[科普中国]-盐雾测试

盐雾测试是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。它分为二大类，一类为天然环境暴露试验，另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设备——盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法，造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。

简介腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质。大多数的腐蚀发生在大气环境中，大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。 盐雾对金属材料表面的腐蚀是由于含有的氯离子穿透金属表面的氧化层和防护层与内部金属发生电化学反应引起的。同时，氯离子含有一定的水合能，易被吸附在金属表面的孔隙、裂缝排挤并取代氧化层中的氧，把不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物，使钝化态表面变成活泼表面。

盐雾测试是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。它分为二大类，一类为天然环境暴露试验，另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设备——盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法，造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。它与天然环境相比，其盐雾环境的氯化物的盐浓度，可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，使腐蚀速度大大提高，对产品进行盐雾试验，得出结果的时间也大大缩短。如在天然暴露环境下对某产品样品进行试验，待其腐蚀可能要1年，而在人工模拟盐雾环境条件下试验，只要24小时，即可得到相似的结果1。

分类人工模拟盐雾试验又包括中性盐雾试验、醋酸盐雾试验、铜盐加速醋酸盐雾试验、交变盐雾试验。

中性盐雾试验是出现最早应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法。一般情况下，它采用5%的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围（6.5～7.2）作为喷雾用的溶液。试验温度均取35℃，要求盐雾的沉降率在1～3ml/80cm2.h之间，沉降量一般都是1～2ml/80cm2.h之间。

醋酸盐雾试验是在中性盐雾试验的基础上发展起来的。它是在5%氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的PH值降为3左右，溶液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性。它的腐蚀速度要比NSS试验快3倍左右。

铜盐加速醋酸盐雾试验是国外新近发展起来的一种快速盐雾腐蚀试验，试验温度为50℃，盐溶液中加入少量铜盐—氯化铜，强烈诱发腐蚀。它的腐蚀速度大约是NSS试验的8倍。

交变盐雾试验是一种综合盐雾试验，它实际上是中性盐雾试验加恒定湿热试验。它主要用于空腔型的整机产品，通过潮态环境的渗透，使盐雾腐蚀不但在产品表面产生，也在产品内部产生。它是将产品在盐雾和湿热两种环境条件下交替转换，最后考核整机产品的电性能和机械性能有无变化。

标准盐雾试验标准是对盐雾试验条件，如温度、湿度、氯化钠溶液浓度和PH值等做的明确具体规定，另外还对盐雾试验箱性能提出技术要求。同种产品采用哪种盐雾试验标准要根据盐雾试验的特性和金属的腐蚀速度及对盐雾的敏感程度选择。下面介绍几个盐雾试验标准，如GB/T2423.17—2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Ka：盐雾试验方法》，GB/T2423.18—2000《电工电子产品环境试验 第2部分：试验 试验Kb：盐雾，交变（氯化钠溶液）》，GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法》，GB/T1771—91《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》。

盐雾试验的目的是为了考核产品或金属材料的耐盐雾腐蚀质量，而盐雾试验结果判定正是对产品质量的宣判，它的判定结果是否正确合理，是正确衡量产品或金属抗盐雾腐蚀质量的关键。盐雾试验结果的判定方法有：评级判定法、称重判定法、腐蚀物出现判定法、腐蚀数据统计分析法。评级判定法是把腐蚀面积与总面积之比的百分数按一定的方法划分成几个级别，以某一个级别作为合格判定依据，它适合平板样品进行评价；称重判定法是通过对腐蚀试验前后样品的重量进行称重的方法，计算出受腐蚀损失的重量来对样品耐腐蚀质量进行评判，它特别适用于对某种金属耐腐蚀质量进行考核；腐蚀物出现判定法是一种定性的判定法，它以盐雾腐蚀试验后，产品是否产生腐蚀现象来对样品进行判定，一般产品标准中大多采用此方法；腐蚀数据统计分析方法提供了设计腐蚀试验、分析腐蚀数据、确定腐蚀数据的置信度的方法，它主要用于分析、统计腐蚀情况，而不是具体用于某一具体产品的质量判定1。

