中性盐雾试验标准研究进展

闫松涛， 王玉荣， 宋术伟， 金 莹

（北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京 102206）

0 引 言

盐雾试验是评价材料在海洋大气相关环境中耐久性的有效方法，广泛应用于电子产品、汽车等在海洋大气相关环境中的适应性及可靠性评价。盐雾试验也有局限性。由于盐雾试验实际服役环境的差异，盐雾试验与自然环境暴露试验相关性较差，因此仅能作为一种人工加速腐蚀试验方法评定材料耐久性，并不能对材料在某一实际服役环境下的寿命进行预测。盐雾试验结果受多种因素影响，如环境温度、盐雾沉降率、试样表面状态和预处理措施以及试验人员素养等。任一因素的差别均会对盐雾试验结果造成不同程度的影响，尤其是不同的盐雾标准对于同一试验条件约束的要求有差异，给相关科研人员在进行盐雾试验时造成困扰，并进一步影响试验产品的性能判定。

盐雾试验标准对盐雾试验箱性能参数及检测方法提出了具体技术要求，同时对盐雾试验开展过程中的影响因素如温度、喷雾盐溶液浓度及pH值、盐雾沉降率及检测、试样支架材质及摆放角度等进行约束，提高了盐雾试验结果的重现性。以应用最为广泛的中性盐雾试验为例，结合国内外涉及中性盐雾试验的相关标准，不考虑盐雾试验箱设置条件，对存在人为干扰的盐溶液浓度、盐雾沉降率、试样摆放角度及试样处理过程，梳理不同标准的具体要求，同时对中性盐雾试验相关标准未涉及但可能影响盐雾试验结果的内容进行补充说明，最后对标准更新时可进一步规范操作的内容给出建议。

1 盐溶液配制的影响

盐雾试验绝大多数要求盐溶液质量浓度为（50 ±5）g／L，有些标准要求质量比为5% ±1%，也有使用其他质量分数，如GB／T 4937.13—2018 要求选用质量分数为0.5% ～3.0%的盐溶液［1］。盐雾试验对于配制盐溶液时的温度、水及所用NaCl纯度均提出了明确要求，但不同的标准之间略有不同。

1.1 温度要求

配制溶液时的温度要求本质上并非对配制溶液时温度的要求，而是对盐溶液pH值检测时的温度要求。对于配制盐溶液时的温度，不同的标准要求不同，大多要求在（25 ±2）℃时配制［2-5］，少量要求在室温下配制［6］，还有一些不做具体要求。对于pH 值检测时的温度都给出了明确的约束条件：温度为（25 ±2）℃时，喷雾溶液的pH 值为6.5 ～7.2［2-3，6］；温度为（35 ±2）℃时，试验前盐溶液以及试验过程中喷雾溶液的pH值均为6.5 ～7.2［7-10］。对于pH 值的检测，标准给出了进一步的说明，如果在（25 ±2）℃时配制的试验用盐溶液的pH值超出了6.0 ～7.0 范围，就需要进一步测定分析所用NaCl 和用于配制盐溶液的纯水中是否含有其他杂质［4-5］。

盐雾试验过程中喷雾溶液pH值变化的主要原因在于：中性盐雾试验时温度设定为35 ℃，配制的盐溶液雾化时由于温度原因导致CO2部分散失，使得喷雾溶液pH值相较雾化前盐溶液的pH 值偏高。盐雾试验相关标准对于喷雾溶液pH值的变化给出了相应的解决办法，如先将盐溶液加热到35 ℃以上再进行喷雾，或者采用新鲜的蒸馏水［5］、新煮沸过的水［11］配制溶液，这样可以减小CO2含量，避免试验后喷雾溶液pH值的变化。在盐雾试验溶液配制时，最好在可控温的溶液配制专用房间，按照标准要求进行配制。

1.2 纯水要求

多数标准要求所用水为电导率不高于20 μS／cm（有些标准表述为2 mS／m［5］）的蒸馏水或去离子水［2-3，6］，也有标准对水质要求较高，要求纯度至少为实验室3 级用水［11］（实验室3 级用水为25 ℃时电导率≤5 μS／cm［12］）。对于纯水的要求也有从电阻率进行约束的，如GB／T 38924.8—2020 要求水的电阻率应大于等于500 Ω·m［9］，GJB150.11A—2009［13］推荐使用电阻率为1 000 ～2 500 Ω·m的水。对纯水的要求还有从杂质含量进行约束的，如GB／T 4937.13—2018［1］要求使用总杂质含量不超过0.3%的蒸馏水或其他水的杂质含量不超过2 ×10－4。纯水要求应根据所选试验标准进行选择，但至少符合一般盐雾试验要求，并选用电导率不超过20 μS／cm 的去离子水或蒸馏水。

