LF-8160-腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)-Q-Lab

1、0618-FLELICTRALAICNHCET腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)：十幾年研究驗(yàn)證了這一理念J Quill, J Gauntner, S Fowler和J ReganQ-Lab Corporation, 800 Canterbury Road, Cleveland, Ohio 44145, USA （美國俄亥俄州克利夫蘭市）當(dāng)涂層受紫外光照射質(zhì)量下降時(shí)，常常更加不耐腐蝕。上世紀(jì)九十年代初， ISO 和 ASTM 就規(guī)范了腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法。當(dāng)前，該方法仍被視為確定工業(yè)維護(hù)涂層有效性的最有效的試驗(yàn)方法。本文回顧了不同工業(yè)維護(hù)涂層系統(tǒng)目前進(jìn)行該試驗(yàn)的結(jié)果，包括較低揮發(fā)性有機(jī)化合物涂層，如

2、水性丙烯酸涂層和硅基涂層。此外，一些行業(yè)專家針對腐蝕 / 老化試驗(yàn)提出了他們的見解，同時(shí)推薦針對特殊應(yīng)用而開發(fā)改進(jìn)的試驗(yàn)循環(huán)。背景腐蝕加速試驗(yàn)是用于測試耐腐蝕性能的優(yōu)選方法。在加速試驗(yàn)中，相比運(yùn)行環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室暴露條件與實(shí)際環(huán)境越接近，得到的數(shù)據(jù)則越有用。傳統(tǒng)的、應(yīng)用最廣泛的腐蝕加速方法是鹽霧法，即在35°C下連續(xù)噴灑 5%的鹽溶液。該試驗(yàn)（ASTMB117）在 1914 年左右首次應(yīng)用于腐蝕試驗(yàn)。即使長期以來人們都知道傳統(tǒng)鹽霧法不能最大程度的模擬運(yùn)行環(huán)境，然而在很多材料規(guī)范中它都被列為必備試驗(yàn)方法。上世紀(jì)六十年代初，工程師和科學(xué)家們就嘗試建立循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法，以更準(zhǔn)確地預(yù)估出材料的腐

3、蝕性。相比傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)暴露方法，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)更具有現(xiàn)實(shí)意義。由于實(shí)際暴露環(huán)境通常包括潮濕和干燥兩種條件，因此應(yīng)在這些自然循環(huán)條件試驗(yàn)后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)。研究證明，采用循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，其相對腐蝕率、結(jié)構(gòu)和形態(tài)與戶外更接近。因此，相比傳統(tǒng)的鹽霧試驗(yàn)，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)通常與戶外環(huán)境具有更好的相關(guān)性。 A目前已設(shè)計(jì)開發(fā)出多種不同的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法。簡單循環(huán)法（如Prohesion ，該方法尤其適用于測定工業(yè)維護(hù)涂層）包括鹽霧和干燥條件之間的循環(huán)。更精密的方法則需要采用包含多個(gè)步驟的循環(huán)，除鹽霧和干燥外，還包括靜置、潮濕、飽和濕度或其它條件。這些試驗(yàn)均采用潮濕/ 干燥循環(huán)，以開發(fā)模擬更接近戶外循環(huán)條件的實(shí)驗(yàn)

4、室條件。腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法是循環(huán)試驗(yàn)的一種，由SherwinWilliams 公司的研究人員于上世紀(jì)八十年代開發(fā)出，用于檢測工業(yè)維護(hù)涂層。腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)Sherwin Williams研究人員通過 Prohesion 試驗(yàn)研究三種涂層系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在多個(gè)涂層作用時(shí)Prohesion 本身并不會(huì)將不同類別進(jìn)行區(qū)別（醇酸（鉻酸鋅抑制劑） 醇酸外涂層；丙烯酸乳膠（偏硼酸鋇抑制劑） 丙烯酸乳膠外涂層；環(huán)氧聚酰胺（磷酸鋅抑制劑） 環(huán)氧聚酰胺外涂層）。B理論上，隨著紫外光曝曬涂層質(zhì)量下降，會(huì)降低耐腐蝕性能，因此開發(fā)設(shè)計(jì)出新的腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)方法。新的試驗(yàn)方法綜合了 Prohesion （

5、ASTM G85 ）和 QUV ? 紫外光曝曬兩種試驗(yàn)法（ ASTM G154 ）。在進(jìn)行了新的循環(huán)腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)后，三個(gè)涂層系統(tǒng)的性能排序與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的排序保持一致（見表 1 ）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，相比僅使用 Prohesion 法或傳統(tǒng)鹽霧法，產(chǎn)品的總腐蝕率和形態(tài)與戶外情況更加接近。Sherwin Williams的研究員 Brian Skerry 總結(jié)認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)的排序結(jié)果與戶外的排序結(jié)果最為接近。但也不難推斷出，曝曬溫度、試驗(yàn)時(shí)間和循環(huán)順序最好與最終應(yīng)用環(huán)境的相同。C, DISO 11997 -1&2曝曬條件排序（最好到最差）戶外 海洋環(huán)境乳膠>醇酸樹脂