技术分析腐蚀危害盐雾腐蚀会破坏金属保护层，使它失去装饰性，降低机械强度；一些电子元器件和电器线路，由于腐蚀而造成电源线路中断，特别是在有振动的环境中，尤为严重；当盐雾降落在绝缘体表面时，将使表面电阻降低；绝缘体吸收盐溶液后，它的体积电阻将降低四个数量级；机械部件或运动部件的活动部位由于腐蚀物的产生，而增加了摩擦力以至造成运动部件被卡死。

腐蚀机理盐雾对金属材料的腐蚀，主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应，形成“低电位金属－电解质溶液－高电位杂质”微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成新的化合物即腐蚀物。金属保护层和有机材料保护层也同样，当作为电解质的盐溶液渗入内部后，便会形成以金属为电极和金属保护层或有机材料为另一电极的微电池。

盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子。它具有很强的穿透本领，容易穿透金属氧化层进入金属内部，破坏金属的钝态。同时，氯离子具有很小的水合能，容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏。

除了氯离子外，盐雾腐蚀机理还受溶解于盐溶液里（实质上是溶解在试样表面的盐液膜）氧的影响。氧能够引起金属表面的去极化过程，加速阳极金属溶解，由于盐雾试验过程中持续喷雾，不断沉降在试样表面上的盐液膜，使含氧量始终保持在接近饱和状态。腐蚀产物的形成，使渗入金属缺陷里的盐溶液的体积膨胀，因此增加了金属的内部应力，引起了应力腐蚀，导致保护层鼓起。

因素影响盐雾试验结果的主要因素包括：试验温湿度、盐溶液的浓度、样品放置角度、盐溶液的pH值、盐雾沉降量和喷雾方式等。

试验温湿度温度和相对湿度影响盐雾的腐蚀作用。金属腐蚀的临界相对湿度大约为70%。当相对湿度达到或超过这个临界湿度时，盐将潮解而形成导电性能良好的电解液。当相对湿度降低，盐溶液浓度将增加直至析出结晶盐，腐蚀速度相应降低。

试验温度越高盐雾腐蚀速度越快。国际电工委员会IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》标准指出：“温度每升高10℃，腐蚀速度提高2～3倍，电解质的导电率增加10～20%”。这是因为温度升高，分子运动加剧，化学反应速度加快的结果。对于中性盐雾试验，大多数学者认为试验温度选在35℃较为恰当。如果试验温度过高，盐雾腐蚀机理与实际情况差别较大。

盐溶液的浓度盐溶液的浓度对腐蚀速度的影响与材料和覆盖层的种类有关。浓度在5%以下时钢、镍、黄铜的腐蚀速度随浓度的增加而增加；当浓度大于5%时，这些金属的腐蚀速度却随着浓度的增加而下降。上述这种现象可以用盐溶液里的氧含量来解释，盐溶液里的氧含量与盐的浓度有关，在低浓度范围内，氧含量随盐浓度的增加而增加，但是，当盐浓度增加到5%时，氧含量达到相对的饱和，如果盐浓度继续增加，氧含量则相应下降。氧含量下降，氧的去极化能力也下降即腐蚀作用减弱。但对于锌、镉、铜等金属，腐蚀速度却始终随着盐溶液浓度的增加而增加。

样品放置角度样品的放置角度对盐雾试验的结果有明显影响。盐雾的沉降方向是接近垂直方向的，样品水平放置时，它的投影面积最大，样品表面承受的盐雾量也最多，因此腐蚀最严重。研究结果表明：钢板与水平线成45度角时，每平方米的腐蚀失重量为250 g，钢板平面与垂直线平行时，腐蚀失重量为每平方米140 g。GB/T2423.17-93标准规定“平板状样品的放置方法，应该使受试面与垂直方向成30度角。”

盐溶液的pH值盐溶液的pH值是影响盐雾试验结果的主要因素之一。pH值越低，溶液中氢离子浓度越高，酸性越强腐蚀性也越强。以Fe/Zn、Fe/Cd、Fe/Cu/Ni/Cr等电镀件的盐雾试验表明，盐溶液的pH值为3.0的醋酸盐雾试验（ASS）的腐蚀性比pH值为6.5～7.2的中性盐雾试验（NSS）严酷1.5～2.0倍。

