人們普遍認(rèn)為，需要改進(jìn)方法來(lái)評(píng)估鋼鐵上的有機(jī)涂層的腐蝕控制性能。既定的測(cè)試程序（主要是ASTM B 117鹽霧）的困難已經(jīng)得到了很好的記錄，在此無(wú)需重述。考慮到既定的涂層系統(tǒng)的廣泛變化，對(duì)可靠的短期測(cè)試程序的需求比以往任何時(shí)候都要大。由于日益嚴(yán)格的揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)法規(guī)，現(xiàn)有涂料系統(tǒng)的配方可能會(huì)發(fā)生變化。更現(xiàn)實(shí)的測(cè)試程序?qū)⒃试S在新舊符合VOC的組合物之間進(jìn)行有意義的性能比較，而不依賴于長(zhǎng)期室外暴露結(jié)果。
一個(gè)"好的"或有意義的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的最鍵的要求是，它要模擬實(shí)踐中所使用的材料的相對(duì)性能等級(jí)，并產(chǎn)生與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)一致的失效模式。此外，一個(gè)有用的測(cè)試必須是可重復(fù)的，而且是合理的快速。目前，還沒(méi)有任何測(cè)試被證明能滿足這些要求。
雖然完全模擬戶外環(huán)境中眾多復(fù)雜的變量似平并不實(shí)際（甚至不可能），但一個(gè)合理的方法是包括確定這些變量中最重要的變量并將其納入加速測(cè)試協(xié)議。近年來(lái)，根據(jù)使用循環(huán)濕/干腐蝕室（即產(chǎn)生鹽霧的室與允許試樣干燥的室交替出現(xiàn)），已經(jīng)報(bào)告了與外部結(jié)果的關(guān)聯(lián)性得到加強(qiáng)。電解質(zhì)層從面板表面的這種循環(huán)潤(rùn)濕和干燥被認(rèn)為以比例如連續(xù)ASTM B 117鹽霧試驗(yàn)更真實(shí)的方式對(duì)涂層施加應(yīng)力，在連續(xù)ASTM B 117鹽霧試驗(yàn)中，面板被放置在恒定的高相對(duì)濕度(RH)環(huán)境中(~ 97%)。至少，考慮到暴露在室外環(huán)境中的材料經(jīng)常經(jīng)歷類似的濕潤(rùn)和干燥效應(yīng)，濕/干循環(huán)因素的結(jié)合似乎是直觀合理的。還闡述了電解質(zhì)成分的重要性(例如，結(jié)合銨和硫酸鹽物質(zhì)來(lái)模擬工業(yè)環(huán)境中發(fā)生的腐蝕過(guò)程)。
盡管人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到濕/干循環(huán)（或一股的循環(huán)應(yīng)力因素)和電解液成分變量的重要性，但在整個(gè)油漆降解和腐蝕過(guò)程中，老化因素(如紫外線照射、水汽凝結(jié))的影響仍未得到重視。由于油漆制金屬界面的腐蝕和漆膜的老化是在自然界中同時(shí)發(fā)生的過(guò)程·因此認(rèn)為這兩個(gè)過(guò)程可能有顯著的相關(guān)性似乎是合理的。例如，天氣導(dǎo)致的油漆有機(jī)粘合劑的降解可能會(huì)導(dǎo)致涂層表面更加親水，這可能會(huì)改變系統(tǒng)的潤(rùn)濕時(shí)間和隨后的腐蝕特性。
其他影響可能包括以下方面：
加強(qiáng)了表面污染的保留和有害物種通過(guò)受天氣損害的涂層。
油漆物理特性的變化，如彈性，這可能會(huì)對(duì)后續(xù)的性能特征產(chǎn)生影響。
在降雨或冷凝期間，表面物質(zhì)的可能稀釋以及相對(duì)“干凈”的水沉積在涂漆表面的其他影響。
在早期的一篇論文中，研究了將老化和腐蝕循環(huán)結(jié)合到一個(gè)單一的測(cè)試方法中的意義。結(jié)果表明，紫外光老化因素對(duì)有機(jī)漆膜的腐蝕性能有顯著影響。本文的目的是比較從組合循環(huán)腐蝕/老化試驗(yàn)方法獲得的結(jié)果與從室外暴露獲得的數(shù)據(jù)。還與ASTM B 117鹽霧和濕/干腐蝕循環(huán)(無(wú)老化因素)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步比較。
研究了三種商業(yè)質(zhì)量的工業(yè)防腐涂層系統(tǒng)（即帶有適當(dāng)面漆的底漆），代表重要的通用涂料類型(催化環(huán)氧聚酰胺·丙烯酸乳膠和醇酸)這些涂層系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)見(jiàn)表1。
