前言
通常廠商為了確保產品的品質跟性能,在研發出新產品之前都會通過重重測試。產品上的金屬零件也是一樣,廠商必須知道自己製造的產品暴露於大氣或其它環境中是否會、多久會發生腐蝕。
想要知道這點,可以選擇把產品在使用環境下放置足夠長的時間,但這種方式的時長太不固定,且耗時費力,付出的時間、人力成本都太高,因此現在大多會以鹽霧測試來評估產品的抗腐蝕性。
鹽霧測試是什麼?
鹽霧測試,又名鹽水噴霧試驗法(Salt Spray Test, SST, 簡稱鹽霧試驗),一種以人為控制加速抗腐蝕評估的方法。將一定濃度的鹽水霧化,噴在一個密閉的恆溫箱內,通過觀察樣品在箱內放置一段時間後的變化,來反映樣品的抗腐蝕性,整個測試流程只需要幾天甚至幾小時。
為什麼要做鹽霧測試?
由於鹽霧腐蝕會對金屬的保護層造成損害,使其失去裝飾性與保護性,甚至造成一些機械內部金屬元件腐蝕,同時當絕緣體表面覆蓋鹽霧時,可能會有表面電阻降低,影響絕緣性能的後果,以上情況都很有可能導致整台機械短路、報廢。
而鹽霧測試的目的就在於短期內全面評估產品的抗腐蝕性能,其中尤以針對金屬及合金、金屬覆蓋層(如電鍍、化學鍍、離子鍍、噴鍍、熱浸鍍、化學氣相沈積等)、有機覆蓋層(如油漆、清漆、粉末噴塗、防鏽油等),預防因腐蝕而引起的各種損害,確保產品在實際應用中的可靠性和使用壽命。鹽霧測試廣泛,適用於各產業,包含汽車、油漆/塗料、航太、家用電器、海洋船舶、高精密研究室、實驗器材等。
鹽霧測試怎麼做?
由於鹽霧測試是用於考核產品或金屬材料在使用環境下的耐腐蝕性能,試驗環境的營造特別重要,須比照實際使用環境。一般來說有兩種做法,分別為「天然環境暴露試驗」和「人工加速模擬鹽霧環境試驗」。
1.天然環境暴露試驗
天然環境暴露試驗由於耗時長,且因天然環境當中各種變因過多,難以控制,因此這種試驗通常只用於一些特定產品或實地研究。
特點:
在實際自然環境中進行的試驗,將產品或材料暴露於自然風化和氛圍中。
時間:
由於受制於自然環境的變化,進行完整的天然環境暴露試驗可能需要較長的時間,甚至長達數月至一年。
2. 人工加速模擬鹽霧環境試驗
大多數人所提及的鹽霧測試,指的就是這種人工模擬環境試驗。
人工模擬環境中的氯化物濃度通常遠高於天然環境, 鹽霧試驗機使用的鹽水溶液通常是5%的氯化鈉水溶液,在攝氏35度的密封試驗箱內,將水溶液霧化,平均散佈於箱中,模擬出高濕度和高氯離子濃度的環境,能夠更迅速地獲得評估結果,提高效率,廣泛應用於各種產品的品質控制和耐腐蝕性能評估。
特點:
通過專門的塔式氣流噴霧裝置,在鹽霧試驗箱中,創造一個均勻散布的鹽霧環境,這樣可以模擬海洋或其他環境中的腐蝕條件,使試驗者能夠在較短的時間內評估材料的耐腐蝕性能。
時間:
由於較嚴格的控制變因,且腐蝕速度加快,使測試結果的時間縮短,天然環境測試下需要一年才能完成的試驗,在人工模擬之下,透過控制鹽水溶液濃度,只需要一天就能有相似的測試結果。
鹽霧測試三大方法
在各種環境的模擬之下,鹽霧測試也出現了不同的分支:
1.中性鹽霧試驗 (NSS:Neutral Salt Spray Test)
是出現最早、應用領域最廣的試驗方法。將純水加入5%氯化鈉後,加溫噴霧至測試箱。
氯化鈉濃度5%(g/L) | 40~60 |
PH | 6.5-7.2 |
壓縮空氣壓力(kgf/cm2) | 1.00±0.01 |
噴霧量(ml/80cm2 /h) | 1.0~2.0 |
壓力桶溫度(℃) | 47±1 |
鹽水桶溫度(℃) | 35±1 |
試驗室溫度(℃) | 35±1 |
試驗室濕度 | 85%以上 |
2.醋酸鹽霧試驗 (ASS)
和中性鹽霧測試一樣在純水加入5%氯化鈉後,用醋酸將PH值調整為約3.0的酸性。
氯化鈉濃度5%(g/L) | 40~60 |
PH | 3.0~3.2 |
壓縮空氣壓力(kgf/cm2) | 1.00±0.01 |
