人們普遍認為，需要改進方法來評估鋼鐵上的有機涂層的腐蝕控制性能。既定的測試程序（主要是ASTM B 117鹽霧）的困難已經得到了很好的記錄，在此無需重述?？紤]到既定的涂層系統(tǒng)的廣泛變化，對可靠的短期測試程序的需求比以往任何時候都要大。由于日益嚴格的揮發(fā)性有機物(VOC)法規(guī)，現(xiàn)有涂料系統(tǒng)的配方可能會發(fā)生變化。更現(xiàn)實的測試程序將允許在新舊符合VOC的組合物之間進行有意義的性能比較，而不依賴于長期室外暴露結果。
一個"好的"或有意義的實驗室測試的最鍵的要求是，它要模擬實踐中所使用的材料的相對性能等級，并產生與現(xiàn)場經驗一致的失效模式。此外，一個有用的測試必須是可重復的，而且是合理的快速。目前，還沒有任何測試被證明能滿足這些要求。
雖然完全模擬戶外環(huán)境中眾多復雜的變量似平并不實際（甚至不可能），但一個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試協(xié)議。近年來，根據(jù)使用循環(huán)濕/干腐蝕室（即產生鹽霧的室與允許試樣干燥的室交替出現(xiàn)），已經報告了與外部結果的關聯(lián)性得到加強。電解質層從面板表面的這種循環(huán)潤濕和干燥被認為以比例如連續(xù)ASTM B 117鹽霧試驗更真實的方式對涂層施加應力，在連續(xù)ASTM B 117鹽霧試驗中，面板被放置在恒定的高相對濕度(RH)環(huán)境中(~ 97%)。至少，考慮到暴露在室外環(huán)境中的材料經常經歷類似的濕潤和干燥效應，濕/干循環(huán)因素的結合似乎是直觀合理的。還闡述了電解質成分的重要性(例如，結合銨和硫酸鹽物質來模擬工業(yè)環(huán)境中發(fā)生的腐蝕過程)。
盡管人們越來越認識到濕/干循環(huán)（或一股的循環(huán)應力因素)和電解液成分變量的重要性，但在整個油漆降解和腐蝕過程中，老化因素(如紫外線照射、水汽凝結)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發(fā)生的過程·因此認為這兩個過程可能有顯著的相關性似乎是合理的。例如，天氣導致的油漆有機粘合劑的降解可能會導致涂層表面更加親水，這可能會改變系統(tǒng)的潤濕時間和隨后的腐蝕特性。
其他影響可能包括以下方面：
加強了表面污染的保留和有害物種通過受天氣損害的涂層。
油漆物理特性的變化，如彈性，這可能會對后續(xù)的性能特征產生影響。
在降雨或冷凝期間，表面物質的可能稀釋以及相對“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)結合到一個單一的測試方法中的意義。結果表明，紫外光老化因素對有機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/老化試驗方法獲得的結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)(無老化因素)的數(shù)據(jù)進行了進一步比較。
研究了三種商業(yè)質量的工業(yè)防腐涂層系統(tǒng)（即帶有適當面漆的底漆），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)的進一步細節(jié)見表1。
所有涂層都使用自動空氣噴涂技術涂抹在經過噴砂處理的尺寸為3英寸×6英寸(8厘米×16厘米)冷軋鋼板試驗板上(經過清洗和脫脂)。在面漆之前，讓底漆固化24小時。 在測試之前，允許表面涂覆的面板固化整整一周。每個涂層板的下半部分用X穿過涂層向下劃到金屬基底。(暴露在海上場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。
研究了三個加速試驗：
標準的ASTMB117鹽霧，使用稀釋的（NH4）2SO4/NaCI基電解質進行
循環(huán)濕/干腐蝕測試，循環(huán)濕/干腐蝕試驗，納入老化因素（即，綜合腐蝕/老化試驗）
表2概述了這些測試程序的重要特征，下面對每種技術進行了更詳細的描述涂層系統(tǒng)在每個加速暴露環(huán)境中測試了2000小時。
