划线腐蚀试验的数字化测量.pdf
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1、期四第年O材建海术技新料材新P1息信闻新沿前技科划线腐蚀试验的数字化测量宋元(上海建科检验有限公司,上海2 0 110 0)摘要:为了验证金属材料的抗腐蚀能力,常采用盐雾腐蚀试验来评估产品的使用寿命。对样品进行盐雾试验处理后,分别采用传统手工测量和光学非接触测量方法评价其划线腐蚀宽度。结果表明:通过数字化测量方法能够减少人工目视判断对结果的影响,提高试验结果的准确性和稳定性,为金属自然实际使用年限的预判提供有力支持。关键词:金属腐蚀;盐雾试验;划线腐蚀宽度;数字化测量中图分类号:TM506文献标志码:A文章编号:10 0 6-117 7(2 0 2 3)0 4-17-2 0doi:10.396
2、9/j.issn.1006-1177.2023.04.003Digital Measurement of Scribing Corrosion TestSONG Yuan(Shanghai Jianke Inspection Co.,Ltd.,Shanghai 201100,China)Abstract:The salt spray test is a critical method in laboratory environment simulation.It simulates the cor-rosion effect of materials in the natural enviro
3、nment for several years in a short time.Two important means to e-valuate the corrosion resistance of paint film are marking the surface of a finished product,and evaluating thescribing corrosion width after the salt spray test of the sample.In the past,the scribing corrosion measurementwas conducted
4、 manually,and the corrosion width was measured by a ruler,which contributed to errors in the test re-sults.This paper aims to reduce the influence of manual visual judgment on the evaluation results and improve theaccuracy and the stability of the test results using a digital measurement method.Keyw
5、ords:metal corrosion;salt spray test;scribing corrosion width;digital measurement0引言金属腐蚀包括电化学腐蚀、化学腐蚀和物理腐蚀三大类,其中电化学腐蚀是最普遍的腐蚀。对于常见的金属材料,如钢铁而言,铁作为阳极,碳作为阴极,在潮湿空气中钢铁表面吸附的水膜往往含有各种离子,从而形成电解液,因此铁和碳组成无数微小的原电池,发生电化学腐蚀。以钢筋为例,其电化学腐蚀过程的电极反应式如下叫阳极:FeFe2+2e(1)阴极:02+2H,0+4e40H-(2)阳极表面二次化学过程:Fe2+20H-Fe(OH)2(3)4Fe(OH
6、)2+02+2H,04Fe(OH)3(4)为预防金属腐蚀,目前常见的方法是对金属表面进行涂层防护处理,以有效提升产品的抗腐蚀能力。为验证其抗腐蚀能力,常采用盐雾腐蚀试验来评估产品的使用寿命。盐雾腐蚀试验被广泛用于研究金属制品的耐腐蚀性能和涂层的可靠性。在盐雾环境中,雾粒随气流弥散,在金属表面聚集形成电解质溶液,从而发生电化学腐蚀反应。由于盐雾腐蚀试验能够较好地模拟盐雾环境对试验样品进行均匀腐蚀,因此得到了广泛的应用 2 。期四第年0材建海术技新料材新P18息信闻新沿前技科盐雾腐蚀试验中,最常用的方法是中性盐雾试验(NS S),该试验方法为被测产品提供了盐腐蚀环境,且腐蚀环境的pH值为6.2 7
7、.5。由于NSS的腐蚀强度不高,多用于金属及其合金、转化膜和阳极氧化膜等抗腐蚀能力的评价。对于铜+镍+铬或镍+铬装饰性镀层等不容易受到腐蚀的样品,需要采用更严格的方法进行评价。为此,衍生出了乙酸盐雾试验(AASS)和铜加速乙酸盐雾试验(CASS)2种方法,AASS在与NSS相同的CI-浓度基础上,将腐蚀环境pH值降至3.1 3.3,而CASS则将在pH值为3.1 3.3 的基础上,进一步提升CI-浓度。在盐雾腐蚀的评价中,划线处理是重要的手段,GB/T307892015色漆和清漆涂层老化的评价缺陷的数量和大小以及外观均匀变化程度的标识适用于评价人工加速老化引起的缺陷和变化4。该系列标准的第8