噴霧量(ml/80cm2 /h) | 1.0~2.0 |
壓力桶溫度(℃) | 63±1 |
鹽水桶溫度(℃) | 50±1 |
試驗室溫度(℃) | 50±1 |
試驗室濕度 | 85%以上 |
3.銅加速醋酸試驗 (CASS)
在醋酸鹽霧試驗的藥水中加入氯化銅,進行更嚴苛的鹽霧測試。
氯化鈉濃度5%(g/L) | 40~60 |
氯化銅濃度(g/L) | 0.26 |
PH | 3.0~3.2 |
壓縮空氣壓力(kgf/cm2) | 1.00±0.01 |
噴霧量(ml/80cm2 /h) | 1.0~2.0 |
壓力桶溫度(℃) | 63±1 |
鹽水桶溫度(℃) | 50±1 |
試驗室溫度(℃) | 50±1 |
試驗室濕度 | 85%以上 |
鹽霧測試規範
鹽霧檢測標準是對溫度、濕度、氯化鈉溶液濃度、pH值等鹽霧檢測條件做出的具體規定。業界常用的鹽霧試驗標準有ASTM-B117、ISO-9227等。
標準全名 | 發佈機構 | 用途 | 主要內容 |
ASTM B117 | 美國材料與試驗協會(American Society for Testing and Materials,ASTM) | 該標準為鹽霧試驗設備操作和使用提供指導,確保測試的一致性和可比性。 | 規定了鹽霧試驗的設備操作程序,包括試劑的配製、噴霧條件、試驗室條件等,以確保測試結果的準確性和可靠性。 |
ASTM B368 | 美國材料與試驗協會(American Society for Testing and Materials,ASTM) | ASTM B368規範銅加速醋酸鹽霧 的測試條件。用於評估鋼、合金、裝飾性金屬的耐磨性。 | 一種動態循環腐蝕測試,測試的噴霧比起傳統鹽霧,稀釋較多的氯化鈉和硫酸銨溶液,又稱為 CASS 測試。 |
ASTM D5894 | 美國材料與試驗協會(American Society for Testing and Materials,ASTM) | 用於觀測表面塗漆之金屬在室外腐蝕的情形,模擬腐蝕性、雨水、紫外線、乾濕度變化及溫度變化等環境。 | 將樣品置於乾燥霧化櫃和UV冷凝櫃裡曝光。 ASTM D5894以動態的環境變化,為客戶提供更貼近現實使用情形的模擬測試。 |
ASTM G85 | 美國材料與試驗協會(American Society for Testing and Materials,ASTM) | 這是一種修改過的鹽霧試驗,標準針對不同材料和應用提供了多種試驗方法。 | 包含了不同的鹽霧試驗方法,例如CYC(Cyclic)測試、SSC(Seawater Acidified)測試等,以滿足不同應用中對腐蝕性能的評估需求。 |
ISO 7253 | 國際標準化組織
(International Organization for Standardization,ISO) |
依照塗層和產品的特性,規範了樣品耐中性鹽霧的測量方式。 | 將樣品放置在密閉的試驗箱,以固定溫度、速率和量連續噴灑中性鹽水溶液。可測試油漆或清漆在高溫鹽霧下的耐腐蝕性。 |
ISO 9227 | 國際標準化組織
(International Organization for Standardization,ISO) |
提供了鹽霧試驗的標準規範,以確保全球范圍內的一致性。 | 包含了鹽霧試驗的一般要求、試驗條件、試驗時間等,適用於各種材料和產品的腐蝕性能評估。 |
JIS Z 2371 | 日本工業標準
(Japanese Industrial Standards,JIS) |
用於指導鹽霧試驗的操作,確保其結果的可比性。 | 包括了鹽霧試驗的詳細操作程序、試劑的製備、試驗室條件等,旨在確保測試過程的標準化和準確性。 |
鹽霧測試如何換算結果,有等級之分嗎?