在高溫(35 ℃)和高濕度(大約97% 的相對濕度)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的鹽霧(混合鹽)中，交替暴露于一小時的無鹽霧和高溫(35℃)中。這項工作中使用的電解質是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/小時的速度霧化 一個0.33米的試驗箱。面板暴露在與試驗箱內壁相連的架子上，與垂直方向成15-30度角。通過這種布置，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)電解質層。在這些干燥期間，也用調節(jié)流速的空氣吹掃機柜。這種循環(huán)濕/干試驗程序基本上是由Timmons在20世紀70年代開發(fā)的。為進行這種試驗而設計的試驗箱在市場上可以買到。
將面板暴露于200小時的濕/干腐蝕循環(huán)(如上所述)，然后暴露于200小時的紫外光冷凝，總共2000小時(即5個完整的濕/干/紫外光冷凝循環(huán))。對于該測試的老化部分，使用了符合ASTM G 53標準的標準紫外光冷凝柜。這里，使用UVA-340燈泡，在60℃下進行4小時的紫外線照射，然后在50℃下進行4小時的冷凝。
水工建筑物地點
在佛羅里達州東海岸(龐塞灣)的一個測試點，面板暴露在與垂直方向成45度角的地方長達27個月，面朝東。
工業(yè)場地
在俄亥俄州克利夫蘭市中心我們公司技術中心的屋頂上，電池板與垂直方向成45度角，面朝南，暴露了12個月。根據(jù)對裸鋼樣品進行的重量損失測量，該場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)。
幾乎無一例外，測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有關。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)場暴露試驗之后，涂覆面板的劃線區(qū)域的外觀。環(huán)氧樹脂/環(huán)氧樹脂系統(tǒng)是在工業(yè)環(huán)境中暴露12個月后先進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小時加速測試后以及在海洋和工業(yè)場所現(xiàn)場測試后的平均ASTM起泡(D，714)、銹透(D，610)和鉆蝕(D，1654)等級。在這些評級系統(tǒng)中，“10”表示表現(xiàn)全面，“0”表示完全失敗。
表3中還報告了總體性能指數(shù)，該指數(shù)是通過將氣泡尺寸、氣泡頻率、鉆蝕和銹透的各個等級相加而計算的。(ASTM對起泡頻率建議的描述性評級被轉換為數(shù)字評級，如下所示:無=10，很少=7.5，中等=5，中等密度=2.5，密度=0。)因此，較佳綜合評分是40分。
然后，使用總體性能值對的相對性能進行排名涂層系統(tǒng)(基于逐個測試)，如表4所示。
從表4中，可以觀察到幾個要點。
每種實驗室測試方法都會產生一個獨特的材料等級。這表明，這些試驗方法之間的差異(即連續(xù)NaCl鹽霧試驗、濕/干(NH4)2SO4/NaCl鹽霧試驗和結合老化因素的濕/干(NH4)2SO4/NaCl鹽霧試驗)導致這些有機涂層的腐蝕保護和降解特性有明顯的差異。在海洋和工業(yè)場地觀察到的等級是相似的，因為環(huán)氧樹脂/環(huán)氧樹脂板在兩個場地都表現(xiàn)出最嚴重的退化。
綜合腐蝕/老化試驗預測的等級與現(xiàn)場觀察到的等級最為一致。相比之下，鹽霧試驗準確地預測了實踐中觀察到的相反等級。使用來自濕/干腐蝕試驗的數(shù)據(jù)，不可能明確區(qū)分性能。
綜合腐蝕/老化試驗預測的等級與現(xiàn)場等級最為一致。
重要的是，從表3中的數(shù)據(jù)得出的這些等級與測試后涂層的整體視覺外觀一致，如圖1-5所示。
在海洋現(xiàn)場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（即在儲存或用手指按壓時不會塌陷），充滿了鐵銹，并被鄰近的腐蝕產品的流出物染成了橙褐色。在某些情況下，由于內部可見的固體腐蝕產物的積累，劃線發(fā)生了全面的提升。這些結果在圖4（a）-(c)中得到說明。如如圖5所示，在工業(yè)大氣試驗場1年后，在環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂系統(tǒng)上也觀察到了類似的劃線提升和與附近水泡有關的分層現(xiàn)象。.盡管在海洋現(xiàn)場暴露后，在乳膠乳膠樣品上觀察到排常輕微的產生絲狀腐蝕的趨勢圖4(c)，但在自然暴露環(huán)境中，這一般不會被發(fā)現(xiàn)是一個重要的失效模式。
