气相防锈材料实验室评价及应用意义分析

孟素媚，徐欣轶，刘然

（沈阳防锈包装材料有限责任公司，沈阳 110033）

气相防锈材料是将VCI(Volatile Corrosion Inhibition)气相缓蚀剂分散在载体材料如聚乙烯薄膜、防锈原纸等材料中制成的防锈材料。气相缓蚀剂在常温下能够持续、缓慢地气化、挥发，挥发出来的缓蚀剂蒸气能够吸附在裸露的金属表面，从而形成一个到两个分子厚的稳定保护膜，该保护膜能够有效地防止氧气、湿气等环境气氛对金属的腐蚀，从而产生优良的防锈作用[1]。与传统的防锈方法相比，气相防锈材料具有使用方便、清洁、低成本、高效率等特点，因此在冶金、机电、汽车及电子电器等行业得到了非常广泛的应用。

气相防锈材料包括气相防锈纸、气相防锈膜、气相防锈剂、气相防锈液、气相防锈油等。为了保证气相防锈材料在使用中能够对金属进行良好的保护，需要在实验室对材料进行科学、客观的评价。考虑到材料在应用中接触到的环境条件、对金属的保护期限及可能受到的外力损害等因素，对气相防锈材料进行防锈性能评价和物理性能评价，降低使用时的腐蚀风险。

1 防锈性能评价

防锈性能的评价主要通过加速腐蚀试验来完成。加速腐蚀试验是在比实用状态苛刻的条件下进行的腐蚀试验，目的是在更短的时间内得出相对比较结果。经常用于评价气相防锈材料的加速腐蚀试验包括气相缓蚀能力试验、接触腐蚀、相容性、湿热试验、盐雾试验和交变湿热试验等。

1.1 气相缓蚀能力试验

气相缓蚀能力试验和暴露后的气相缓蚀能力是国际上通用的评价气相防锈材料的方法，检测标准方法主要有MIL-STD-3010、NACE TM0208、JIS Z 1535、GB/T 16267、JB/T 4051、JB/T 6067、QB/T 1319等。其原理是在一定试验温度下通过加入20℃温差的水，使金属表面快速产生凝露来加速腐蚀。国内比较通用的方法为GB/T 16267[2]和QB/T 1319[3]，两个标准检测条件对比见表1。

表1 GB/T 16267和QB/T 1319标准检测条件对比表

GB/T 16267和QB/T 1319标准相比较，GB/T 16267适用范围更广，试验温度更接近室温，结果对气相缓蚀能力进行分级评定；而QB/T 1319仅适用于气相防锈纸，试验温度较高，结果仅评定是否合格。因此GB/T 16267试验适用于一般环境下使用的气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜和气相防锈剂，对这些材料气相缓蚀能力水平进行评价。而QB/T 1319试验更适合在高温环境下使用的气相防锈纸，对其是否满足要求的验收评价。

气相缓蚀能力试验时间一般不超过24小时，可快速评价材料的气相防锈性能，常用于气相防锈材料的出厂检测和入厂验收。如果材料气相缓蚀能力试验结果不合格，在使用中将直接导致对金属的防护能力不足，从而造成金属材料腐蚀，给用户带来经济和信誉损失。如果采用的气相防锈材料气相缓蚀能力达不到要求，在实际使用中应与其它气相防锈材料配合使用以达到足够的气相防锈性。

消耗后的气相缓蚀能力试验，是将材料中的气相缓蚀剂进行加速消耗后，进行的气相缓蚀能力试验，以检验材料使用时在空气中暴露存放过和在使用过程中气相缓蚀剂部分消耗的情况下对金属的防护性能。

1.2 接触腐蚀

接触腐蚀试验是评价材料与其紧密接触的金属表面腐蚀性的试验方法，适用于与钢和铝表面紧密接触的材料。检测标准方法主要有MIL-STD-3010、JIS Z 1519、GB/T 16266，国内主要使用GB/T 16266标准方法。

在实际应用中，气相防锈包装材料与金属直接接触是不可避免的，在包装材料紧密接触金属时，材料中如果存在腐蚀性成分，会直接对金属产生加速腐蚀的影响。对于钢用气相防锈材料这个指标合格率较高，但对于多种金属用气相防锈材料，如果研发时设计不够合理，材料可能对某些金属品种产生接触腐蚀影响。在客户使用时，如果不进行该项试验验证，可能造成气相防锈包装材料对被包装金属的接触腐蚀。为了避免此类情况发生，首先要严格控制气相防锈材料中的腐蚀性成分，比如对防锈原纸中的水溶性硫酸盐和氯化物进行监控；其次在多金属用气相防锈材料研发时进行充分的实验室验证，以保证对多金属材料的适用性；再次污染物和灰尘也是导致材料接触腐蚀的重要因素，因此要保证气相防锈包装材料的表面清洁；最后，如果在应用时需要使用会产生接触腐蚀的材料，应将材料和金属进行有效隔离，避免直接接触金属。

1.3 相容性及适应性试验

相容性试验及适应性试验通常用于评价气相防锈材料对被包装的金属是否有不良影响，适用于气相防锈包装材料。检测标准方法主要有MIL-STD-3010、GB/T 16265、QB/T 1319、GB/T 14188等，国内主要使用GB/T 16265、QB/T 1319标准方法。