上述標準提供了執行測試所需的關鍵資訊,包括溫度、噴塗溶液的氣壓、噴塗溶液的調製、濃度、pH等測試參數。鹽霧測試大多沒有確切規定的等級,測試結果是以「能夠在鹽霧試驗下經過多久時間不產生銹蝕」來換算。
但試驗時間換算的實際使用天數的數字不是絕對的,只有一個大概的標準。換算過程中,需考量以下因素:
- 鏽蝕程度:考慮鹽霧試驗期間樣品表面的鏽蝕程度,尤其是否出現嚴重鏽蝕(紅色)的情況。
- 持續時間:測試中樣品在鹽霧環境下能夠保持無鏽的時間,可能以小時、天數等單位來表示。
- 樣品表面觀察:進行對樣品表面的定期觀察,以確定何時出現鏽色作為換算的參考點。
試驗的持續時間通常是根據產業相關規範明確規定的,以確保塗層滿足最短試驗週期要求。以汽車產業為例,不同材料、塗層和規格會明確規定相應的要求,因此測試的持續時間會有所差異。
例如,電鍍鋅和黃色鈍化鋼零件在鹽霧測試中可能需要持續96小時,才能確保不出現白鏽。而電鍍鋅鎳鋼件可能需要在 NSS 試驗中持續720小時以上,以確保不出現紅鏽,或者在 CASS 試驗中持續48小時。
雖說換算時間並非一成不變,鹽霧測試持續時間(保持無鏽狀態的時間)還是有一個大致的標準,以下為較普遍的估算參考:
測試方法:NSS 中性鹽霧試驗
測試時間 | 海岸天數換算 | 自然暴露環境天數換算 |
1小時 | 約5天 | 約15天 |
24小時 | 約120天 | 約一年 |
測試方法:ASS 醋酸鹽霧試驗
測試時間 | 海岸天數換算 | 自然暴露環境天數換算 |
1小時 | 約15天 | 約45天 |
24小時 | 約一年 | 約三年 |
測試方法:CASS 銅加速醋酸試驗
測試時間 | 海岸天數換算 | 自然暴露環境天數換算 |
1小時 | 約40天 | 約120天 |
24小時 | 約960天 | 約八年 |
雖然大多鹽霧測試標準是沒有明確分級的,但針對金屬表面塗層,ASTM B117有分級列表如下,等級10最好,等級0最差:
鏽蝕蔓延(毫米) | 鏽蝕蔓延(英吋) | 等級 |
無 | 無 | 10 |
0.0 – 0.5 | 0 t ~ 1/64 | 9 |
0.5 – 1.0 | 1/64 ~ 1/32 | 8 |
1.0 – 2.0 | 1/32 ~ 1/16 | 7 |
2.0 – 3.0 | 1/16 ~ 1/8 | 6 |
3.0 – 5.0 | 1/8 ~ 3/16 | 5 |
5.0 – 7.0 | 3/16 ~ 1/4 | 4 |
7.0 – 10.0 | 1/4 ~ 3/8 | 3 |
10.0 – 13.0 | 3/8 ~ 1/2 | 2 |
13.0 – 16.0 | 1/2 ~ 5/8 | 1 |
大於 16.0 | 大於 5/8 | 0 |
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結語
經過以上介紹以後,是不是對鹽霧試驗有了更深的了解了呢?鹽霧試驗在汽車、電子、五金行業極為常見,因為鹽霧試驗就是為了提供製造者對本身產品與金屬的了解,並確保產品本身的可靠性。甚至可以依據鹽霧試驗,更進一步的改善產品質量。
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