钢磨料中的可溶性盐对钢材表面喷砂处理的影响
2015-09-06 11:48:00
作者：本网整理来源：
在对钢材表面造成影响的各种因素中，钢铁表面可溶盐的存在是使保护涂层过早失效的一个主要原因，如图1所示。根据历史数据显示，其造成失效的概率高达60%。
过去已经就钢材表面可溶性盐标准与涂层性能之间的关联进行了一系列研究，同时在这些研究中根据涂层和操作环境对各种规范和指导意见进行了定义。但是，几乎很少有研究涉及在喷磨处理期间，钢磨料中所含可溶性盐的浓度对钢铁表面造成污染的影响。
1可溶性盐简介
在我们生活的环境中充满了可溶盐污染物，其来源包括天然的和人为两种。几乎每一个物体表面都受到一定程度的盐污染。
美国防护涂料协会（SSPC）将可溶性盐定义为“一种溶解在水中，形成正离子和负离子溶液的离子化合物”。通常来说，我们平时遇到的造成腐蚀最多的盐为氯化物、硫酸盐和硝酸盐，当然特定的行业可能还会存在一些特殊情况。
这些盐会对钢铁表面造成各种影响，其中之一就是这些盐会从自然环境中吸取水分。因为所有的聚合物在某种程度上都是可透水的，因此这就会增加钢铁和涂层交界处的渗透压，导致涂层起泡和剥离，见图2。
目前主要有几种现场方法来测试并确定污染的水平。其中一种是从钢表面提取污染物的方法，称为Bresle法，在ISO 8502-6标准中有该方法的描述。这种方法的步骤主要包括，在钢表面贴一个盐分测试贴片，使用注射器使蒸馏水与钢接触，并溶解盐分。为了对污染物进行后续分析，我们可以使用ISO 8502-9标准来确定盐的总表面密度。
可以确定的是，无论盐的含量有多少，都会对涂层的整体寿命造成损害。表面的可溶性盐越少，涂层的性能就越好。但事实上很难设定出一个合适的标准，因为不同类型的涂层和涂层厚度对可溶性盐降解的敏感性是不同的。因此人们普遍接受的标准是，可溶性盐在30mg/m2的水平之下就可以算是比较理想的。
在ISO/TR 15235：2001文件中所提出的限制和指导水平是不同的，但因为它本身是一份技术报告，而不是一个标准，因此我们可以将其视为一种指导意见。
鉴于适用于石油和天然气工业（管道涂层）的ISO 21809-1：2011国际标准规定，符合标准文件 ISO 8502-6和ISO 8502-9的钢管在喷砂之后最大的可溶性盐允许标准限度为20 mg/m2。
2 钢磨料中的可溶性盐
可溶性盐存在于研磨剂中。即使是在充分执行喷砂后，如果可溶性盐浓度过高，仍可能导致腐蚀的发生。
本文主要关注的研究对象为钢磨料，文中介绍的磨料是由W集团生产的A品牌磨料。W公司是世界钢铁磨料生产的领导者，旗下销售的主要磨料品牌为A，该公司也一直希望能够对行业中关于可溶性盐影响的研究贡献出自己的一份力量。
在喷砂的操作过程中，磨料可引起氯化物、硫酸盐、氟化物等污染，而表面处理过程中清洗水中氯化物和可溶性缓蚀剂也会引起污染。在工厂内的环境条件下可能会进一步提高可溶性盐的浓度。包装和存储所提供的隔离条件也需要考虑在内。
可溶性盐的测定是通过电导率试验间接进行的，以下为ASTM D4940规定的方法：将磨料和纯水组合成悬浮液，对其进行搅拌，使可溶性盐（氯化物、硫酸盐、硝酸盐等）从磨料中分离出来。随后过滤该悬浮液，同时测试滤液的电导率。相较于Bresle电导率试验，该方法并没有鉴定离子的种类。