6、 > 環(huán)氧戶外 工業(yè)環(huán)境乳膠=醇酸樹脂 > 環(huán)氧傳統(tǒng)鹽霧方法環(huán)氧> 醇酸樹脂 > 乳膠Prohesion 方法乳膠 =醇酸樹脂 = 環(huán)氧腐蝕與加速老化綜合試乳膠>醇酸樹脂 > 環(huán)氧驗(yàn)方法表1:Sherwin Williams 戶外與實(shí)驗(yàn)室曝曬的排序關(guān)系腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)包括一周的 Prohesion 試驗(yàn)和一周的 QUV 加速老化試驗(yàn)交替進(jìn)行，試驗(yàn)條件如表2所述。一般試驗(yàn)持續(xù)約 2000 小時(shí)。腐蝕循環(huán)（ 1QUV 循環(huán)周， Q-FOG ?（1周）CCT 試驗(yàn)箱）在25°C（或室60 °C下，UVA-340 燈管

7、，溫）下噴霧 1小時(shí)紫外光曝曬 4個(gè)試驗(yàn)循環(huán)小時(shí)35 °C下干燥 1個(gè)小時(shí)*50 °C下冷凝 4個(gè)小時(shí)（純水）* 通過往試驗(yàn)箱Prohesion 電解溶內(nèi)輸送新鮮空液： 0.05% 氯化氣，來進(jìn)行干鈉 +0.35% 硫酸銨試驗(yàn)條件溶液酸度： pH燥，這樣在 3至4說明5.0 - 5.4個(gè)小時(shí)內(nèi)，樣品上所有可見的水典型時(shí)長： 2,000滴均可烘干。小時(shí)表2：腐蝕與加速老化試驗(yàn)循環(huán)的試驗(yàn)條件隨著時(shí)間的推移，證明腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)可對水性涂層的性能進(jìn)行有效等級評估。該新方法應(yīng)用于上世紀(jì)九十年代中期（和 ASTM D5894 ）。顏色和光澤保持率均在A STM D5894

8、標(biāo)準(zhǔn)中有所說明。驗(yàn)證腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)克利夫蘭涂層學(xué)會(huì)（CCS ）、鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(huì)（ SSPC ）和幾家制造商已對腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)進(jìn)行了深入研究。研究已證明，（相比其它加速腐蝕試驗(yàn)）該試驗(yàn)方法可更真實(shí)模擬表面形態(tài)劣化、腐蝕產(chǎn)品形成和相對涂層性能。采用綜合試驗(yàn)法得出的試驗(yàn)結(jié)果與戶外評估結(jié)果更接近（見表 3）。鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會(huì)（ SSPC ）對 15 個(gè)不同的系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，包括醇酸、丙烯酸、環(huán)氧和聚氨酯橡膠。 SSPC 比較了腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)、傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)、采用 5% 氯化鈉溶液的循環(huán)鹽霧試驗(yàn)、 Prohesion 試驗(yàn)和兩種循環(huán)浸漬試驗(yàn)的結(jié)果與戶外腐蝕的結(jié)果（ 31 個(gè)月

9、）。與惡劣海洋環(huán)境的關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法系數(shù)傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)0.11Prohesion 試驗(yàn)0.07循環(huán)浸漬試驗(yàn)0.48循環(huán)浸漬與紫外光照綜合試驗(yàn)0.61腐蝕與加速老化綜合0.71試驗(yàn)表3：不同試驗(yàn)循環(huán)和實(shí)際海洋環(huán)境的相關(guān)性SSPC 研究確認(rèn)，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)可提供與惡劣戶外海洋暴露條件最一致的環(huán)境。E, F克利夫蘭涂層技術(shù)學(xué)會(huì)（CSCT ）研究了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)與惡劣戶外運(yùn)行環(huán)境的相關(guān)性。研究的加速試驗(yàn)包括鹽霧（ASTM B117 ）、潮濕 - 干燥循環(huán)（ 5% 鹽溶液）、 Prohesion 和腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)。戶外試驗(yàn)場包括新澤西州、北卡羅萊納州海岸、佛羅里達(dá)州、加利福尼亞內(nèi)

10、陸、加利福尼亞海岸、俄亥俄州、密蘇里州以及俄勒岡州。試驗(yàn)樣品是以冷軋鋼為底板的9 種涂層。評估方法包括常用于評估漏電、生銹、起泡、絲狀腐蝕和鏡面光澤的 ASTM 評估法。用 Spearman 相關(guān)系數(shù)來比較戶外結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。2比較起泡和表面生銹程度時(shí)，CSCT 發(fā)現(xiàn) ASTMB117 鹽霧法與戶外環(huán)境相關(guān)性不大。采用5% 氯化鈉溶液的潮濕 - 干燥試驗(yàn)法比B117 鹽霧法的相關(guān)性稍好。腐蝕與加速老化綜合法與大多數(shù)戶外試驗(yàn)場的相關(guān)性較好。 G美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)（ AASHTO ）進(jìn)行 15個(gè)腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)循環(huán)，對專用于鋼鐵表面（如橋梁）的富鋅底漆的涂層系統(tǒng)進(jìn)行評估。如Corbet