由于受到环境因素的影响，盐溶液的pH值会发生变化。为此国内外的盐雾试验标准对盐溶液的pH值范围都作了规定，并提出稳定试验过程中盐溶液 pH值的办法，以提高盐雾试验结果的重现性。

影响盐溶液pH值变化的原因和结果

1）引起盐雾试验过程中盐溶液pH值变化的根源主要来自空气中的可溶性物质，这些物质的性质可能不同，有些溶于水里后呈酸性，有些溶于水里后呈碱性；

2）盐雾试验过程中，空气中的可溶性物质溶入盐溶液或从盐溶液里逸出的过程是一个可逆过程。溶入物质会使盐溶液的 pH值降低，而逸出物质会使盐溶液 pH值升高，降低率和升高率相等的同时溶入速度大于逸出速度，将使盐溶液的pH值降低。反之，盐溶液的pH值升高。溶入和逸出速度相等，则pH值不变。

3）影响盐溶液pH值变化的因素很多。例如空气中可溶性物质的性质和含量、压力、空气与盐溶液的接触面积和接触时间等。

a.空气中可溶性物质的性质和含量

空气中含有CO2,SO2,NO2,H2S等，这些气体溶于水则生成酸性物质，使水的pH值降低。空气中也可能存在碱性的尘埃颗粒，这些物质溶于水会使水的pH值升高。

b.大气压力

气体在水中的溶解度与大气压力成正比。0℃时，1atm大气压力下100ml的水中能溶解0.355g CO2，而在2atm大气压力下100ml水能溶解0.670g CO2。当利用压缩空气喷雾时，由于大气压力增加，空气中CO2 等酸性物质的溶解量增加，盐溶液的pH值降低。这个过程与喷雾后受温度下降而使CO2 从盐溶液里逸出的过程恰恰相反。

c.空气与盐溶液的接触面积和接触时间

喷雾使盐溶液变成直径为1～5μm微细颗粒的盐雾。接触面积增加使得气体溶入液体或气体从液体中逸出的量都大大增加。当影响气体溶入液体和气体从液体中逸出的条件（例如压力，温度等）不变时，溶入和逸出速度最终将达到平衡状态。在达到平衡状态以前，随着时间的增加，溶入（或逸出）的量也将增加。

①存放在密闭容器里的盐溶液，其pH值不随存放时间的增加而变化。原因在于没有与空气接触。

②存放在无盖培养皿里的盐溶液，随着气液接触时间的增加，其pH值明显下降。显然是由于与空气有较大的接触面积。

③在含有碱性物质的环境中，无盖容器里的盐溶液的 pH值随着存放时间的增加而升高。

喷雾方式盐雾颗粒越细，所形成的表面积越大，被吸附的氧量越多，腐蚀性也越强。自然界中90%以上盐雾颗粒的直径为1微米以下，研究成果表明：直径1微米的盐雾颗粒表面所吸附的氧量与颗粒内部溶解的氧量是相对平衡的。盐雾颗粒再小，所吸附的氧量也不再增加。

传统的喷雾方法包括气压喷射法和喷塔法，最明显的缺点是盐雾沉降量均匀性较差，盐雾颗粒直径较大。超声雾化法借用超声雾化原理将盐溶液直接雾化成盐雾并通过扩散进入试验区，解决了盐雾沉降量均匀性差的问题，而且盐雾颗粒直径更小。不同的喷雾方法对盐溶液的pH值也会产生影响。

不使用压缩空气的超声雾化法对盐溶液 pH值的影响不大，而利用压缩空气喷雾的气压喷射法和喷塔法，盐溶液的pH值变化明显。

1）超声雾化工作原理

超声雾化工作原理是利用超声波发生器与换能器产生自激振荡，向水中辐射强烈的超声波，超声波通过水和半透膜传递作用于雾化杯内的待雾化盐溶液，使存在于盐溶液中的微气泡在声场作用下起振，当声压达到一定值时，微气泡迅速膨胀然后突然闭合，在微气泡闭合时产生冲击波。这种膨胀、闭合、振荡等一系列动力学过程称为声空化。在声空化作用下液体在气相中分散并在液体表面形成细雾飞逸，细雾在流动气体的带动下，源源不断从雾化杯里流出实现超声雾化。整个过程中只有物理反应，而未发生化学反应。

