J Quill、J Gauntner、SFowler和J Regan

Q-Lab公司, 800 CanterburyRoad, Cleveland, Ohio 44145, USA

當涂層受紫外光照射發生老化時，常常更加不耐腐蝕。上世紀九十年代初，ISO和ASTM就發布了綜合老化腐蝕試驗方法。當前，該方法仍被視為確定工業防護涂層實用性的*的試驗方法。

本文回顧了不同工業防護涂層體系目前進行該試驗的結果，包括較低VOC有機化合物涂層，如水性丙烯酸涂層和硅基涂層。此外，一些行業專家針對腐蝕/老化試驗提出了他們的見解，同時推薦針對特殊應用而開發改進的試驗循環。

背景

加速腐蝕試驗是用于測試耐腐蝕性能的一個很好方法。在加速試驗中，相比實際使用環境，實驗室暴露條件與實際環境越接近，得到的數據則越有用。

傳統的、應用*泛的加速腐蝕方法是鹽霧法，即在35°C下連續噴霧，鹽溶液濃度為5%。該試驗方法（ASTM B117）在1914年左右shou次應用于腐蝕試驗。即使長期以來人們都知道傳統鹽霧法不能zui大程度地模擬實際使用環境，然而在很多材料規范中它都被列為bi備試驗方法。

上世紀六十年代初，工程師和科學家們就嘗試建立循環腐蝕試驗方法，以更準確地預估出材料的腐蝕性。相比傳統的穩態暴露方法，循環腐蝕試驗更具有現實意義。由于實際暴露環境通常包括潮濕和干燥兩種條件，因此應模擬這些自然循環條件進行實驗室加速試驗。研究證明，采用循環腐蝕試驗，材料的相對腐蝕率、結構和形態與戶外更接近。因此，相比傳統的鹽霧試驗，循環腐蝕試驗通常與戶外環境具有更好的相關性。

目前已設計開發出多種不同的循環腐蝕試驗方法。簡單循環法（如prohesion，該方法尤其適用于測定工業防護涂層）包括鹽霧和干燥條件之間的循環。更精密的方法則需要采用包含多個步驟的循環，除鹽霧和干燥外，還包括靜置、潮濕、飽和濕度或其它條件。這些試驗均采用潮濕/干燥循環，以開發模擬更接近戶外循環條件的實驗室條件。綜合老化腐蝕試驗方法是循環試驗的一種，由Sherwin Williams公司的研究人員于上世紀八十年代開發出，用于檢測工業防護涂層。

綜合老化腐蝕試驗

Sherwin Williams研究人員通過prohesion試驗研究三種涂層體系，發現prohesion方法無法區分以下涂層體系的耐腐蝕性（醇酸（鉻酸鋅防銹劑） – 醇酸外涂層；丙烯酸乳膠（偏硼酸鋇防銹劑）– 丙烯酸乳膠外涂層；環氧聚酰胺（磷酸鋅防銹劑） – 環氧聚酰胺外涂層）。

理論上，因紫外光曝曬，涂層的老化會相應降低耐腐蝕性能，因此需要開發設計出新的綜合老化腐蝕試驗方法。新的試驗方法綜合了prohesion（ASTM G85）和QUV紫外光曝曬兩種試驗方法（ASTM G154）。

在進行了新的綜合老化腐蝕循環試驗后，三個涂層體系的性能排序與實際使用環境的排序保持一致（見表1）。同時發現，綜合老化腐蝕方法，相比僅使用prohesion方法或傳統鹽霧方法，產品的總腐蝕程度和形態與戶外情況更接近。

表1：Sherwin Williams戶外與實驗室暴露的排序關系

Sherwin Williams的研究員Brian Skerry總結認為，綜合老化腐蝕試驗的排序結果與戶外的排序結果最為接近。但也不難推斷出，曝曬溫度、試驗時間和循環順序最好與最終應用環境相同。

綜合老化腐蝕試驗循環的試驗條件

綜合老化腐蝕試驗循環包括一周的prohesion試驗和一周的QUV加速老化試驗交替進行，試驗條件如表2所示。一般試驗持續約2000h。

表2：綜合老化腐蝕試驗循環的試驗條件

經過深入研究，證明綜合老化腐蝕試驗循環可對水性涂層的性能進行有效等級評估。該新方法于上世紀九十年代中期被ISO19977-1&2和ASTM D5894標準采用。顏色和光澤保持率數據均在ASTM D5894標準的測試方案中有所說明。

綜合老化腐蝕試驗方法的驗證

克利夫蘭涂層學會（CCS）、鋼結構油漆委員會（SSPC）和幾家制造商已對綜合老化腐蝕試驗進行了深入研究。研究已證明，相比其它加速腐蝕試驗，該試驗方法可更真實模擬表面腐蝕形貌、腐蝕產物形成和涂層性能差異。采用綜合試驗法得出的試驗結果與戶外評估結果更接近（見表3）。

鋼結構油漆委員會（SSPC）對15個不同涂層體系進行了試驗，包括醇酸、丙烯酸、環氧和聚氨酯體系。SSPC比較了綜合老化腐蝕試驗、傳統鹽霧試驗、采用5%氯化鈉溶液的循環鹽霧試驗、prohesion試驗和兩種循環浸泡試驗的結果與戶外31個月腐蝕的結果。