11、t 所說：“ ASTM B117 更常被稱作“鹽霧”法，是腐蝕試驗(yàn)公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有些人認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)已過時(shí)，而傾向于使用ASTM D5894 標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D5894 是綜合腐蝕試驗(yàn)和紫外光暴露試驗(yàn)的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)法，該方法與現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境條件更接近?！?H腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法修改由于在加速的形式下模擬大氣腐蝕， ASTM D5894 一般公認(rèn)為是傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)（ B117）的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。然而很少有一個(gè)試驗(yàn)就能充分展示出在復(fù)雜環(huán)境中（內(nèi)陸煉油廠）使用的涂層特點(diǎn)?！皩⒂幸饬x的試驗(yàn)方案綜合起來的第一步是定義涂層工作的環(huán)境?！?I多年來，許多研究人員對腐蝕與加速老化循環(huán)法進(jìn)行修改，以適用于特定材料或應(yīng)

12、用。以下為幾個(gè)相關(guān)示例：荒漠工業(yè)環(huán)境是非常特殊的一種情況。實(shí)踐證明，在科威特等工業(yè)區(qū)的條件下，涂層劣化似乎比開發(fā)大部分涂層的西方國家更迅速。在11個(gè)工業(yè)涂層系統(tǒng)的研究中，將來自科威特工業(yè)地帶的五個(gè)區(qū)域的兩年半的數(shù)據(jù)與主要工業(yè)環(huán)境條件的相關(guān)涂層性能進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)包括對較早期腐蝕與加速老化試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行修改等。采用了不同的循環(huán)和方案，以便更好地模擬科威特的工業(yè)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)綜合了采用5% 氯化鈉和 3000ppm 硫酸溶液進(jìn)行 100 小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)，然后室溫下干燥 16小時(shí)，再在 60°C下的 QUV 條件下暴露 12小時(shí)，最后在 40°C下冷凝 12 小時(shí)。研究人員發(fā)

13、現(xiàn)該試驗(yàn)循環(huán)可提供與科威特工業(yè)環(huán)境極為相關(guān)的條件。J國際集裝箱出租商協(xié)會(huì)（ IICL ）針對集裝箱涂層已采用腐蝕與加速老化綜合循環(huán)試驗(yàn)的更新版本進(jìn)行試驗(yàn)。由于集裝箱需要在海上運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，從而增加了腐蝕的潮濕時(shí)間（試驗(yàn)規(guī)定在 30°C下噴霧 4小時(shí)，在 40°C下干燥 2小時(shí)）。 K美國聯(lián)邦公路管理局發(fā)現(xiàn) ASTM D5894 標(biāo)準(zhǔn)的“邏輯試驗(yàn)方法”是針對較熱氣候的，從而制定出了針對較冷氣候的包含冷凍 / 融化循環(huán)的改進(jìn)版暴露程序。其變更包括測試橋梁涂層的機(jī)械應(yīng)力和考慮了熱循環(huán)。進(jìn)行紫外光和連續(xù)冷凝的循環(huán)后進(jìn)入低溫期，最后再進(jìn)行鹽霧和干燥循環(huán)。該循環(huán)條件參見法國標(biāo)準(zhǔn) NF T

14、 346001997的附錄 B。 LRohm 和 Haas 對 ASTM D5894 試驗(yàn)稍加修改，采用較低的冷凝和紫外光暴露溫度。針對其涂層， Rohm 和 Hass “發(fā)現(xiàn)該循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果與戶外暴露的結(jié)果更接近?！?M, N結(jié)論在其制定了 20 年后，工業(yè)專家仍一致認(rèn)為，腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法是測試易受光照影響發(fā)生退化的涂層耐腐蝕性的最佳方式。該方法已經(jīng)過一系列的相關(guān)加速和戶外試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。 O研究人員通過修改 ASTM 和 ISO 中的原方法，加入酸性溶液、進(jìn)行冷凍 / 融化循環(huán)和其它調(diào)整，開發(fā)出與產(chǎn)品的最終使用環(huán)境更接近的條件，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了成功驗(yàn)證。Sherwin Willia

15、ms公司的 Skerry對此進(jìn)行了最好的總結(jié)：“雖然強(qiáng)烈推薦（腐蝕與加速老化綜合試驗(yàn)法），但這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法并不是萬靈藥。性能關(guān)聯(lián)性的量化、試驗(yàn)循環(huán)條件以及試驗(yàn)時(shí)長因素優(yōu)化方面，還有待進(jìn)一步改善。盡管如此，該方法仍是目前最可行的試驗(yàn)方法。它提供了多種可能性，使我們能針對特定用戶需求進(jìn)行客觀化修改?！盤鳴謝特別感謝 Gary Cornell對本文的大力協(xié)助。3N Campbell, C, Procopio, L, The Performance of Waterborne Acrylic Coatings in Accelerated T esting Environ- Protocol.Refer

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