所有涂層都使用自動(dòng)空氣噴涂技術(shù)涂抹在經(jīng)過(guò)噴砂處理的尺寸為3英寸×6英寸(8厘米×16厘米)冷軋鋼板試驗(yàn)板上(經(jīng)過(guò)清洗和脫脂)。在面漆之前，讓底漆固化24小時(shí)。 在測(cè)試之前，允許表面涂覆的面板固化整整一周。每個(gè)涂層板的下半部分用X穿過(guò)涂層向下劃到金屬基底。(暴露在海上場(chǎng)地的面板用一條直線劃線，沿著面板垂直延伸。)在所有情況下，面板都是一式兩份。
研究了三個(gè)加速試驗(yàn)：
標(biāo)準(zhǔn)的ASTMB117鹽霧，使用稀釋的（NH4）2SO4/NaCI基電解質(zhì)進(jìn)行
循環(huán)濕/干腐蝕測(cè)試，循環(huán)濕/干腐蝕試驗(yàn)，納入老化因素（即，綜合腐蝕/老化試驗(yàn)）
表2概述了這些測(cè)試程序的重要特征，下面對(duì)每種技術(shù)進(jìn)行了更詳細(xì)的描述涂層系統(tǒng)在每個(gè)加速暴露環(huán)境中測(cè)試了2000小時(shí)。
在高溫(35 ℃)和高濕度(大約97% 的相對(duì)濕度)下，面板以與垂直方向成15到30度的角度暴露在5（重量）%的中性氯化鈉溶液中，連續(xù)沉積。
在環(huán)境溫度下，將面板暴露于一小時(shí)的鹽霧(混合鹽)中，交替暴露于一小時(shí)的無(wú)鹽霧和高溫(35℃)中。這項(xiàng)工作中使用的電解質(zhì)是0.35%(重量)的(NH)2SO4，0.05%(重量)的NaCl溶液，霧化后pH值為微酸性(5.2)。電解液以大約600毫升/小時(shí)的速度霧化 一個(gè)0.33米的試驗(yàn)箱。面板暴露在與試驗(yàn)箱內(nèi)壁相連的架子上，與垂直方向成15-30度角。通過(guò)這種布置，面板被定位在位于室壁中的電阻加熱器附近。電阻加熱器在干燥期間被激活，從而從面板表面蒸發(fā)電解質(zhì)層。在這些干燥期間，也用調(diào)節(jié)流速的空氣吹掃機(jī)柜。這種循環(huán)濕/干試驗(yàn)程序基本上是由Timmons在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的。為進(jìn)行這種試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)箱在市場(chǎng)上可以買到。
將面板暴露于200小時(shí)的濕/干腐蝕循環(huán)(如上所述)，然后暴露于200小時(shí)的紫外光冷凝，總共2000小時(shí)(即5個(gè)完整的濕/干/紫外光冷凝循環(huán))。對(duì)于該測(cè)試的老化部分，使用了符合ASTM G 53標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)紫外光冷凝柜。這里，使用UVA-340燈泡，在60℃下進(jìn)行4小時(shí)的紫外線照射，然后在50℃下進(jìn)行4小時(shí)的冷凝。
水工建筑物地點(diǎn)
在佛羅里達(dá)州東海岸(龐塞灣)的一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，面板暴露在與垂直方向成45度角的地方長(zhǎng)達(dá)27個(gè)月，面朝東。
工業(yè)場(chǎng)地
在俄亥俄州克利夫蘭市中心我們公司技術(shù)中心的屋頂上，電池板與垂直方向成45度角，面朝南，暴露了12個(gè)月。根據(jù)對(duì)裸鋼樣品進(jìn)行的重量損失測(cè)量，該場(chǎng)地的條件具有腐蝕性(例如，低碳鋼的去除率[短期]通常大于50微米/年)。
幾乎無(wú)一例外，測(cè)試后觀察到的所有故障(加速和自然)都與沿著面板劃線的腐蝕和分層效應(yīng)有關(guān)。圖1-4分別示出了在鹽霧、循環(huán)濕/干腐蝕、組合腐蝕/老化和海洋現(xiàn)場(chǎng)暴露試驗(yàn)之后，涂覆面板的劃線區(qū)域的外觀。環(huán)氧樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)是在工業(yè)環(huán)境中暴露12個(gè)月后先進(jìn)顯示出任何降解跡象的材料。這種退化如圖5所示。
表3顯示了涂層系統(tǒng)在2000小時(shí)加速測(cè)試后以及在海洋和工業(yè)場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后的平均ASTM起泡(D，714)、銹透(D，610)和鉆蝕(D，1654)等級(jí)。在這些評(píng)級(jí)系統(tǒng)中，“10”表示表現(xiàn)全面，“0”表示完全失敗。
表3中還報(bào)告了總體性能指數(shù)，該指數(shù)是通過(guò)將氣泡尺寸、氣泡頻率、鉆蝕和銹透的各個(gè)等級(jí)相加而計(jì)算的。(ASTM對(duì)起泡頻率建議的描述性評(píng)級(jí)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字評(píng)級(jí)，如下所示:無(wú)=10，很少=7.5，中等=5，中等密度=2.5，密度=0。)因此，較佳綜合評(píng)分是40分。
