盐水喷雾试验箱的工作原理

盐水喷雾试验，又称“盐雾试验"，是一种主要用来评估材料（尤其是金属材料及其涂层）耐腐蚀性能的加速环境模拟试验。其核心工作原理可以概括为：通过人工模拟和强化海洋或含盐潮湿大气的腐蚀环境，来快速评估产品的抗腐蚀能力。

以下是其详细的工作原理分解：

一、 核心系统与工作流程

一台标准的盐水喷雾试验箱主要由箱体、喷雾系统、加热系统、饱和桶（饱和空气桶）和控制系统几大部分组成。

1. 喷雾系统 - 创造腐蚀环境
这是最核心的部分，负责产生并喷洒盐雾。

• 盐水溶液制备：首先，按照标准（如ASTM B117, ISO 9227）配制特定浓度的氯化钠（NaCl）溶液，通常是5%的质量分数，并使用去离子水或纯净水，以防止杂质干扰。

• 压缩空气供给：外接的空压机提供气源。

• 雾化过程：

• 压缩空气在进入喷雾器之前，会先通过一个饱和桶进行加温加湿。这一步至关重要，目的是使空气达到饱和状态，防止在喷雾过程中带走箱内的水分，从而保证试验条件的稳定和喷雾沉降量的均匀。

• 经过饱和桶处理的温湿压缩空气，在喷雾塔（喷嘴） 处与从盐水槽输送来的盐水溶液混合。

• 高速气流将盐水溶液吹散，形成非常细微的、雾状的盐雾，从塔顶向下喷洒。

2. 试验箱体 - 维持恒定环境

• 密封与保温：箱体具有良好的密封性和保温性，确保内部环境不受外界干扰。

• 加热与控温：箱内装有加热器和温度传感器，由控制系统精确控制，使箱内温度维持在一个恒定的标准温度（如35°C ± 2°C）。恒定的温度是保证腐蚀速率可重复、可对比的关键。

• 盐雾沉降：雾状的盐液滴在重力作用下均匀地沉降在放置在箱内的样品表面。标准要求盐雾的沉降率通常为 1.0 ~ 2.0 ml / 80 cm² · h。

3. 饱和桶系统 - 稳定试验条件

• 功能：如前所述，其主要功能是对压缩空气进行加温、加湿、过滤和净化。

• 重要性：如果不经过饱和桶，干燥的压缩空气进入箱内会吸收水分，导致箱内湿度下降、盐雾沉降率不稳定、甚至喷嘴处的盐水会因水分蒸发而结晶堵塞。饱和桶确保了试验条件的稳定性和可重复性。

4. 控制系统 - 大脑与神经

• 现代试验箱通常采用微电脑（PLC/触摸屏）控制，可以精确设定和监控：

• 试验箱温度

• 饱和桶温度

• 喷雾/停喷周期（用于循环腐蚀试验）

• 试验总时间

• 异常报警（如缺水、超温等）

二、 工作原理总结与流程图

我们可以用一个简化的流程图来概括：

配制盐水 (5% NaCl) → 压缩空气 → 饱和桶（加温加湿） → 与盐水混合于喷雾塔 → 产生细密盐雾 → 在恒温箱内均匀沉降于样品表面 → 持续模拟腐蚀环境

三、 盐雾腐蚀的机理

当盐雾沉降在样品表面时，会发生复杂的电化学腐蚀过程：

1. 形成电解液薄膜：盐雾液滴（含有Cl⁻离子）在样品表面形成一层导电的液膜。

2. 阳极反应：金属（如Fe）失去电子，被氧化成金属离子（Fe²⁺）溶解。Fe → Fe²⁺ + 2e⁻

3. 阴极反应：液膜中的氧气吸收电子，被还原成氢氧根离子（OH⁻）。O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

4. 腐蚀产物生成：Fe²⁺与OH⁻结合生成Fe(OH)₂，并进一步氧化成我们常见的红褐色铁锈Fe(OH)₃/Fe₂O₃·nH₂O。

其中，氯离子（Cl⁻）是腐蚀的“催化剂"，它体积小、活性高，能穿透金属表面的保护膜（如油漆、钝化层），与金属离子形成可溶性氯化物，加剧腐蚀进程，并导致“点蚀"等局部腐蚀。

四、 主要试验类型

基于上述原理，盐水喷雾试验箱可以进行多种测试：

• 中性盐雾试验（NSS）：常用，pH为中性（6.5~7.2），用于基本耐腐蚀性评估。

• 醋酸盐雾试验（AASS）：在盐水中加入冰醋酸，使pH值降低（约3.1~3.3），腐蚀速度更快。

• 铜加速醋酸盐雾试验（CASS）：在AASS基础上再加入氯化铜，进一步大幅加速腐蚀，用于快速检验装饰性镀层的质量。

总结

盐水喷雾试验箱的工作原理就是通过精密控制的喷雾、加热和饱和系统，在实验室内创造一个恒定、强化、可重复的盐雾环境，通过加速材料表面的电化学腐蚀过程，在短时间内（几天或几周）模拟出材料在自然环境中长期（数月或数年）使用后可能出现的腐蚀情况，从而为产品的质量改进、工艺筛选和耐久性评估提供重要依据。

需要注意的是，盐雾试验是一种加速对比试验，其结果与自然环境的真实腐蚀情况并非严格的线性关系，但它为不同材料或同一材料的不同处理工艺之间的耐腐蚀性能提供了快速、有效的相对比较手段