探讨可满足IEEE 1138—2009标准的盐雾试验条件

栗 鸣， 缪春燕， 王海林

(中天日立光缆有限公司，江苏南通226463)

0 引言

盐雾腐蚀是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。这里讲的盐雾是指含氯化物的大气，其主要腐蚀成分是海洋中的氯化物盐-氯化钠，它主要来源于海洋和内地盐碱地区。盐雾对金属材料表面的腐蚀是因其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所引起的。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，排挤并取代氯化层中的氧，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，造成对产品极坏的不良反应。盐雾腐蚀作用对输电线路的影响及腐蚀机理见文献［1-6］。

盐雾试验是一种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。为了验证光纤复合架空地线(OPGW)的耐盐雾腐蚀性，IEEE 1138—2009［7］标准较之94版新增了“盐雾腐蚀试验”一项。因为现在我国一些主流OPGW生产厂商已开始走向国际市场，而海外大多数客户的技术要求中往往将IEEE 1138—2009作为OPGW的验收标准，所以，能否通过盐雾试验，已成为OPGW合格与否的判据之一。但目前国内的 OPGW 相关国标［8］及行业标准［9］还未将“盐雾试验”纳入各自标准的检验项目。考虑到未来国家标准势必会与国际标准“接轨”以及国际间商业往来的需要，我们对如何满足 IEEE 1138—2009 OPGW标准中对盐雾试验的条件要求进行了研究，并在此基础上试图建立一个能够满足该标准要求的试验体系。由于该试验在国内还未形成统一的标准，因此，试验中某些技术参数、检验仪器及试验方法的选择可能并不为大家所认同，大家可就此进一步讨论。

1 试剂及检测仪器的选择

IEEE 1138—2009第6.4.3.8条中关于盐雾试验的过程叙述如下:将试验缆放入一满足ISO 9227［10］或ASTM 117［11］规定要求的标准盐雾试验箱内。缆样品被水平放置以模拟一个标准水平悬挂的OPGW缆。盐雾试验的连续喷雾时间为1000 h。

在这个试验过程描述中，IEEE 1138—2009只给出了应遵循的三点事项:(1)试验箱所满足的标准要求;(2)OPGW试验样品的摆放方式;(3)试验时间。而对于试验的进程、盐液的配制、试验仪器的选择等诸多问题，两个标准的要求不尽一致。由于这些试验用仪器、材料都要在国内购买，因此还要参考这些材料所满足的国家标准。下面就来具体说明。

1.1 水

ISO 9227—2006对试验用水的要求是在25℃ ±2℃温度下，水的电导率不大于20 μS/cm。ASTM B117—2009对试验用水的要求是满足 ASTM D1193［12］中Ⅳ级水的要求，即25℃时水的电导率不大于 5.0 μS/cm。而 GB 17324—2003［13］标准中对桶装纯净水的电导率要求是应小于10 μS/cm。

经对市售的屈臣氏桶装蒸馏水(类属于纯净水)测试，其电导率小于 5 μS/cm，同时满足 ISO 9227及ASTM B117两个标准，因此，将屈臣氏桶装蒸馏水做为试验用水。

1.2 氯化钠

ISO 9227—2006对试验用氯化钠的要求是总杂质含量不超过0.5%。ASTM B117—2009的要求不超过0.3%。国家标准中对试剂级氯化钠的规定见表 1［14］。

表1 GB/T 1266—2006

我们选用国产化学纯氯化钠作为试验用盐。

1.3 盐度及电导率测定仪

ISO 9227标准中建议采用比重计测定盐浓度，25℃测量值为1.029～1.036。而 ASTM B117则建议使用盐度测定仪或比重计二种方法均可。用盐度测定仪时，18℃时测量值为4% ～6%。用比重计时，25℃测量值为1.0255～1.0400。从方便、快捷的角度出发，我们采用的是上海“雷磁”牌电导率仪，型号DDSJ-318A。该电导率仪带有温度补偿功能，在盐度测量时，同时连接温度电极，仪器自动将温度补偿到18℃时的值。测量电导率时，选用电极常数1的电导电极;测量盐度时，选用电极常数10的电导电极。

1.4 pH值

对于盐溶液中的pH值测试，ISO 9227标准中建议采用电极测量或0.3pH单位的精密pH试纸两种方法，ASTM B117仅建议采用电极法。我们采用的是上海“雷磁”牌pH计，型号PHB-4。该pH计是一台由单片机控制，具有温度及pH双显示及缓冲溶液自动识别的3位数字显示的pH计。使用前必须进行温度设置及pH标定。