电导率值以mS/cm为单位给出，该单位等同于mmho/cm。根据SSPC-AB-3国际标准，最大允许值为1000mS/cm。然而若根据ASTM D4940标准，“高水平的导电性污染的典型数值为500mS/cm。较低污染水平的典型数值为50mS/cm。”
必须指出的是，如果可以充分执行热处理工艺，如空气冷却淬火，则可以减少可溶性盐的水平。相较于低碳磨料（碳含量约为0.1％），这也是高碳磨料（碳含量约1％）所具有的一个潜在优势。
3 研究的目的和方法
这项研究的目的是检查磨料的导电性转移到喷砂表面的程度，并将所得结果与表面预处理行业的要求进行对比。
为此，我们使用A磨料样品和其竞争对手的磨料样品，基于以下条件对一块钢板进行喷砂：
分析条件：
4 研究结果
4.1 钢磨料
两种磨料在化学成分、硬度、尺寸和显微组织上都没有显示出相关的差异。发现的主要差异主要体现在盐污染水平上，如表2所示。
4.2 钢板
关于表面属性，两种磨料所得到的粗糙度值相似（Rz的范围在80?90mm，Pc的范围在70?80peaks/cm之间），这表明两者得到涂层的粘附强度是相似的，假设条件是两种情况下的除锈等级都为Sa 2 1/2。
关于可溶性盐造成的表面污染，表3示出了可溶盐污染物的水平，单位为mg/m2。
由数据可见，竞争者磨料中的可溶性盐转移到钢板，导致一个27mg/m2>20 mg/m2的平均值，因此超出ISO 21809标准规定的管面涂层规格。
而使用A磨料喷砂的区域，显示出了较初始钢板更低水平的可溶盐污染物。
5 结论
钢磨料中的可溶性盐主要通过电导率测试法进行检测，可溶性盐会污染喷砂表面，造成涂层下金属腐蚀和涂层失效。
W公司的A品牌磨料的生产制造采用先进的技术，因此其显示出的可溶性盐浓度很低，确保了表面处理的风险大大降低，也防止涂层过早受到破坏。
图1：可溶性盐造成的表面腐蚀
过去已经就钢材表面可溶性盐标准与涂层性能之间的关联进行了一系列研究，同时在这些研究中根据涂层和操作环境对各种规范和指导意见进行了定义。但是，几乎很少有研究涉及在喷磨处理期间，钢磨料中所含可溶性盐的浓度对钢铁表面造成污染的影响。
1可溶性盐简介
在我们生活的环境中充满了可溶盐污染物，其来源包括天然的和人为两种。几乎每一个物体表面都受到一定程度的盐污染。
美国防护涂料协会（SSPC）将可溶性盐定义为“一种溶解在水中，形成正离子和负离子溶液的离子化合物”。通常来说，我们平时遇到的造成腐蚀最多的盐为氯化物、硫酸盐和硝酸盐，当然特定的行业可能还会存在一些特殊情况。
这些盐会对钢铁表面造成各种影响，其中之一就是这些盐会从自然环境中吸取水分。因为所有的聚合物在某种程度上都是可透水的，因此这就会增加钢铁和涂层交界处的渗透压，导致涂层起泡和剥离，见图2。
图2：起泡过程示例
目前主要有几种现场方法来测试并确定污染的水平。其中一种是从钢表面提取污染物的方法，称为Bresle法，在ISO 8502-6标准中有该方法的描述。这种方法的步骤主要包括，在钢表面贴一个盐分测试贴片，使用注射器使蒸馏水与钢接触，并溶解盐分。为了对污染物进行后续分析，我们可以使用ISO 8502-9标准来确定盐的总表面密度。
可以确定的是，无论盐的含量有多少，都会对涂层的整体寿命造成损害。表面的可溶性盐越少，涂层的性能就越好。但事实上很难设定出一个合适的标准，因为不同类型的涂层和涂层厚度对可溶性盐降解的敏感性是不同的。因此人们普遍接受的标准是，可溶性盐在30mg/m2的水平之下就可以算是比较理想的。