然后，使用總體性能值對(duì)的相對(duì)性能進(jìn)行排名涂層系統(tǒng)(基于逐個(gè)測(cè)試)，如表4所示。
從表4中，可以觀察到幾個(gè)要點(diǎn)。
每種實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的材料等級(jí)。這表明，這些試驗(yàn)方法之間的差異(即連續(xù)NaCl鹽霧試驗(yàn)、濕/干(NH4)2SO4/NaCl鹽霧試驗(yàn)和結(jié)合老化因素的濕/干(NH4)2SO4/NaCl鹽霧試驗(yàn))導(dǎo)致這些有機(jī)涂層的腐蝕保護(hù)和降解特性有明顯的差異。在海洋和工業(yè)場(chǎng)地觀察到的等級(jí)是相似的，因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂板在兩個(gè)場(chǎng)地都表現(xiàn)出最嚴(yán)重的退化。
綜合腐蝕/老化試驗(yàn)預(yù)測(cè)的等級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)觀察到的等級(jí)最為一致。相比之下，鹽霧試驗(yàn)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了實(shí)踐中觀察到的相反等級(jí)。使用來(lái)自濕/干腐蝕試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，不可能明確區(qū)分性能。
綜合腐蝕/老化試驗(yàn)預(yù)測(cè)的等級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)等級(jí)最為一致。
重要的是，從表3中的數(shù)據(jù)得出的這些等級(jí)與測(cè)試后涂層的整體視覺(jué)外觀一致，如圖1-5所示。
在海洋現(xiàn)場(chǎng)暴露的所有樣品都被發(fā)現(xiàn)在與面板劃線相鄰的區(qū)域形成水泡·這些水泡是穩(wěn)定的（即在儲(chǔ)存或用手指按壓時(shí)不會(huì)塌陷），充滿了鐵銹，并被鄰近的腐蝕產(chǎn)品的流出物染成了橙褐色。在某些情況下，由于內(nèi)部可見(jiàn)的固體腐蝕產(chǎn)物的積累，劃線發(fā)生了全面的提升。這些結(jié)果在圖4（a）-(c)中得到說(shuō)明。如如圖5所示，在工業(yè)大氣試驗(yàn)場(chǎng)1年后，在環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)上也觀察到了類似的劃線提升和與附近水泡有關(guān)的分層現(xiàn)象。.盡管在海洋現(xiàn)場(chǎng)暴露后，在乳膠乳膠樣品上觀察到排常輕微的產(chǎn)生絲狀腐蝕的趨勢(shì)圖4(c)，但在自然暴露環(huán)境中，這一般不會(huì)被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重要的失效模式。
在海上油田現(xiàn)場(chǎng)觀察到的降解模式通常與使用綜合腐蝕/老化試驗(yàn)后觀察到的模式非常相似(圖3)。這是顯而易見(jiàn)的，特別是在2000小時(shí)的腐蝕/老化測(cè)試后，將海洋現(xiàn)場(chǎng)暴露與同等面板進(jìn)行比較時(shí)。例如，對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室樣品都沿著劃線顯示出相對(duì)大的(直徑大于1 cm)、低輪廓的、充滿鐵銹的氣泡(“結(jié)疤”)。(比較圖3(a)和圖4(a))此外，膠乳/膠乳體系在海洋暴露后和腐蝕/老化測(cè)試后的性能比較表明，兩個(gè)樣品都僅顯示出非常小的充滿鐵銹的氣泡(直徑小于或等于2 mm)，粘附力損失可忽略不計(jì)，并且僅在緊鄰劃線處有輕微的銹斑。(比較圖3(c)和圖4(c)。)