8、部分GB/T30789.82015规定了划线或其他人造缺陷周边剥离和腐蚀等级的评定。划线是指腐蚀试验前,通过划刀对涂层样品进行划线,确保涂层样品露出金属底材。根据GB/T30789.82015标准,划线腐蚀试验的评定基于腐蚀宽度的测量,而划线腐蚀宽度是通过目视观察来判断腐蚀区域,再结合直尺进行测量,该方法高度依赖人工目视判断,对测试人员的要求较高。由于盐雾腐蚀测试属于加速腐蚀,其腐蚀强度比自然使用下的腐蚀强度高数百倍,因此能在短时间内模拟出产品使用数月甚至数年的结果。人工判断误差虽然看似不大,但在实际使用中,有可能差别数月之久,这不仅影响了产品的研发过程,也降低了实验室测试的可信度。因此,本文
9、开发了一种数字化测量方法,以减少人工目视判断对评定结果的影响,提高试验结果的准确度与稳定性。1测量方法针对自由曲面的几何尺寸、粗糙度等参数的高精度测量技术手段主要有两大类。传统方法是探针式接触测量,这种方法对测量力、测量时间的要求较高,而且因为需要进行测头半径的补偿,因此对被测材料也有要求,比如当划线腐蚀的宽度较小时,该方法测量效果较差,存在局限性。针对这种情况,研究人员提出了光学非接触测量技术来改善以上问题。光学非接触测量方法主要有三角法、离焦法、轴向位移转换法、双目立体视觉法、干涉法和光纤法等,其中最常用的是三角法。光学非接触测量方法的关键是对人射光的控制,因此行业内提出了点光源入射、线光
10、源人射与栅光源入射3种人射形式。以点光源入射为例,其测量原理如图1所示。其中,为投影光轴与成像物镜光轴的夹角,为光电探测器受光面与成像物镜光轴的夹角,d为物体表面点到成像物镜的距离,d为成像物镜到光电探测器受光面点的距离,为物体表面点的深度变化,为该点在光电探测器受光面上对应的距离变化。因此,可以通过光电探测器受光面上的光点位置得到物体表面点的位置。激光器光 物镜ddo表面图1三角法测量原理图(点光源入射)(Fig.1 Schematic diagram of triangulation method(point light source incidence)针对一些需要获得三维曲面的情况,使
11、用线光源人射的三角传感系统将更有优势。如图2 所示,只需让试样平台沿着规定方向移动,就可以实现投影光在物体表面的扫描,同时光电探测器受光面接收成像。在三维曲面的读取中,深度变化尤为关键。由于物体表面高低不同,每条投影线在光电探测器受光面上的像为曲线,计算该曲线上像素点偏离基线的位置即可得到物体表面的深度变化。电荷耦合器件光束透镜桌面移动方向图2 三角法测量原理图(线光源入射)(Fig.2 Schematic diagram of triangulation method(incidenceof linearlight source)期四第年材建海术技新料材新P19息信闻新沿前技科基于以上原理,
12、采用光学非接触测量装置对划线腐蚀数据进行采集,结果如图3 所示。相比于传统的测量方法,采用光学非接触测量方法表征的划线腐蚀更加明显,对比度更突出,以往通过目视检查无法准确判断的集中腐蚀点和扩散点,在光学非接触测量方法下能够清晰得到。从图3(a)可以看出,腐蚀试验后,样品没有发生扩线腐蚀,划痕与漆膜接触部分状态良好,相比于传统方法能更直接地证明漆膜的抗腐蚀能力。从图3(b)可以看出,腐蚀试验后,样品表面发生了明显的扩蚀,腐蚀沿着划线区向两侧延伸,且不同区域的腐蚀速率和腐蚀程度并不一致,这些表征数据有助于优化后续产品的表面质量。(a)扩蚀不明显的划线腐蚀样品(b)扩蚀明显的划线腐蚀样品图3 扩蚀不
13、明显与扩蚀明显的划线腐蚀样品(Fig.3 Scribing corrosion sample&diffusion-markedcorrosion sample with inconspicuous expansion)2试验介绍2.1试验装置光学非接触测量装置由光电探测器和运动机台组成。光电探测器为LMITechnologies公司生产的Goca-torMC2510X线激光轮廓传感器;运动机台为上海美城智能科技有限公司生产的MC-LAB-SMX300型3 D试验平台,重复定位精度达0.0 0 5mm;数据处理软件为Gocator Emulator 6.1.32.12盐雾试验箱为上海热策电子科技
14、有限公司生产的D6-1PRO盐雾腐蚀试验箱。2.2试验样品及试验方法试验样品板为经过锌系磷化的碳钢板,划痕符合GB/T307862014色漆和清漆腐蚀试验用金属板涂层划痕标记导则的要求研究分析3 种划痕样品,分别为1种盐雾试验前的划痕(未腐蚀,命名为样品A)和2 种盐雾试验后的划痕(扩蚀不明显,命名为样品B;扩蚀明显,命名为样品C)。其中,样品A经过7 2 h酸性盐雾试验后得到样品B,为便于观察效果,样品A、B的划线宽度比样品C更宽。为确保7 2 h测试时间内即可实现腐蚀效果差异化,试验采用腐蚀强度较高的酸性盐雾腐蚀。腐蚀条件如下:盐溶液质量浓度为(50 5)g/L,pH值为3.1 3.3,沉
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