一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法与流程

[0001]
本发明涉及金属腐蚀技术领域，具体而言，涉及一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法。


背景技术：

[0002]
我国南方地区，尤其是广东、广西、贵州等省份的全年平均温度都在20℃以上，潮湿多雨，且随着现代化发展，工业排放、汽车尾气等方面对大气环境的影响越来越大，导致电网设备金属材料的腐蚀情况愈发严重。而我国的输电线路杆塔多采用热镀锌防腐处理，作为一种经济高效且已高度工业化的表面防护技术，热浸镀锌层的大气腐蚀是普遍存在的，且影响因素较多；因此镀锌钢的大气腐蚀防护研究日益引起科研工作者更广泛的注意和重视。
[0003]
大气环境下的腐蚀问题是一个长期的过程，所以在研究金属材料的腐蚀数据或腐蚀特性时，通常采用室内加速腐蚀试验方法，可以加速试验进程，更快速的获得材料的腐蚀数据和机理，通常采用的室内加速试验—盐雾试验(gb/t 19355.1锌覆盖层钢铁结构防腐蚀的指南和建议第1部分：设计与防腐蚀的基本原则)不能用于准确测试锌覆盖层钢在大气环境下的腐蚀，其腐蚀机理不适用；如果没有一个合适的干/湿循环，锌层无法形成氧化层，缺少氧化层，金属锌受到不断地侵蚀，预测得到的锌覆盖层使用寿命非常低，从而影响热镀锌加速腐蚀的试验结果。
[0004]
申请号cn2014103366132的中国专利公开了一种工业大气环境下镀锌钢镀层的腐蚀模拟方法和耐蚀性评价方法，模拟工业大气腐蚀介质的喷雾液组成为：nahso
3 10.41g/l，nacl 0.585g/l，其余为蒸馏水；采用喷雾/干燥循环腐蚀模拟工业大气腐蚀过程。该发明可用来模拟工业大气腐蚀过程，具有模拟性、加速性和重现性，可用于快速评价镀锌层在工业大气环境下的耐蚀性，为合理选用镀锌防护以及预测其保护寿命提供依据。但是该发明的腐蚀模拟方法仍不适用于评价普通大气环境下镀锌钢板的腐蚀性能。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，其针对南方高温高湿、潮湿多雨的气候特点，考虑环境对大气腐蚀的影响，有效的模拟镀锌钢在南方高温高湿环境下的腐蚀环境，具有较高的准确性、加速性和重现性。
[0006]
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
[0007]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0008]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，以进行耐腐蚀性能试验；
[0009]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，以进行耐腐蚀性能试验；
[0010]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环试验后，经清洗、干燥后进行耐腐蚀性能评价。
[0011]
进一步地，所述步骤s1中低温环境阶段为：温度0～10℃，湿度70～80rh％；高温环境阶段为：温度40～50℃，湿度为40～50rh％。
[0012]
进一步地，所述步骤s1中一个试验周期为10～16h，其中低温环境阶段试验4～6h，高温环境阶段试验6～10h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验。
[0013]
进一步地，所述步骤s2中使用酸性盐溶液模拟雨季环境，酸性盐溶液包括：浓度为1.5～2.0g/l的nahso3，质量分数为5～7％的nacl，酸性盐溶液的ph为1.5～5；酸性盐溶液温度为10～25℃。
[0014]
在试验过程中充分考虑了工业对大气环境污染的影响，镀锌钢板暴露在含有so2的工业环境环境中时，so2会逐渐被镀锌钢板表面的薄液膜吸附形成亚硫酸盐(hso
3-)，促使材料腐蚀；因此，本发明在试验中加入nahso3以模拟so2的影响。
[0015]
进一步地，所述步骤s2中模拟非雨季环境的干燥温度为35～50℃，湿度为40～50rh％。
[0016]
进一步地，所述步骤s2中一个试验周期为10～16h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验5～8h，模拟非雨季环境试验5～8h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验。
[0017]
进一步地，所述步骤s3中的a阶段试验和b阶段试验交替循环进行试验20～40次。
[0018]
进一步地，所述步骤s2中镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm。
[0019]
进一步地，所述步骤s3中使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0020]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0021]
1.本发明采用高低温、湿度交变循环并结合浸润-干燥循环，模拟南方高温高湿，且受环境污染的大气环境；通过a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变试验；通过b阶段，模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥试验；通过a阶段和b阶段的交替循环试验以模拟交替变换的日常大气环境，该试验方法具有模拟性、加速性和重现性，以便适用于评价南方大气环境下镀锌钢板的耐腐蚀性能。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]
图1为本发明试验例2提供的试样c、d经实施例1的方法试验完成后的示意图；
[0024]
图2为本发明试验例4提供的试样c、d经实施例3的方法试验完成后的扫描电子显微镜(sem)图；
[0025]
图3为本发明实验例5提供的试样c、d经实施例3的方法试验完成后的xrd分析图。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规金具。
[0027]
下面对本发明实施例提供的一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法及其制备方法进行具体说明。
[0028]
实施例1