2）超声雾化法中盐雾沉降量的控制

超声雾化法很容易控制盐雾沉降率，影响盐雾沉降率的因素有：温度、压力、盐溶液浓度、盐雾颗粒直径、雾化速度等。

当其他条件一定时，可以通过调节盐雾颗粒直径来调整盐雾沉降率。超声波频率越高，所产生的盐雾越细，盐雾沉降率就越低。可以通过调节超声波频率来达到控制盐雾沉降率的目的。

雾化速度和超声波的功率密切相关，通过调节超声波发生器的功率来调整盐雾沉降率。从而使单位时间内的沉降速率得到控制。还可以通过调节进入雾化杯进气口的风量来调节盐雾的产出量。当进气量大时，存在于液体中的微气泡将增多，并易于形成更多的细雾，同时因压差增大使盐雾的流速加快，进入试验区的雾量增多。

为了证明超声雾化的可行性和优越性，将进行下列两个试验：

①超声雾化可行性试验

本试验的目的是:(1)超声雾化的盐雾是否发生沉降。⑵ 盐雾沉降率能否控制。⑶盐溶液经雾化后是否发生对试样不利的理化变化。

超声波发生器使雾化杯里的盐液雾化，通过塑料软管扩散进入试验区，随着扩散浓度的增加，盐雾开始发生沉降。试验区盐雾浓度越高，沉降就越快。最终沉降率达到平衡并趋于稳定。超声雾化试验过程中盐溶液浓度、pH值、试验区各点温度等指标均符合盐雾标准要求。

②盐雾沉降均匀性试验

本试验的目的是：证明超声雾化法中盐雾沉降均匀性相对于气压喷射法有明显的改善。与气压喷射法相比，超声雾化法所产生的盐雾颗粒细小均匀，其直径可控制在几微米到20μm之间，一致性好。而气压喷射法产生的盐雾颗粒有粗有细，其直径可达几百微米,在试验区内造成盐雾分布不均匀，并减小了有效的试验区域1。

试验方法1）金属基材的表面电镀及化学镀处理零件，以《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》GB/T10125－97进行

人造气氛腐蚀试验盐雾试验方法：

a. 试验溶液

将化学纯的氯化钠溶于蒸馏水或去离子水中，其浓度为50±5g/L。用酸度计测量溶液的PH值，也可以用经酸度计校对过的精密PH试纸作为日常检测。溶液的PH值，可用化学纯的盐酸或氢氧化钠调整。使试验箱内盐雾收集液的PH值为6.5－7.2。为避免喷嘴堵塞，溶液使用之前必须过滤。

b. 试样

试样的类型、数量、形状和尺寸，应根据被试覆盖层或产品标准的要求而定。若无标准，可同有关方面协商决定。试验前试样必须充分清洗，清洗方法视试样表面状况和污物性质而定。不能使用会浸蚀试样表面的磨料和溶剂。试样洗净后，必须避免沾污。如果试样是从工件上切割下来的，不能损坏切割区附近的覆盖层。除有规定外，必须用适当的覆盖层，如：油漆、石碏或粘结胶带等，对切割区进行保护。

c. 试样放置

试样放在试验箱内，被试面朝上，让盐雾自由沉降在被试面上，被试面不能受到盐雾的直接喷射，试样放置的角度是重要的。平板试样的被试面与垂直方向成15°－30°，并尽可能成20°。表面不规则的试样（如整个工件），也应尽可能接近上述规定。试样不能接触箱体，也不能相互接触。试样之间的距离应不影响盐雾自由降落在被试面上。试样上的液滴不得落在其他试样上。试样支架用玻璃、塑料等材料制造。悬挂试样的材料，不能用金属，须用人造纤维、棉纤维或其他绝缘材料。支架上的液滴不得落在试样上。

d. 试验条件

喷雾箱内温度为35±2℃。盐雾沉降的速度，经24h喷雾后，每个收集的溶液，就80cm而言应为1－2ml/h，含氯化钠浓度为50±10g/L，PH值为6.5－7.2。通过试样区的雾液，不得再使用