1.3 NaCl要求

标准中对于NaCl的纯度也给出了明确的约束，要求NaCl 质量分数不低于99.5%，即要求纯度为化学纯及以上［8］。NaCl中重金属如铜、镍、铅等总质量分数不高于0.005%，NaI的质量分数应不高于0.1%或干盐总杂质质量分数不超过0.5%［2-3，13］。也有标准给出了更严的要求，要求NaCl 质量分数不低于99.7%，NaI 质量分数不高于0.1%，干盐总杂质质量分数不超过0.3%［1，7，10］，但也有标准放宽了对NaCl纯度的要求，要求杂质质量分数不超过1%［6］。相关科研人员在进行盐雾试验盐溶液配制时，选用的NaCl纯度应符合标准要求，无具体要求时尽量选用化学纯及以上纯度，必要时要求药品供应商提供产品检验单，以分析具体杂质种类含量是否符合要求。

1.4 溶液制备方法

对于溶液制备方法，标准也给出了指导，要求将（5 ±1）份的NaCl 溶解在95 份的去离子水或蒸馏水中，或者将（50 ±10）g NaCl在950 g水中溶解得到质量分数5%的NaCl 水溶液［6］。应将制备方法进一步细化明确，以便相关科研人员在盐雾试验溶液配制时更加方便。例如，ASTM B117—2019［10］给出了质量分数5%NaCl 盐溶液配制时，根据水的质量计算所需NaCl质量的公式。

2 盐雾沉降率的影响

盐雾沉降率可以反映盐雾试验设备的雾化密度和雾化均匀性，对盐雾试验的结果有着重要影响。几乎所有盐雾试验相关标准都对盐雾沉降率测量进行了约束。为了保证盐雾试验过程中盐雾沉降率良好的再现性，某些盐雾试验标准对盐雾试验过程中盐雾沉降率的测量要求更为严格，如GJB150.11A—2009［13］、GB／T 35858—2018［8］均要求连续盐雾试验期间，每24 h至少进行1 次盐雾沉降率的测量。

目前我国盐雾试验相关标准对盐雾试验过程中盐雾沉降率的测量通常采用直径100 mm（面积78.5 cm2，为方便计算，盐雾试验相关标准中近似认为收集面积80 cm2）的漏斗配合容量50 mL 的量筒，在连续喷雾一定时间后，查看量筒内收集到的盐溶液体积。表1 给出了不同标准对盐雾沉降率的要求以及测量要求和试验过程要求。从表1 可以看出，盐雾沉降率的测量至少要在连续喷雾16 h后进行。研究表明，扩大漏斗面积同时缩短喷雾时间的方法对盐雾沉降率的测量不可靠［14］。

盐雾试验相关标准大多仅对盐雾沉降率测量位置进行了约束，要求喷雾溶液漏斗收集器放置在盐雾实验箱有效空间内，一个放置于喷嘴附近，另一个放置于远离喷嘴处。盐雾试验设备相关标准GB／T 10587—2006［15］和GB／T 5170.8—2008［16］对盐雾试验箱使用条件、试验方法以及检验规则给出了具体要求。测量盐雾沉降率时漏斗上平面与工作室地面的高度为工作室高度的1／3；当盐雾试验设备容积不超过2 m3时，漏斗中心与盐雾试验箱内壁的距离为150 mm；盐雾试验设备容积介于2 m3到10 m3 时，漏斗中心与盐雾试验箱内壁的距离为170 mm［15-16］。研究表明，对于中心喷塔式盐雾箱，盐雾沉降率在同一水平面的分布沿中心向两边减小，随高度增加而增加。喷雾的随机性较大，因此在进行盐雾试验前测量多个点的盐雾沉降率，以确保盐雾试验结果的有效性。盐雾试验时，样品所处高度尽量居中，不宜过高或过低［17］。

盐雾沉降率可以通过喷雾压力、溶液供给量、喷嘴角度等方式进行调节。盐雾沉降率随喷雾压力升高而增大。如果压力过高就会造成盐雾试验箱内气流湍动，影响盐雾颗粒均匀分布，导致盐雾沉降率在试验箱有效空间内均匀性差。如果喷雾压力过低，盐雾喷嘴处压缩空气引射效果就降低，导致盐雾颗粒粗大化，不利于盐雾在试验箱内扩散，造成盐雾沉降率偏低，均匀性也较差。为保证盐雾沉降率符合标准要求，提高盐雾试验结果的重现性，需要减小盐雾试验设备喷雾压力波动区间，喷雾压力调节时需根据标准要求调节饱和塔温度。压缩空气在进入盐雾箱喷嘴时须进行预热和加湿操作。预热可以补偿压缩空气在喷嘴处膨胀到大气压时引起的降温效应，使压缩空气与盐溶液混合时不会对试验箱内温度产生明显的扰动。加湿的目的是为了防止盐沉积堵塞喷雾装置以及防止盐溶液雾滴（气溶胶）中水分蒸发，水温至少为35 ℃，加湿空气应达到饱和［2，7，13］。