1.5 参比试验用试样

为了验证盐雾试验箱的试验环境是否满足标准要求，应先进行“腐蚀环境评估”(Evaluation of corrosion condition)，国内一般把它俗称为“参比试验”，我们在此也使用这个名称。将4～6块(ASTM B117:至少2块)参比试样(低碳钢片)放入试验箱内做参比试验，如果在规定的时间内参比试样的失重速率满足标准要求，则可认为此盐雾试验箱的盐雾环境满足标准要求。参比试验一般每三个月做一次。ISO 9227标准中建议参比试样为ISO 3574—1999［15］中 CR4 级钢片。ASTM B117—2009 标准中建议参比试样的牌号为 SAE 1008。经查 GB/T 5213—2008［16］附录 B 表 B.1 可知:ISO 3574 中的CR4号钢相当于 GB/T 5213—2008中的 DC05号钢。

2 试验条件和试验记录

2.1 盐溶液的配制

ASTM B117第8.2条对盐溶液的配制有着较清晰的描述。我们的配制过程大体如下:每次将20 L蒸馏水倒入一塑料桶内，对水的电导率及pH值进行测试，如果指标满足要求，则用“热的快”将蒸馏水加热到约70℃以上使水中的CO2蒸发，把称量好所需的化学纯氯化钠倒入桶内搅拌直到其完全溶化，并把此溶液pH调整到6.5～7.2范围内。需要指出的是，ISO 9227规定的盐的浓度为50 g/L±5 g/L，而ASTM B117规定的盐的重量百分浓度为4% ～6%，两者之间不是完全相同。因此，在溶液配制时，将重量浓度尽可能地配制在5%左右就可满足两个标准了。由于不同产地的氯化钠的pH值略有差异，因此还要对盐溶液的pH值再次进行测试。我们使用的某品牌氯化钠，加入后溶液的pH值会有少量下降，即溶液呈弱酸性，依据ASTM B117标准规定需加微量NaOH溶液中和(搅拌棒在NaOH溶液里蘸一下然后在盐溶液中搅动均匀即可)使其pH值上升至6.5～7.2。

2.2 盐雾试验箱工作原理

图1 为盐雾试验箱工作原理图。外部压缩空气经供气管道进入饱和桶预热，这个预热过程是为了避免压缩空气在盐雾室膨胀吸热引起盐雾室温度波动。预热后的压缩空气流经盐液喷嘴时产生负压，将盐液“吸出”，在这里，压缩空气和盐液混合成“盐雾”，雾化后喷出喷雾塔。

图1 盐雾试验箱

2.3 试验记录内容

ISO 9227标准中第12.2条列出了试验时每天的记录项目，包括:试验温度、收集液体积、试验溶液和收集液的pH值、收集液盐浓度。ASTM B117规定每天的记录项(第15.1.1～15.1.5)与此大致相同(参见下文4.3)。

3 收集液盐浓度

3.1 关于收集液盐浓度

试验所用的盐雾试验箱为国内某厂生产，产品满足盐雾试验箱国家标准 GB/T 10587—2006［17］，原来一直用于电子产品的耐盐雾环境试验。试验时在盐雾室四个角放置4块参比试样，96 h后取出参比试样，清洗干燥后称量并计算其失重，结果分别为125 g/m2、128 g/m2、135 g/m2和 123 g/m2，满足 GB 10125—1997每块参比试样的质量损失在140 g/m2±40 g/m2的要求。试验时所记录的项目按照Kinectrics试验室盐雾试验的记录表格格式逐一填写。结果发现，除收集液浓度不满足要求外(仅为2% ～3%)，其余各项均符合ISO 9227和ASTM B117对盐雾试验的指标要求。这就是说，尽管参比试验的结果表明试验箱的盐雾腐蚀环境能够满足标准要求，但收集液的浓度却不能满足标准要求。

ISO 9227—2006在第8.1条表2、ASTM B117—2009在第10.2条均规定了收集液的浓度及pH值必须与其所配盐溶液的各项指标保持一致。我们对试验程序反复验证无误后，再向原生产厂家以及多家大型盐雾试验箱生产厂商咨询，得到的回答是:盐雾试验机生产厂商既不检测收集液盐浓度，也达不到5%的要求。

