燈具耐腐蝕能力分析
一、概論
燈飾產(chǎn)品有一些材料的耐腐蝕性較差,尤其是室外燈具的工作環(huán)境比較差,燈具的裝飾性使得其表面要求極其重要。需要采用一定防腐保護措施才能滿足顧客對產(chǎn)品質(zhì)量的需要。因此對燈具產(chǎn)品及其材料的耐大氣和環(huán)境氣候的抗腐蝕性試驗或模擬試驗成了是本行業(yè)關(guān)心的問題。我在這方面作了一些工作和研究,在此將鹽霧試驗的方法或標(biāo)準(zhǔn)對燈裝飾產(chǎn)品表面防腐蝕能力的判斷分析作個總結(jié),以供設(shè)計選材和表面防護處理作參考。
二、腐蝕機理
燈飾產(chǎn)品的工作環(huán)境為大氣和室內(nèi)環(huán)境,條件惡劣的在海洋氣候或海底。大氣腐蝕分干大氣腐蝕;潮大氣腐蝕;濕大氣腐蝕三類。
1,大氣腐蝕的特點
大氣腐蝕的特點是金屬表面處于薄層電解液下的腐蝕過程,其腐蝕機理符合電化學(xué)腐蝕規(guī)律:
當(dāng)金屬表面形成連續(xù)的電解液薄層時,大氣腐蝕的陰極過程為:O2+2H2O+4e→4OH-
陽極過程為:Me- ne→Men+ ;當(dāng)Fe、Zn全部浸入還原性酸液:陰極為氫去極化;在城市污染大氣形成的酸性水膜下:陰極為氧去極化腐蝕.
在薄層液膜下:氧易達到金屬表面生成氧化膜,陽極鈍態(tài),陽極極化;液膜增厚(濕大氣)氧達到金屬表面要有個擴散過程,因此腐蝕受控減緩。
三、銹蝕機理:
大氣腐蝕之銹層處于潮濕條件下,銹層起強氧化劑作用,銹層內(nèi)陽極發(fā)生在金屬的Fe3O4界面上:Fe-2e→ Fe2+;陰極發(fā)生在Fe3O4和FeOOH界面上:6FeOOH+2e→ 2Fe3O4+2H2O+2OH-,銹層參與了陰極過程。
在工業(yè)大氣下,SO2、NO2、H2S和NH3等都增加大氣腐蝕作用。當(dāng)濕度大于70%時,水膜形成,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,腐蝕速度急劇增加;當(dāng)濕度過小于70%濕度時,二氧化硫的電化學(xué)腐蝕速度很小。尤其是鐵、鋅、鎘、鎳不耐硫酸的金屬,在大氣中極容易腐蝕。一般認(rèn)為SO2的腐蝕機理是硫酸鹽穴自催化過程。一旦銹層生成硫酸鹽,銹層便無保護能力。所以碳鋼在室外大氣條件下必須進行保護,方法有防銹漆、鍍Zn、AI等或加入耐大氣腐蝕之合金元素,如Cu、P等使銹層具有很好的保護作用。
2,海水腐蝕特點
海水大約3.5%NaCI溶液,(NaCI,MgCI2,CaSO4,K2SO4,CaCO3,MgBr2)平均電導(dǎo)率為4×10-2S.CM-1,遠(yuǎn)大于河水和雨水。鹽濃度和溫度提高時,氧在海水中的溶解度下降,海水是典型的電解質(zhì)溶液,即電化學(xué)腐蝕特征,除了活潑的Mg及其合金外海水腐蝕過程都是氧去極化過程,腐蝕速度由氧擴散過程控制。多數(shù)金屬鐵、鋼、鋅等,由于CI-濃度高,陽極過程的阻滯作用很小,不易再減小,只有通過增加合金元素鉬來抑制CI-對鈍化膜之破壞作用,來提高其抗腐蝕性。
由于海水電導(dǎo)率大,電阻性阻滯很小,海水腐蝕的宏觀和微觀電池活性都較大,因此海水中異種金屬接觸引起的電偶腐蝕有相當(dāng)大的破壞作用。如艦船和青銅螺旋漿可引起數(shù)十米遠(yuǎn)處鋼船殼體的腐蝕。
四、 耐腐蝕性試驗和抗腐蝕性能的判定
1,耐候性試驗方法
中性鹽霧試驗:5%NaCI溶液,PH=6.5-7.2
乙酸鹽霧試驗:5%NaCI溶液,加入適量冰已酸,PH=3.1-3.3
銅加速乙酸鹽霧試驗:5%NaCI溶液,加入2g/L±0.2g/L的CuCI2.2H2O,PH=3.1-3.3
2,金屬材料及防護層耐候性模擬試驗標(biāo)準(zhǔn)
A)試驗設(shè)備要求:試驗箱材料不腐蝕且不影響試驗結(jié)果;鹽霧不能直接噴到樣品表面;工作空間任何地方的冷凝水不能滴落到樣品上;試驗箱溫度波動為±0.5℃,其均勻度為±2℃。
B)試驗條件的選?。?/span>
試驗溶液酸度:PH=7±0.2
試驗用溶液成分根據(jù)需要可以有四種選擇:
①、3%NaCI溶液;
②、5% NaCI溶液;
③、20%NaCI溶液;
④、人造海水;27g/L NaCI+6g/LMgCI2+1g/LKCI+1g/LCaCI2