表3：不同試驗循環和實際海洋環境的相關性 

SSPC研究確認，綜合老化腐蝕試驗對戶外海洋暴露腐蝕的模擬最好。

克利夫蘭涂料技術學會（CSCT）研究了多個實驗室加速腐蝕試驗與嚴酷戶外應用環境的相關性。研究的加速試驗包括鹽霧（ASTM B117）、潮濕-干燥循環（5%鹽溶液）、prohesion和綜合老化腐蝕試驗。戶外試驗場包括新澤西州、北卡羅萊納州海岸、佛羅里達州、加利福尼亞內陸、加利福尼亞海岸、俄亥俄州、密蘇里州及俄勒岡州。試驗樣品是以冷軋鋼板為底材的9種涂層。

評估方法采用ASTM方法，評估漏電、生銹、起泡、絲狀腐蝕和鏡面光澤等項目。用spearman相關系數來比較戶外結果與實驗室結果。

比較起泡和表面生銹程度時，CSCT發現ASTMB117鹽霧法與戶外環境相關性不大。采用5%氯化鈉溶液的潮濕-干燥試驗法比B117鹽霧法的相關性稍好。綜合老化腐蝕試驗與大多數戶外試驗場的相關性較好。

美國國家公路與運輸協會（AASHTO）進行15個綜合老化腐蝕試驗循環，對專用于鋼鐵表面（如橋梁）的富鋅底漆的涂層體系進行評估。如Corbett所說：“ASTMB117（常被稱作“鹽霧"法），是腐蝕試驗*的行業標準，有些人認為該標準已過時，而傾向于使用ASTM D5894標準。ASTMD5894是循環腐蝕試驗方法，包括腐蝕試驗和紫外光曝曬，該方法與‘現實世界’環境條件更接近。"

綜合老化腐蝕試驗方法的修改

對于大氣腐蝕的模擬，ASTM D5894被*為是對傳統鹽霧試驗（B117）的實質性改進。然而很難用一種試驗方法充分模擬在復雜環境中（如內陸煉油廠）使用的涂層耐腐蝕性能。“在選擇試驗方案之前，第一步是要定義涂層的使用環境。"

多年來，許多研究人員對綜合老化腐蝕試驗方法進行修改，以適用于特定材料或應用。以下為幾個相關示例：

荒漠工業環境是非常特殊的一種情況。實踐證明，在科威特等工業區的條件下，涂層老化似乎比在西方國家更迅速，這些國家開發大部分涂層體系。在對11個工業涂層體系的研究中，將來自科威特工業地帶的五個區域的兩年半的數據及相關涂層性能與主要工業環境條件進行了比較。

實驗室試驗包括了對早期綜合老化腐蝕試驗方案進行的修改。采用了不同的循環和方案，以便更好地模擬科威特的工業環境。實驗室試驗綜合了采用5%氯化鈉溶液和3000ppm硫酸溶液進行100h的鹽霧試驗，然后室溫下干燥16h，再在QUV中60°C下紫外光照12h，40°C下冷凝12h。研究人員發現該試驗循環可提供與科威特工業環境相關性Ji好的條件。

國際集裝箱出租商協會（IICL）針對集裝箱涂層已采用更新的綜合老化腐蝕試驗方法進行試驗。由于集裝箱需要在海上運輸的特點，從而延長了腐蝕的潮濕時間（試驗規定在30°C下噴霧4h，在40°C下干燥2h）。

美國聯邦公路管理局發現ASTM D5894標準的“合理的試驗方法"是針對較熱氣候的，從而開發了針對較冷氣候的包含凍/融循環的更新暴露程序。其變更還包括了測試橋梁涂層的機械應力和考慮了熱循環。低溫暴露后，進行紫外光和冷凝循環，最后進行鹽霧和干燥循環。該循環條件參見法國標準NF T34–600–1997的附錄B。

Rohm & Haas公司對ASTMD5894試驗稍加修改，采用較低的冷凝和紫外光曝曬溫度。針對其涂層，Rohm & Hass“發現該循環試驗的結果與戶外暴露的結果更接近。"

結論

在開發20年后，工業專家仍一致認為，綜合老化腐蝕試驗方法是測試易受光照影響發生退化的涂層耐腐蝕性的最佳方法。該方法已經過一系列的相關加速和戶外試驗結果的驗證。

研究人員通過修改ASTM和ISO中的方法，加入酸性溶液、進行凍/融循環和其它調整，開發出與產品的最終使用環境更接近的試驗條件，對試驗結果進行了成功驗證。

Sherwin Williams公司的Skerry 對此進行了好的總結：“雖然強烈推薦（綜合老化腐蝕試驗方法），但這個實驗方法并不是萬能的。相關性的量化、試驗循環條件以及試驗步長因素優化方面，還有待進一步改善。盡管如此，該方法仍是目前最可行的試驗方法。它提供了多種可能性，使我們能針對特定用戶需求進行個性化修改。"