[0029]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0030]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度5℃，湿度72rh％；高温环境阶段为：温度46℃，湿度为47rh％；一个试验周期为10h，其中低温环境阶段试验5h，高温环境阶段试验5h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0031]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为1.5g/l的nahso3，质量分数为7％的nacl，酸性盐溶液的ph为5；酸性盐溶液温度为10℃；模拟非雨季环境的干燥温度为35℃，湿度为50rh％；一个试验周期为16h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验8h，模拟非雨季环境试验8h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0032]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环20次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0033]
实施例2
[0034]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0035]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度0℃，湿度75rh％；高温环境阶段为：温度40℃，湿度为50rh％；一个试验周期为12h，其中低温环境阶段试验6h，高温环境阶段试验6h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0036]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为1.8g/l的nahso3，质量分数为6.5％的nacl，酸性盐溶液的ph为3；酸性盐溶液温度为12℃；模拟非雨季环境的干燥温度为36℃，湿度为48rh％；一个试验周期为10h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验5h，模拟非雨季环境试验5h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0037]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环40次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0038]
实施例3
[0039]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0040]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度2℃，湿度80rh％；高温环境阶段为：温度44℃，湿度为45rh％；一个试验周期为12h，其中低温环境阶段试验5h，高温环境阶段试验7h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0041]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为1.7g/l的nahso3，质量分数为6％的nacl，酸性盐溶液的ph为2；酸性盐溶液温度为22℃；模拟非雨季环境的干燥温度为40℃，湿度为45rh％；一个试验周期为12h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验6h，模拟非雨季环境试验6h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0042]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环40次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0043]
实施例4
[0044]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0045]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度4℃，湿度76rh％；高温环境阶段为：温度42℃，湿度为43rh％；一个试验周期为13h，其中低温环境阶段试验5h，高温环境阶段试验8h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0046]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为1.9g/l的nahso3，质量分数为5.5％的nacl，酸性盐溶液的ph为4；酸性盐溶液温度为20℃；模拟非雨季环境的干燥温度为45℃，湿度为42rh％；一个试验周期为14h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验7h，模拟非雨季环境试验7h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0047]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环30次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0048]
实施例5
[0049]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0050]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度10℃，湿度78rh％；高温环境阶段为：温度50℃，湿度为40rh％；一个试验周期为12h，其中低温环境阶段试验6h，高温环境阶段试验6h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0051]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季
环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为2.0g/l的nahso3，质量分数为5％的nacl，酸性盐溶液的ph为1.5；酸性盐溶液温度为15℃；模拟非雨季环境的干燥温度为48℃，湿度为41rh％；一个试验周期为12h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验6h，模拟非雨季环境试验6h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0052]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环20次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0053]