在海上油田現(xiàn)場觀察到的降解模式通常與使用綜合腐蝕/老化試驗后觀察到的模式非常相似(圖3)。這是顯而易見的，特別是在2000小時的腐蝕/老化測試后，將海洋現(xiàn)場暴露與同等面板進行比較時。例如，對于環(huán)氧樹脂/環(huán)氧樹脂系統(tǒng)，現(xiàn)場和實驗室樣品都沿著劃線顯示出相對大的(直徑大于1 cm)、低輪廓的、充滿鐵銹的氣泡(“結疤”)。(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/老化測試后的性能比較表明，兩個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，并且僅在緊鄰劃線處有輕微的銹斑。(比較圖3(c)和圖4(c)。)
無論是鹽霧試驗還是循環(huán)濕/干腐蝕試驗(分別為圖1和圖2)，在再現(xiàn)現(xiàn)場測試后觀察到的故障類型方面都不是特別成功。濕/干腐蝕試驗產生了一些沿劃線的涂層提升，并有明顯的產生絲狀腐蝕的趨勢(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導致覆蓋在劃線上的松散附著的腐蝕產物的累積，對于乳膠/乳膠系統(tǒng)，在測試的1000小時內，通過在整個面板上形成水泡，產生了特別嚴重（和不現(xiàn)實）的涂層破裂。這些水泡的性質與在外部或暴露期間以及在腐蝕/老化測試期間沿著劃線形成的水泡不同。在鹽霧試驗中，水泡傾向于更多的半球形（即有更大的輪廓），并不像現(xiàn)場試驗后觀察到的那樣充滿了固體腐蝕產物，而是經常充滿了液體電解質·在鹽霧試驗或干/濕循環(huán)試驗中，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)場暴露后相對較好的性能，鹽霧測試在評估這些水性系統(tǒng)時似乎特別容易產生誤導。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可。
顯然，從上述結果來看，最有意義的性能評估是從結合了濕/干循環(huán)腐蝕和紫外光冷凝老化因素的測試中獲得的。因此，這種測試方法似乎比其他測試方法具有獨特的優(yōu)勢。然而，任何有用的實驗室加速試驗的一個重要要求是，它能夠區(qū)分同類密切相關的涂層的性能。缺乏這種敏感性的測試在產品開發(fā)研究中的價值有限，在產品開發(fā)研究中，經常需要知道涂料成分的微小變化將如何影響性能。
為了解決這個問題，進行了一項研究，其中使用循環(huán)腐蝕/老化試驗(如上所述)來評估一系列直接涂覆在噴砂清理過的鋼基底上的實驗性丙烯酸乳膠漆。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，在每個同等固化的板的下半部分切割劃線。
表5列出了5種實驗性涂層在經過1200小時的綜合腐蝕/老化試驗后的ASTM水泡、透銹和下切等級·這些單層樣本都在不同程度上表現(xiàn)出在遠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/老化試驗中的特點。這在圖6中對其中的3個涂層進行了說明，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，可以區(qū)分這些涂層的性能能力。對一般類似的涂層在海上暴露12個月后出現(xiàn)的失效模式的檢查進一步證明了這些結果的普逼“真實性"，因為這些涂層在遠離劃線的地方表現(xiàn)出類似的劃線起泡和銹蝕。
本文論證了在用于評估有機涂層腐蝕控制性能的加速實驗室試驗中加入老化因素的重要性。結合了紫外光冷凝老化因素的循環(huán)濕/干腐蝕試驗，在滿足有意義的加速試驗的要求方面顯示出顯著的前景。通過這種測試方法，在實踐中觀察到的等級和失效模式的改進再現(xiàn)是可能的。在這方面，濕/干腐蝕試驗，特別是連續(xù)鹽霧試驗并不令人滿意。此外，所描述的腐蝕/老化測試技術似乎具有產品開發(fā)項目應用所需的靈敏度。基于本研究獲得的結果，使用這種腐蝕/老化組合方法進行進一步研究似乎是有保證的。