表2 盐雾试验箱出厂验收项目

表3 要求检测收集液盐浓度的相关标准及条款

通过对比表2、表3可知:在我国，盐雾试验的方法与盐雾试验箱的生产采用的是不同的标准。依照标准要求，盐雾试验箱出厂时对收集液盐浓度并不检测。由于出厂时不检测收集液盐浓度，所以一个满足国标的盐雾试验箱可能并不适合于参照某些盐雾试验标准进行的盐雾腐蚀试验。即如果我们用国产盐雾试验箱来进行IEEE 1138—2009盐雾试验的话，收集液盐浓度将不能满足标准要求。经进一步了解，国外某些公司生产的盐雾试验箱可以满足ISO 9227或ASTM B117标准对收集液盐浓度的要求，但价格是相同容积国产机的10～20倍。

3.2 溶液中氧含量与腐蚀速度的关系

盐雾试验箱盐雾室各条件如试验温湿度、盐雾沉降率、样品放置角度、pH值、盐溶液的浓度等都会对试样的盐雾腐蚀速度产生影响［20、21］。一般认为，提高氯化钠溶液的浓度对提高腐蚀速度有利。但实践证明，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随着浓度的增加而下降。这是因为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，因此腐蚀降低。基于以上原因，各盐雾试验标准中均将盐雾试验中的盐溶液浓度定为5%。

3.3 收集液浓度的重要性

盐雾试验是一种实验室加速腐蚀实验，因此其实验条件的选择，一方面是起加速作用，另一方面又要保证所采用的实验条件是供环境实验的基本标准，即保证实验结果的重现性。所谓重现性是指用同一方法，相同的实验样品而在不同的实验条件下(不同的操作者、不同的实验室、不同的设备)得到的结果的一致性。只有这样，才能对各种产品实验进行比较和评价。保证实验重现性的主要条件就是要保证试验中各参数的一致性。

ASTM B117第10.2条注11关于收集液盐浓度有这样的注释:尽管为了统一起见将盐浓度设定为4% ～6%，但2% ～6%的盐浓度将得到同样的(实验)结果。意思是说，收集液的盐浓度在2% ～6%都可以，不影响实验结果，只是为了统一起见才将之规定在4%～6%的范围。我们对此的理解为，如果不按标准对收集液盐浓度进行要求的话，就很难保证实验结果的重现性，可能会使委托方和检测方或者是供货商和采购商之间对实验结果产生分歧。一旦由于盐雾试验不能通过，则该批次OPGW将面临被判不合格的风险。

4 盐雾试验机改造

根据我们的试验结果以及向许多盐雾试验机生产厂商了解，国产盐雾试验机均不能满足 IEEE 1138—2009 OPGW试验标准中对收集液盐浓度4%～6%的要求，因此必须对其进行结构改造。

4.1 饱和桶的改造

采取一定的措施，抑制压缩空气从饱和桶中带出过量的水汽，使得饱和桶中的水分消耗减少。这样处理后从源头上控制了水分过多导致收集液浓度下降。

4.2 盐雾室的改造

通过采取隔套加热再补偿部分水气的方法，减少了原来结构的水气蒸发量，避免喷雾塔喷出的盐雾被过分稀释。

4.3 连续5天的试验记录对比

表4为加拿大著名的Kinectrics试验室盐雾试验的记录。表5为本公司实验室改造后的实验记录。

由表4、表5中数据对比可知，改造后的盐雾试验箱各项性能指标已基本与加拿大Kinectrics试验室记录数据一致，完全满足ISO 9227或ASTM B117标准要求。

表4 加拿大Kinectrics试验室试验记录

表5 中天日立光缆公司实验室实验记录

5 结束语

(1)IEEE 1138—2009 OPGW标准较之94版新增了“盐雾腐蚀试验”。根据该试验标准中所参考的两个盐雾试验标准ISO 9227或ASTM B117，结合我国的盐雾试验标准，尝试建立一套试验体系。在检测仪器、盐液配制、盐雾试验箱的选择等方面，尽可能地满足标准要求。

(2)由于我国的盐雾试验箱制造验收标准与盐雾试验标准的不统一，市售的盐雾试验箱收集液盐浓度不能满足盐雾试验标准所要求的4%～6%。为了使盐雾试验具有重现性和可比性，必须保证盐雾试验条件满足标准的各项要求，其中也包括收集液盐浓度。

(3)改造后的盐雾试验箱收集液盐浓度满足了ISO 9227或ASTM B117标准对收集液盐浓度的要求，满足了IEEE 1138—2009 OPGW标准中盐雾试验的试验条件要求。

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