C)試驗試驗溫度:35±2℃
D)鹽霧沉降量:1.0-2.0ml/80cm2.h
E)試驗周期可以根據(jù)需要選擇:
①、24小時連續(xù)噴霧,觀察開始出現(xiàn)腐蝕的時間。
②、連續(xù)噴8小時,停16小時,24小時為一個周期,根據(jù)不同產(chǎn)品的作用規(guī)定試驗周期數(shù)。
③、間斷噴8小時(噴泉5分鐘停45分鐘),停16小時,24小時一個周期,根據(jù)不同產(chǎn)品的作用規(guī)定試驗周期數(shù)。
3,漆膜耐鹽霧測定法
按GB1765制作漆板;
試驗溶液:3.5%NaCI溶液,PH=6.1-7.5
試驗箱工作溫度:40±2℃;
噴霧周期:每隔45分鐘噴霧15分鐘。
4,耐腐蝕試驗評定方法
腐蝕試驗結(jié)果通常的評定方法是:外觀及去除表面腐蝕產(chǎn)物后的外觀;點腐蝕、裂紋、氣泡的分布和數(shù)量根據(jù)基體材料性質(zhì)和鍍層來評定,底材為陰極如鋼和鋁合金壓鑄件表面鍍Ni-Cr或Cu-Ni-Cr 按照GB6461進行評級;底材為陽極如鋼鍍鋅和銅鍍錫等到按照GB12335評級;開始腐蝕時間是zui常用的耐腐蝕能力判斷方法;還可以用重量變化、顯微鏡觀察和力學(xué)性能變化來判定耐腐蝕試驗結(jié)果。漆膜耐鹽霧測定按GB1740評級。
各國各行業(yè)不同產(chǎn)品的鹽霧試驗及其結(jié)果的評定標(biāo)準(zhǔn)各不相同,我國有關(guān)鍍層鹽霧試驗的規(guī)定按照附表,其結(jié)果判定分良好、合格和不合格三種:
良好:色澤無變化或輕微變暗;鍍層和基體均無腐蝕。
合格:色澤暗淡,鍍層出現(xiàn)連續(xù)的均勻或不均勻氧化膜;鍍層腐蝕面積小于或等于3%。
不合格:鍍層腐蝕面積大于3%,基體出現(xiàn)銹點。
5,試驗結(jié)果
下面是采用于5%NaCI溶液,PH=6.5-7.2,工作溫度35℃,24小時連續(xù)噴霧的試驗數(shù)據(jù):
此試驗結(jié)果由于數(shù)據(jù)量及試驗樣板的不同一性,只可以定性對比分析不同金屬材料的不同鍍層耐腐蝕性能:鐵質(zhì)材料熱鍍鋅的抗腐蝕性比鍍銅好,鍍鎳較次;銅質(zhì)材料鍍鉻效果比鎳好,化學(xué)處理效果較差;鋁噴粉表面后的耐腐蝕性很好,其抗腐蝕性限于其涂層與基體金屬之間的結(jié)合強度,不宜與鐵銅的電鍍層作對比;鋁陽極化處理后抗腐蝕性能較好。
五、結(jié)論
1,鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)的選取視材料或產(chǎn)品的工作環(huán)境及其材料的腐蝕機理
2,評級方法根據(jù)底材性質(zhì)選擇不同的判定標(biāo)準(zhǔn)
3,燈具產(chǎn)品常用材料耐腐蝕性及提高其抗腐蝕性對策
鐵:形成鐵離子的標(biāo)準(zhǔn)平衡電位是-0.036V,在不穩(wěn)定大氣、天然水和士壤等自然環(huán)境下耐腐蝕性較差。如鐵與鋁、鈦、鋅、鎳比,自然條件下它不耐腐蝕。加入鉻、鎳、鉬、硅對其耐腐蝕性有利。
鑄鐵:普通鑄鐵不耐腐蝕,加入硅、鎳、鉬、鉻、鋁、銅等形成各類耐腐蝕鑄鐵,如高硅鑄鐵耐磷酸腐蝕好但不耐堿腐蝕;高鎳鑄鐵對海洋大氣、海水和中性鹽類水溶液具有很好的耐腐蝕性;低鎳鑄鐵耐堿腐蝕好;高鉻鑄鐵耐中性或弱酸性鹽水腐蝕好,而低鉻鑄鐵適合600℃耐熱鑄件,耐海水和低濃度酸抗腐蝕性好。
低合金鋼:含銅鋼是優(yōu)良的耐大氣腐蝕鋼。在低合金鋼中加入1%和0.5%左右銅時耐腐蝕性增加30%;加入0.4-0.5%鉬,鋼在大氣中耐腐蝕速度下降1/2。鋼耐濃硫酸腐蝕好。
鋁:表面氧化膜作用,在非污染性大氣下耐腐蝕性好。
銅、鎳及其合金:在還原性及非氧化性介質(zhì)中耐腐蝕。
含鉻合金在氧化性溶液中耐腐蝕性好。
不銹鋼:耐大氣、海洋大氣腐蝕,也耐士壤腐蝕。
塑料:未能對塑料產(chǎn)品進行耐蝕性試驗,但據(jù)資料記載:聚氯已烯耐熱耐光性差,使用溫度小于50℃,一般作電線絕緣層;聚已烯耐酸堿鹽腐蝕性比聚氯已烯好,常用作薄膜和電纜包覆層;聚丙烯強度高且重量輕,耐腐蝕性差,-10℃變脆;氟塑料耐高溫和強腐蝕,但價格高,適用于宇航和飛機方面。
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