干燥5 h→高润湿4 h” 进行循环试验。其中：喷盐雾阶段温度为30℃；干燥阶段为35℃，湿度<40%RH；高润湿阶段温度为60℃，湿度80% - 100%RH。
对腐蚀7、14、21、28和35 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液，室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图2-实施例2。
实施例3
锌铝镁选用ZM275，快速有效评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：配制质量分数为4%的NaCl溶液，pH控制在5.5。按照“喷盐雾3h →干燥3h→高润湿8 h” 进行循环试验。其中：喷盐雾阶段温度为40℃；干燥阶段为30℃，湿度< 40%RH；高润湿阶段温度为55℃，湿度80%～100%RH。
对腐蚀7、14、21、28和35 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液，室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图2-实施例3。
对比例1
锌铝镁选用ZM275，评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸均为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：配制质量分数为5%的NaCl溶液，pH控制在6.5。按照“喷盐雾2h →干燥4h →润湿1h→干燥2h →润湿1h →干燥2h”进行循环试验。整个试验过程温度控制在35℃±1℃；湿度控制如下：干燥阶段，湿度< 40%RH；润湿阶段，湿度80% - 100%RH。
对腐蚀7、14、21、28和35 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液。室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图1（a）中的对比例1。
对比例2
锌铝镁选用ZM275，评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸均为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：配制质量分数为5%的NaCl溶液，pH控制在6.5。按照“喷盐雾2h →干燥4h →润湿1h→干燥2h →润湿1h →干燥2h”进行循环试验。其中：喷盐雾阶段，温度35℃；第一干燥阶段，温度35℃，湿度< 40%RH；第一润湿阶段，温度35℃，湿度80% - 100%RH；第二干燥阶段，温度60℃，湿度< 40%RH；第二润湿阶段，温度35℃，湿度80% - 100%RH；第三干燥阶段，温度60℃，湿度< 40%RH。
对腐蚀7、14、21、28和35 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液。室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图1（a）中的对比例2。
对比例3
锌铝镁选用ZM275，评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸均为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后，进行封边、编号和称重。
试验过程：大万宁海洋大气环境中进行实地暴晒试验，样品暴晒地点位于海南省万宁市（110°30′E，18°58′N）。
对腐蚀180、365和730 d的腐蚀试样进行失重分析。去除腐蚀产物时根据ISO8407，除锈液是饱和甘氨酸溶液。室温下浸泡1-10 min，具体时间根据腐蚀产物量来确定，直至除干净为止。腐蚀失重与时间的关系见图1（b）。
从试验循环程序设置中可以看出，实施例1和对比例1、2是保持沉积盐量相同的情况下，改变干燥和润湿时间比及湿度后考察腐蚀失重与时间的关系，结果见图1。
从图1可看出，相较于对比例1和2，实施例1的腐蚀失重随着时间的延长明显增大，且在相同的腐蚀时间，镀层的失效更快。
Zn-Al-Mg镀层的腐蚀失重与腐蚀时间基本呈幂函数规律ΔW=Atn，式中ΔW为单位面积腐蚀失重（g·m-2），t为腐蚀时间（d），A，n为常数。对腐蚀失重数据进行拟合，发现实施例1、对比例1、对比例2及对比例3的拟合相关系数R2分别为0.984、0.981、0.908和0.973，说明实验数据点与拟合曲线符合较好，寿命预测可信度高。从函数变化规律来看，室内加速方法与户外镀层的腐蚀过程规律相一致，从初期腐蚀A值来看，实施例1和户外对比例3更相近，且实施例1中拟合参数n值最大，加速性最快。通过户外与室内函数之比N = ΔW室内 / ΔW户外，可推算出室内相同腐蚀失重时，室内加速时间对应实际的暴晒时间（T户外 = N×T室内）。例如：从图1和2中，室内腐蚀840 h对应的户外大气暴露时间为13651 h，约569天。
综上，本发明方法可有效的加速镀锌铝镁在海洋大气环境中的腐蚀速率，从而实现快速评价锌铝镁镀层使用寿命的预测。
对比例4
锌铝镁选用ZM275，评价其在海洋大气环境中使用寿命的方法如下：
试样准备：试样尺寸均为100mm×50mm×8mm；用丙酮除油、酒精清洗、吹干后备用。
试验过程：配制质量分数为5%的NaCl溶液，pH控制在6.5。按照GB/T 10125进行中性盐雾测试。
对腐蚀56、63、231和294 d的腐蚀试样进行宏观形貌观察，表面腐蚀情况变化如图3所示。
对比图2和图3，可以发现同样厚度的镀锌铝镁层出现红锈的时间不同。本发明方法腐蚀 70 d和中性盐雾试验231 d出现红锈的面积相似；本发明方法腐蚀98 d出现红锈的面积已经远大于中性盐雾试验294 d的红锈面积。说明本发明方法比常规用来评价镀层寿命的GB/T10125中的方法更能快速评价锌铝镁镀层的使用寿命。
Claims (6)
1.一种快速有效评价锌铝镁在海洋大气环境中使用寿命的方法，其特征在于，以锌铝镁镀层钢为试验材料，NaCl溶液为腐蚀介质，试样预处理后按照“喷盐雾1～3h →干燥3～5h →高润湿4～8h”进行循环试验，对腐蚀不同时间后的试样进行腐蚀失重和形貌观察，确定镀层破坏时间。
2.根据权利要求1所述的锌铝镁在模拟海洋大气环境中腐蚀过程的方法，其特征在于，所述NaCl溶液的质量浓度为3.5%～5%，pH控制在5.5～7.5。
3.根据权利要求1所述的锌铝镁在模拟海洋大气环境中腐蚀过程的方法，其特征在于，所述试样预处理具体为：将试样用丙酮除油、酒精清洗、吹干后进行封边。
4.根据权利要求1所述的锌铝镁在模拟海洋大气环境中腐蚀过程的方法，其特征在于，所述喷盐雾阶段温度为30～40 ℃。
5.根据权利要求1所述的锌铝镁在模拟海洋大气环境中腐蚀过程的方法，其特征在于，所述干燥阶段温度为30～35 ℃，湿度< 40%RH。
6.根据权利要求1所述的锌铝镁在模拟海洋大气环境中腐蚀过程的方法，其特征在于，所述高润湿阶段温度为55～60 ℃，湿度80%～100%RH。
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