现行标准采用离线式盐雾沉降率测量法。由于沉降率测量法的弊端，因此对于一些小型盐雾腐蚀试验箱采用引出式测量法。该方法同样需要人为参与，虽然避免了盐雾试验箱的频繁开启，但由于管路对盐雾液的黏附以及沉积盐造成的管路堵塞，导致箱外读数误差增大。大型盐雾试验设备不适用引出式测量法，引出管路太长造成精度太低。针对盐雾沉降率测量监测技术，在标准更新时可以给出进一步的说明和要求。

3 试样摆放角度要求

盐雾试验过程中试样的摆放角度直接影响试样垂直方向的投影面积，从而导致试样表面沉积的盐溶液量发生变化。标准要求试样的被试表面与垂直方向夹角处于15° ～25°之间，并尽可能放置为20°［2，11］，也有一些标准要求试样的上表面与垂直方向的倾角应为15° ～30°［18］，国军标86 版要求试验样品按GJB150.186—86 中3.5.3 款的要求放置在试验箱（室）内。试验样品与试验箱（室）垂直平面处于15° ～30°放置。2009 版要求试件应按预期的贮存、运输或使用中的技术状态和取向来放置［13］。针对一些形状并不是十分规则的试样而言，可以采用不同放置状态，保障不同表面均能够对盐雾腐蚀均匀接受。在盐雾试验过程中针对标准板状样品，建议按照标准要求20°放置，对于不规则样品或者构件级甚至整车级样品则建议按照实际服役状态放置。

4 试样要求

4.1 试样尺寸及预处理要求

盐雾试验对试样的类型、数量、形状和尺寸等并无硬性要求，但试样存在尺寸效应现象，因此现有的盐雾试验标准GB／T 10125—2021 已将GB／T 10125—1997中参比试样的尺寸50 mm ×50 mm ×1 mm 改为150 mm×70 mm×1 mm［17］。

盐雾试验标准对试验开始前试样的预处理有要求。除特殊要求或规定以外，应在试验前将试样清洗干净，确保试件表面没有油、脂、尘等污物存在。根据试样表面状态选择不同的清洗方法，清洗过程磨料或溶剂不应对试样表面造成影响。GJB150.11A—2009对磨料提出了具体要求，尽量只选用纯的氧化镁作为磨料。试样在清洗后应注意避免裸手接触试样，手上的油脂会造成试样表面再次污染［2，13］。有些标准要求在清洗后试样应恢复到工作状态，重新涂上保护性油脂［6］。盐雾试验试样预处理清洗的原则是选用的清洁方法不会影响盐雾试验时盐雾对试样的腐蚀效果，不会因清洗而导致试样二次腐蚀［7］。

4.2 试样保护要求

对于带有覆盖层的试样，在进行试样切割时，试样切割区周围的覆盖层不能损坏。除特殊要求或规定以外，带有覆盖层试样的背板和边缘也要用待试产品或体系涂覆进行保护。如无法选用同样待试产品保护体系，也可使用如油漆、石蜡或胶带等保护试样切割区。根据GB／T 1771—2007 的要求，如果试样背面和边缘上的涂覆层与被试产品不同，所选择的覆盖层的耐蚀性就不应低于试样表面待试涂覆层的耐蚀性［2，11］。现行标准均未说明对切割区进行保护的规范操作，如油漆类型的选择，石蜡的融化时间、固化时间、封边长度要求，胶带的选型、粘贴方法等。盐雾试验开始前试样的预处理规范操作在标准更新时应给出进一步的说明和要求。

5 结 语

虽然盐雾试验要求简单，容易开展，但是盐雾试验标准中影响盐雾试验结果准确性及重现性的因素较多。如何更加规范地开展中性盐雾试验，最大限度地减小试验过程中的影响因素，使盐雾试验结果能真实科学地达到科研相关人员的试验目的，需要盐雾试验技术人员从专业知识和技能水平上不断提升，同时充分了解中性盐雾试验相关标准对于试验参数的要求。标准制定人员在制定及更新相关试验标准时，对于中性盐雾试验相关试验标准未涉及但可能影响盐雾试验结果的内容以及可进一步规范操作的条款给出更进一步的说明，确保盐雾试验结果的准确性及良好的重现性。