金属／防锈油防锈性能试验——多电极探头直测法＊

靳九成，黄桂芳，陈迪平，王镇道，靳 浩，王子君，欧碧兰，何好兴

（1.湖南大学 物理与微电子科学学院，湖南 长沙 410082；2.美Emcon Technologies Co.；3.洛阳轴承研究所；4.长沙展鸿化工有限公司，湖南 长沙 41）

金属／防锈油的防锈性能试验自1939年以来一直沿用ISO湿热法和盐雾法，它们具有试验周期长（10～102d）、耗能大，目测评估定性、有人为随意性，设备大、重、笨等缺陷，难适应新产品开发周期短、实时检测及节能等的要求.2005年国家颁布原始创新行业标准JB／T10528防锈油防锈性能试验多电极电化学法[1]，测评速度比ISO湿热、盐雾法提高1～2个数量级，设备体积缩小两个数量级，但仍需在多电极测试探头上涂油沥干制样，耗时24h以上，然后再在5%的NaCl中测试探头各电极的电阻，并需历经超声环节再测，根据其超声时间、电阻分布来评价防锈油的防锈性能优劣次序.本文提出的多电极探头直测法，不须沥干制样，直接将清洁多电极探头和辅助电极浸入软膜油样中进行测评，测评速度比JB／T10528防锈油防锈性能试验多电极电化学法又提高了70倍，比ISO湿热、盐雾法提高2～3个数量级，将大大有利于缩短新产品研制周期、实时检测和节能.

1 直测法的测试原理

常温下涂覆防锈油膜的金属腐蚀是一个电化学过程[2].该过程遇到的阻力主要来自油膜极化电阻，其次是液膜电阻，防腐蚀主要靠油膜极化电阻.该过程遇到的阻力越大，金属的腐蚀电流和腐蚀速度就越小，腐蚀速度与电极电阻成负关系[3－4].

如图1所示，将N个相互绝缘金属丝电极组成的测试探头及辅助电极（两电极材料相同，如Fe基金属丝，N经优化为64）工作面经研磨、清洗后，水平平行相向定间距地直接置入软膜防锈油中，测试探头各个电极经导线分别接入多电极电化学测试仪一端，辅助电极接入多电极电化学测试仪另一端，参考电压源与测试探头、防锈油、辅助电极构成一腐蚀电流回路，测试所得电阻为电极吸附膜极化电阻和油液本体电阻之和[5－7].防锈油的极化电阻远大于油液本体电阻，测得的电阻越大，反映防锈油的极化电阻越大，其防锈性能就越好.由于防锈油的电化学不均匀性，各电极电阻一般是不同的.低阻区域是防锈油防护的薄弱环节，其膜下金属最先腐蚀，直接控制着油膜的防锈性能优劣.通过统计低阻区电阻分布来评价防锈油膜的防锈性能.

图1 多电极探头直测法测试线路示意图Fig.1 Schematic of direct measurement method using wire beam electrode

2 防锈性能的M＋3参数评价方法

多电极电化学测试仪对N（64）个电极巡回检测，可得N（64）个电极的电阻分布.重复对同种新油样测2次，共可得3N（192）个电极的电阻Ri分布作为评价样本.本文提出192个电极的相对易腐蚀等效电极数m，电极电阻平均值¯R和电极电阻相对的相对均方差δ三参数来评价油膜的防锈性能.

2.1 m－192个电极的相对易腐蚀等效电极数

直测法的电极电阻分布有两个特点：1）R≮1×108Ω；2）电极电阻分布在较窄区域.测试仪R量程一般为1×1012Ω.因为电极腐蚀速度与电极电阻成负关系，将电极阻值1×108Ω≤R＜1×1012Ω范围划分为（M－1）个区间，加上R≥1×1012Ω共M个区间（M的大小依评价分辨率要求选择，M≮6）；各区间电极的相对易腐蚀权重因子αi与其电极电阻成负关系（由试验优化选取）；由公式（1）可计算192个电极的相对易腐蚀等效电极数m：

其中mi是192个电极阻值分布在第i个区间的电极数.比较不同防锈油之m，显然小者防锈性能为优.

本文依大量试验给出M＝17个区间及αi相应值如下：

17个区间：1×108Ω≤R＜3×108Ω，3×108Ω≤R＜5×108Ω，5×108Ω≤R＜7×108Ω，7×108Ω≤R＜10×108Ω，1×109Ω≤R＜3×109Ω，3×109Ω≤R＜5×109Ω，5×109Ω≤R＜7×109Ω，7×109Ω≤R＜10×109Ω，1×1010Ω≤R＜3×1010Ω ，3×1010Ω≤R＜5×1010Ω，5×1010Ω≤R＜7×1010Ω，7×1010Ω≤R＜10×1010Ω，1×1011Ω≤R＜3×1011Ω，3×1011Ω≤R＜5×1011Ω，5×1011Ω≤R＜7×1011Ω，7×1011Ω≤R＜10×1011Ω，1×1012Ω≤R.与i区间相对应αi值：1.00，0.95，0.90，0.85，0.78，0.71，0.64，0.57，0.50，0.43，0.36，0.29，0.22，0.15，0.08，0.01，0.