e. 试验周期

试验的时间，应按被试覆盖层或产品标准的要求而定；若无标准，可经有关方面协商决定。推荐的试验时间为：2，6，16，24，48，96，240，480，720h。在规定的试验周期内，喷雾不得中断。只有当需短暂观察试样时，才能打开盐雾箱。如果试验终点取决于开始出现腐蚀的时间，试样需要经常检查。因此这些试样不能同已有预定试验周期的试样一起试验。对预定周期的试验，可按上述周期进行检查。但在检查过程中，不能破坏试面。开箱检查试样的时间，应尽可能短。

f. 试验后试样的清洗

试验结束后，取出试样。为减少腐蚀产物的脱落，试样在清洗前，放在室内自然干燥0.5－1h。然后用不高于40℃的清洁流动水轻轻清洗，除去试样表面盐雾溶液的残留物，立即用吹风机吹干。

g. 试验结果的评价

对所测定的试验结果与金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试件和试件评级GB/T6461－2002技术标准、双方协议进行对照，在标准范围内则判合格，反之则判不合格。

2）铝及铝合金阳极氧化零件，以氧化膜的铜加速醋酸盐雾试验（CASS）标准进行

铝及铝合金阳极氧化氧化膜的铜加速醋酸盐雾试验（CASS）方法：

a. 试验溶液

将分析纯的氯化钠溶于蒸馏水或去离子水中，使其浓度为50±5g/L。在此氯化钠溶液中加入分析纯二氯化铜（CuCl2·2H2O），使其浓度为0.26±0.02g/L（0.205±0.015g/L CuCl2）。用分析纯冰醋酸和氢氧化钠将溶液的PH值调至3.0－3.1。PH值应在25℃时用PH计测量，或用精密PH试纸进行日常检测。溶液在使用前必须过滤，以免堵塞喷嘴。

b. 试样（同金属覆盖层 中性盐雾试验（NSS）标准中的b）

c. 试样放置（同金属覆盖层 中性盐雾试验（NSS）标准中的c）

d. 试验条件

喷雾箱内温度为35±2℃。盐雾沉降的速度，经24h喷雾后，每个收集的溶液，就80cm而言应为1－2ml/h，含氯化钠浓度为50±10g/L，PH值为3.0－3.1。通过试样区的雾液，不得再使用。为了比较不同试验室或不同日期的试验条件可用镍板校准。

e. 试验周期

试验的时间，应按被试覆盖层或产品标准的要求而定；若无标准，可经有关方面协商决定。推荐的试验时间为：4、8、16、26、32、40、48、56、64、72h。在规定的试验周期内，喷雾不得中断。只有当需短暂观察试样时，才能打开盐雾箱。

f. 试验后试样的清洗

试验结束后，取出试样。自然干燥0.5－1h，然后用不高于40℃的清洁流动水轻轻清洗，除去试样表面盐雾溶液的残留物，立即将试样用不超过200kpa的压缩空气或吹风机吹干。

g. 试验结果的评价（同金属覆盖层 中性盐雾试验（NSS）标准）

3）试验结果与判断准则

对所测定的试验结果与相关产品的技术标准、双方协议进行对照，在标准范围内则判合格，反之则判不合格。若无特别指定，常规记载仅需考虑如下几方面：

a.试验后的外观；

b.去除腐蚀产物后的外观；

c.腐蚀缺陷如点蚀、裂纹、气泡等的分布和数量；

上述试验结果的评定依GB/T6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》所规定的方法进行评定。

5）试样保存

对做完试验的样应放在试样袋内，并在试样袋上写明试样情况、试验日期等，一般保存六个月以上

试验作用盐雾试验是考核产品或材料抗盐雾腐蚀能力的重要手段，试验结果的科学性、合理性至关重要。影响盐雾试验结果稳定性和一致性的因素很多，要提高盐雾试验结果的有效性，试验技术是关键。因此试验人员不仅需要具备扎实的专业知识和专业技能，还需要丰富的实践经验和对产品的全面了解，从化学和环境工程、材料、结构和工艺等多学科领域去认识盐雾试验，科学合理地表述试验结果，更好地为产品选材、结构设计、工艺选择、产品运输存贮及使用提供有效的信息，提高产品或材料的抗盐雾腐蚀能力1。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学