实施例6
[0054]
一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0055]
s1：a阶段：模拟日夜温度湿度变化的高低温湿度交变环境，低温环境阶段为：温度8℃，湿度70rh％；高温环境阶段为：温度47℃，湿度为49rh％；一个试验周期为14h，其中低温环境阶段试验5h，高温环境阶段试验9h，依次完成低温环境阶段试验和高温环境阶段试验一个试验周期即完成a阶段试验；
[0056]
s2：b阶段：模拟雨季与非雨季交替的浸润与干燥环境，使用酸性盐溶液模拟雨季环境，镀锌钢板试样最上端应位于酸性盐溶液液面以下至少10mm；酸性盐溶液包括：浓度为1.6g/l的nahso3，质量分数为5.8％的nacl，酸性盐溶液的ph为1.8；酸性盐溶液温度为25℃；模拟非雨季环境的干燥温度为50℃，湿度为40rh％；一个试验周期为14h，其中浸入酸性盐溶液中模拟雨季环境试验6h，模拟非雨季环境试验8h，依次完成模拟雨季环境试验和模拟非雨季环境试验一个试验周期即完成b阶段试验；
[0057]
s3：镀锌钢板试样经过s1和s2的a阶段试验和b阶段试验交替循环30次试验后，使用有机溶剂进行清洗镀锌钢板试样表面，有机溶剂为分析纯丙酮或酒精；对镀锌钢板试样表面进行清洗、干燥处理后，进行腐蚀性观察、腐蚀速率计算、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物检测，以进行耐腐蚀性能评价。
[0058]
对比例1
[0059]
本对比例提供了一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0060]
将试样浸泡于盐雾箱内进行盐雾试验；盐溶液中nahso3浓度为1.8g/l，ph为2，温度为25℃。
[0061]
对比例2
[0062]
本对比例提供了一种模拟环境对镀锌钢板耐腐蚀性能的试验方法，包括以下步骤：
[0063]
将试样通过喷雾和干燥交替试验；其中喷雾液为：nahso310.41g/l，nacl 0.585g/l，其余为蒸馏水；其中喷雾和干燥的温度均为35℃，喷雾过程的相对湿度为100％，干燥过程的相对湿度为20％以下。一个循环周期为12h，其中喷雾过程4h，干燥过程8h。
[0064]
镀锌钢板试验样品准备：
[0065]
分别取大小相同的由甲厂、乙厂、丙厂和丁厂提供的试样a、试样b、试样c和试样d；由甲厂提供的不同批次的试样e和试样f。
[0066]
试验例1
[0067]
将试样a、b均通过实施例5，通过对比例1的方法试验240h，通过对比例1的方法试验20个循环周期，对试验完成的镀锌钢板试样表面进行观察，结果如表1所示。
[0068]
表1镀锌钢板腐蚀性
[0069][0070]
从表1中可知，本试验例的试验时间均为240h，本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法可以更准确、快速的测试镀锌钢板的腐蚀性，可以评判出试样a的耐腐蚀性能比试样b的耐腐蚀性能强；本发明的方法具有较好的模拟性、加速性和腐蚀性。
[0071]
试验例2
[0072]
将试样c、d均通过实施例1的方法试验完成，对试验完成的镀锌钢板试样表面进行观察并拍摄图片，结果如图1所示。
[0073]
由图1可看出，试样c已经完全失去银白色的金属光泽，但是每个腐蚀点较小；试样d已发生严重的腐蚀现象，出现大片腐蚀点；则可以评判出试样c的耐腐蚀性能比试样d的耐腐蚀性能强；本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法的加速腐蚀效果明显，易于观察和比较分析。
[0074]
试验例3
[0075]
将试样a～f均通过实施例1～6的方法试验完成，依次记作a1～f6；通过对比例1的方法试验480h，通过对比例1的方法试验40个循环周期，依次记作a7～f8；对试验完成的镀锌钢板试样表面的腐蚀点进行计算腐蚀速率；计算公式为：
[0076][0077]
式中：
[0078]
v-试样腐蚀速率，μm/a；
[0079]
δw-试样失重，g；
[0080]
ρ-金属材料密度，g.cm-3
；
[0081]
a-试样面积，cm2；
[0082]
t-试验周期，h。
[0083]
计算得到各试样的腐蚀速率如表2所示。
[0084]
表2腐蚀速率(mm/a)
[0085]
[0086]
[0087][0088]
从表2中可知，试样b、d的腐蚀速率较高，本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法测试各试样的腐蚀速率可以评判耐腐蚀性为：f＞a＞e＞c＞d＞b，而对比例1仅采用盐雾法，对比例2仅采用干湿交替法；对比例1和对比例2的方法对试样试验并测试腐蚀速率，准确度不高，不易对各试样的耐腐蚀性进行评判；本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法的准确度、重现性较高，易对不同试样的耐腐蚀性进行评判。
[0089]
试验例4
[0090]
将试样c、d均通过实施例3的方法试验完成，对试样c、d表面通过扫描电子显微镜(sem)观察镀锌层的表面形貌；结果如图2所示。
[0091]
由图2可看出，试样c表面产生的腐蚀产物较少，且腐蚀产物层表面较均匀平整；试样d表面产生大量的腐蚀产物，腐蚀产物比较致密，腐蚀产物呈针状，聚集在一起，密集的连成一片，且呈不规则形状分布，腐蚀产物层表面也不均匀平整。则可以评判出试样c的耐腐蚀性能比试样d的耐腐蚀性能强；本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法的加速腐
蚀效果明显，易于观察和比较分析。
[0092]
试验例5
[0093]
将试样c、d均通过实施例3的方法试验完成，对试样c、d表面产生的腐蚀物质进行xrd分析；结果如图3所示。
[0094]
由图3可看出，试样c、d表面的主要腐蚀产物为nazn4(so4)cl(oh)6·
6h2o和zn5(oh)8c
l2
·
h2o。这两种腐蚀产物的衍射峰很尖很突出，与标准图谱中的三强峰对应的很好。采用发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法，最终获得的腐蚀产物与实际暴露于大气环境中的腐蚀产物相近。则证明本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法具有较高的准确性和重现性。
[0095]
综上，本发明采用高温低温循环结合干湿循环的方法，具有较高的准确性、重现性，可以准确、快速的测试镀锌钢板的腐蚀性；且加速腐蚀效果明显，易于观察和比较分析。
[0096]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。