無(wú)論是鹽霧試驗(yàn)還是循環(huán)濕/干腐蝕試驗(yàn)(分別為圖1和圖2)，在再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后觀察到的故障類型方面都不是特別成功。濕/干腐蝕試驗(yàn)產(chǎn)生了一些沿劃線的涂層提升，并有明顯的產(chǎn)生絲狀腐蝕的趨勢(shì)(例如，圖2（c)）。在這種循環(huán)的濕/干腐蝕環(huán)境中形成的絲狀腐蝕故障與其他工人的發(fā)現(xiàn)是一致的。在鹽霧室中的暴露通常會(huì)導(dǎo)致覆蓋在劃線上的松散附著的腐蝕產(chǎn)物的累積，對(duì)于乳膠/乳膠系統(tǒng)，在測(cè)試的1000小時(shí)內(nèi)，通過(guò)在整個(gè)面板上形成水泡，產(chǎn)生了特別嚴(yán)重（和不現(xiàn)實(shí)）的涂層破裂。這些水泡的性質(zhì)與在外部或暴露期間以及在腐蝕/老化測(cè)試期間沿著劃線形成的水泡不同。在鹽霧試驗(yàn)中，水泡傾向于更多的半球形（即有更大的輪廓），并不像現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后觀察到的那樣充滿了固體腐蝕產(chǎn)物，而是經(jīng)常充滿了液體電解質(zhì)·在鹽霧試驗(yàn)或干/濕循環(huán)試驗(yàn)中，涂層劃線區(qū)域周圍形成的充滿鐵銹的水泡并不明顯。
基于乳膠系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)暴露后相對(duì)較好的性能，鹽霧測(cè)試在評(píng)估這些水性系統(tǒng)時(shí)似乎特別容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。值得注意的是，乳膠涂料的耐鹽霧性較差，這在一定程度上說(shuō)明了為什么一般人不愿意指定這種水性涂料在腐蝕性環(huán)境中使用。然而，這些水性系統(tǒng)的高性能能力正日益被認(rèn)可。
顯然，從上述結(jié)果來(lái)看，最有意義的性能評(píng)估是從結(jié)合了濕/干循環(huán)腐蝕和紫外光冷凝老化因素的測(cè)試中獲得的。因此，這種測(cè)試方法似乎比其他測(cè)試方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，任何有用的實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的一個(gè)重要要求是，它能夠區(qū)分同類密切相關(guān)的涂層的性能。缺乏這種敏感性的測(cè)試在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究中的價(jià)值有限，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究中，經(jīng)常需要知道涂料成分的微小變化將如何影響性能。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了一項(xiàng)研究，其中使用循環(huán)腐蝕/老化試驗(yàn)(如上所述)來(lái)評(píng)估一系列直接涂覆在噴砂清理過(guò)的鋼基底上的實(shí)驗(yàn)性丙烯酸乳膠漆。這些涂層(稱為涂層A、B、C、D和E)僅在組成細(xì)節(jié)上略有不同。使用#75線繞刮涂棒以1.5(+0.25密耳[38+6微米])的等效干膜厚度制備涂覆的板。如前所述，在每個(gè)同等固化的板的下半部分切割劃線。
表5列出了5種實(shí)驗(yàn)性涂層在經(jīng)過(guò)1200小時(shí)的綜合腐蝕/老化試驗(yàn)后的ASTM水泡、透銹和下切等級(jí)·這些單層樣本都在不同程度上表現(xiàn)出在遠(yuǎn)離劃線的地方形械銹斑，以及在緊鄰劃線的地方形成充滿銹跡的水泡·這是在綜合腐蝕/老化試驗(yàn)中的特點(diǎn)。這在圖6中對(duì)其中的3個(gè)涂層進(jìn)行了說(shuō)明，它顯示了在初始配方(圖6(a)上加入腐蝕抑制劑(圖6(b)和不同的附加劑(圖6c)的效果。使用組合腐蝕耐候試驗(yàn)，可以區(qū)分這些涂層的性能能力。對(duì)一般類似的涂層在海上暴露12個(gè)月后出現(xiàn)的失效模式的檢查進(jìn)一步證明了這些結(jié)果的普逼“真實(shí)性"，因?yàn)檫@些涂層在遠(yuǎn)離劃線的地方表現(xiàn)出類似的劃線起泡和銹蝕。
本文論證了在用于評(píng)估有機(jī)涂層腐蝕控制性能的加速實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中加入老化因素的重要性。結(jié)合了紫外光冷凝老化因素的循環(huán)濕/干腐蝕試驗(yàn)，在滿足有意義的加速試驗(yàn)的要求方面顯示出顯著的前景。通過(guò)這種測(cè)試方法，在實(shí)踐中觀察到的等級(jí)和失效模式的改進(jìn)再現(xiàn)是可能的。在這方面，濕/干腐蝕試驗(yàn)，特別是連續(xù)鹽霧試驗(yàn)并不令人滿意。此外，所描述的腐蝕/老化測(cè)試技術(shù)似乎具有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目應(yīng)用所需的靈敏度?；诒狙芯揩@得的結(jié)果，使用這種腐蝕/老化組合方法進(jìn)行進(jìn)一步研究似乎是有保證的。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