2.2 －192个电极电阻平均值

由于防锈油的电化学不均匀性，取其电极电阻平均值¯R：

反映防锈油的平均防锈能力.在m相同条件下，比较，显然大者防锈性能为优.

2.3 δ－192个电极电阻相对¯R的相对均方差

δ反映油膜192个电极小区防锈能力的离散度或不均匀性.在以上参数相同条件下，比较δ，显然δ小者防锈能力为优.

3 防锈油防锈性能多电极探头直测法与ISO湿热、盐雾法对比试验

由于ISO湿热、盐雾法属室内单一循环加速试验方法，各有其局限性[8].试验证明：当几个油样防锈性能相差较大时，ISO湿热、盐雾法能一致分辨其优劣次序；而相近或相等时，则有可能无法一致，反之亦然[9].因而对比试验要分两种情况进行.

3.1 几种油样防锈性能相差较大到湿热、盐雾法试验能一致分辨其优劣次序情况

1）武汉材保所提供油样F－11和F－111及其湿热、盐雾法试验数据如表1所示，直测法试验数据如表2所示.对比直测法所测防锈性能优劣次序与湿热、盐雾法一致：F－111＞ F－11.

表1 F－11和F－111油样湿热、盐雾法试验数据Tab.1 Humidity cabinet and salt spray test data for F－11and F－111oil samples

表2 F－11和F－111油样直测法试验数据Tab.2 Direct measurement test data for F－11and F－111oil samples

2）洛阳轴研所提供 HK－2006－cp－280＃和287＃油样及其湿热、盐雾法试验数据如表3所列，直测法试验数据如表4所列.对比直测法所测防锈性能优劣次序与湿热、盐雾法一致：287＃＞280＃.

表3 280＃和287＃油样湿热、盐雾法试验数据Tab.3 Humidity cabinet and salt spray test data for 280＃ and 287＃ oil samples

表4 280＃和287＃油样直测法试验数据Tab.4 Direct measurement test data for 280＃and 287＃oil samples

3.2 几种油样防锈性能相同或相近情况

1）洛阳轴研所提供 HK－2007－cp－5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油样，其湿热、盐雾法试验数据如表5所列，所测防锈性能优劣次序湿热法为：23＃≈108＃≈19＃＞13＃＞5＃；盐雾法为：23＃＞108＃≈13＃＞19＃＞5＃，二者不完全一致.直测法试验数据如表6所列，所测防锈性能优劣次序：23＃＞19＃＞108＃＞13＃＞5＃，与湿热法一致，分辨率更高.

表5 5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油样湿热、盐雾法试验数据Tab.5 Humidity cabinet and salt spray test data for 5＃，13＃，19＃，23＃and 108＃oil samples

表6 5＃，13＃，19＃，23＃和108＃油样直测法试验数据Tab.6 Direct measurement test data for 5＃，13＃，19＃，23＃and 108＃oil samples

2）日本北杉公司提供R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油样，洛阳轴承所提供湿热、盐雾法试验数据如表7所列，所测防锈性能优劣次序湿热法为：301A＞301B＞350M＞317DP＞301KD；盐雾法为：301KD＞350M＞301A＞301B＞317DP，二者不完全一致.直测法试验数据如表8所列，所测防锈性能优劣次序为301A＞317DP＞350M＞301B＞301KD，更接近湿热法，这是正常的.

表7 R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油样湿热、盐雾法试验数据Tab.7 Humidity cabinet and salt spray test data for R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP and R－350Moil samples

表8 R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP和R－350M油样直测法试验数据Tab.8 Direct measurement test data for R－301A，R－301B，R－301KD，R－317DP and R－350Moil samples

4 结 论

1）对比试验证实：多电极探头直测法评价金属／软膜防锈油的防锈性能是行之有效的.

2）多电极探头直测法测评一个油样仅需10～15min，测评速度快，比ISO湿热、盐雾法缩短试验时间几十到几百倍，设备体积缩小，便于携带，特别有利于缩短新产品研制周期、在线检测和节能.

[1] JB／T10528 防锈油防锈性能试验多电极电化学法[S].北京：机械工业出版社，2006.JB／T10528 Rust preventing ability test of rust preventing oils－electrochemical measurement with wire beam electrode[S].Beijing：Mechanical Industry Press，2006.（In Chinese）

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