随着科技的发展，越来越多合金材料应用到实际中，设备中共存的金属种类也日益增加，而气相防锈材料对这些新材料和多种金属的保护效果或负面影响，可通过相容性试验或适应性试验来验证。为了降低相容性不佳造成的腐蚀损失，在气相防锈材料应用于未验证过的金属材料之前，均应进行相容性试验。

1.4 湿热试验、盐雾试验及交变湿热试验

湿热、盐雾及交变湿热试验是对包装材料和缓蚀剂综合性能的加速腐蚀评价方法。高温高湿、海洋性气候及高低温交变的大气环境是气相防锈材料在应用时经常接触的环境条件，为了验证材料在这些环境下对金属的防护性能，在实验室使用环境试验箱对气相防锈材料进行评价。

高温高湿是比较常见的自然环境，在这样的条件下金属非常容易腐蚀。湿热试验就是评价防锈材料在高温高湿环境下对金属的防腐蚀效果，适用于气相防锈纸、气相防锈油。检测标准方法主要有GB/T 2361、QB/T 1319、GB/T 2423.3。对于在高温高湿环境下使用的气相防锈材料，使用湿热试验进行材料的筛选是最为适宜的。

海洋大气中富含大量的海盐粒子，相对湿度也较高，对金属有很强的腐蚀作用。盐雾试验就是通过人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐盐雾腐蚀性能的环境试验。盐雾试验包括中性盐雾试验、醋酸盐雾试验、铜盐加速醋酸盐雾试验、交变盐雾试验。通常采用中性盐雾试验方法来评价气相防锈材料的耐盐雾性能，适用于气相防锈纸、气相防锈膜，使用的检测标准方法主要有SH/T 0081、GB/T 10125、ASTM B117、GB/T 2423.17等。

交变湿热是一种湿度与温度循环变化，容易在试验样品表面产生凝露的试验条件。这种试验条件，与自然环境下昼夜变化引起的温湿度变化相似，与海洋运输时集装箱内的温湿度变化规律非常接近，因此常用于整体防锈包装方案的验证。

2 物理性能评价

作为气相缓蚀剂载体的纸、膜等材料，其物理性能也对应用效果有直接影响。对于气相防锈包装材料，如果包装破损，气相缓蚀剂快速挥发将降低防锈效果，因此必须进行充分评价以保证包装的完整性。而不同的应用行业、大小不一的被包装部件、不一样的储运方式，应选用不同的气相防锈包装材料，对材料的物理强度也有不同的要求。例如精密零部件，对包装材料的表面清洁度和柔软度要求较高，在使用气相防锈包装材料后一般装入外包装箱，受到外力损伤的风险较小，使用单覆膜或无覆膜的防锈纸、气相防锈膜进行包装即可，在实验室主要评价防锈纸的抗张强度、撕裂强度和耐破度，防锈膜的拉伸性能、撕裂性能和耐冲击性能。用于冶金行业的防锈包装，很容易被钢板划伤，运输过程经常承受较大外力，因此通常使用编织布复合防锈纸或编织布复合防锈膜，在实验室对防锈纸的抗张强度、撕裂度、耐破度和戳穿强度进行评价，对防锈膜的断裂强力、撕破强力和戳穿强度进行评价。对于机械设备，应结合被包装设备的外观形貌、储运条件、防锈期等条件选择气相防锈材料，一般采用组合包装的方式，对尖锐容易划伤包装的部位应用缓冲材料局部包装来避免包装破损，在实验室根据材料主要承担的防护作用及可能受到的外力冲击等条件进行材料物理性能评价。

阻隔性良好的气相防锈纸、气相防锈膜等气相防锈包装材料，既能降低包装内部气相缓蚀剂的消耗，又能够阻隔包装外部水蒸气、氧气等腐蚀性介质进入包装内部，增强防锈效果。因此对用于长期防锈的气相防锈包装材料，应进行水蒸气透过量、氧气透过量等阻隔性能评价，以保证包装的防锈效果。

对于多功能防锈材料例如抗静电防锈膜、热收缩防锈膜，还要进行抗静电性能、热收缩性能等评价。

3 结束语

对气相防锈材料进行实验室评价，是控制腐蚀风险的一种必要手段。通过评价，可以为客户选择符合要求的防锈材料提供数据支持。为了保证气相防锈材料的正确使用和良好的防锈效果，对气相防锈材料应进行气相缓蚀能力、接触腐蚀、相容性等气相防锈性能和盐雾、湿热、交变湿热等综合应用性能检测；对气相防锈包装材料应进行拉伸、撕裂、冲击等物理性能和水蒸气透过率、氧气透过率等阻隔性能检测。

进行气相缓蚀能力试验，可快速了解材料对钢的气相防锈性能；使用气相防锈材料保护未验证过的金属材质，应先进行相容性或适应性试验；对于解决湿热或盐雾环境下的锈蚀问题，可通过湿热试验或盐雾试验来进行材料筛选。因此，结合产品实际应用情况选择适合的评价方法，可帮助客户选择更适用的气相防锈材料。