在ISO/TR 15235：2001文件中所提出的限制和指导水平是不同的，但因为它本身是一份技术报告，而不是一个标准，因此我们可以将其视为一种指导意见。
鉴于适用于石油和天然气工业（管道涂层）的ISO 21809-1：2011国际标准规定，符合标准文件 ISO 8502-6和ISO 8502-9的钢管在喷砂之后最大的可溶性盐允许标准限度为20 mg/m2。
2 钢磨料中的可溶性盐
可溶性盐存在于研磨剂中。即使是在充分执行喷砂后，如果可溶性盐浓度过高，仍可能导致腐蚀的发生。
本文主要关注的研究对象为钢磨料，文中介绍的磨料是由W集团生产的A品牌磨料。W公司是世界钢铁磨料生产的领导者，旗下销售的主要磨料品牌为A，该公司也一直希望能够对行业中关于可溶性盐影响的研究贡献出自己的一份力量。
在喷砂的操作过程中，磨料可引起氯化物、硫酸盐、氟化物等污染，而表面处理过程中清洗水中氯化物和可溶性缓蚀剂也会引起污染。在工厂内的环境条件下可能会进一步提高可溶性盐的浓度。包装和存储所提供的隔离条件也需要考虑在内。
可溶性盐的测定是通过电导率试验间接进行的，以下为ASTM D4940规定的方法：将磨料和纯水组合成悬浮液，对其进行搅拌，使可溶性盐（氯化物、硫酸盐、硝酸盐等）从磨料中分离出来。随后过滤该悬浮液，同时测试滤液的电导率。相较于Bresle电导率试验，该方法并没有鉴定离子的种类。
电导率值以mS/cm为单位给出，该单位等同于mmho/cm。根据SSPC-AB-3国际标准，最大允许值为1000mS/cm。然而若根据ASTM D4940标准，“高水平的导电性污染的典型数值为500mS/cm。较低污染水平的典型数值为50mS/cm。”
必须指出的是，如果可以充分执行热处理工艺，如空气冷却淬火，则可以减少可溶性盐的水平。相较于低碳磨料（碳含量约为0.1％），这也是高碳磨料（碳含量约1％）所具有的一个潜在优势。
表1：高碳铸钢砂导电性变化的例子。雾化和水淬火的电导率范围：300-600 mS/cm
| 电导率（S/cm） | |
| 雾化（涂层） | 49 |
| 奥氏体化和水淬火 | 106 |
| 奥氏体化和空气淬火 | 11 |
图3：大直径钢管喷砂处理
3 研究的目的和方法
这项研究的目的是检查磨料的导电性转移到喷砂表面的程度，并将所得结果与表面预处理行业的要求进行对比。
为此，我们使用A磨料样品和其竞争对手的磨料样品，基于以下条件对一块钢板进行喷砂：
- 5.5bars的压力
- 10mm的Venturi喷嘴
- 70°的入射角
- 喷砂后的除锈等级：根据ISO 8501-1标准，Sa 2 1/2
分析条件：
- 使用溶剂：蒸馏水
- 溶剂注入量：3mL
- 总接触时间： 10分钟
- 温度：25℃
- 盐分贴片尺寸A-1250，分隔面积1250mm2±13
- 盐分贴片批号：02563
- 电导率测量范围： 0mS/cm至199mS/cm
- 日期：12/03/2015
mg/m2=uS/cm*1,18
4 研究结果
4.1 钢磨料
两种磨料在化学成分、硬度、尺寸和显微组织上都没有显示出相关的差异。发现的主要差异主要体现在盐污染水平上，如表2所示。
表2：磨料电导率
| 电导率 (ASTM D4940, mS/cm) | |
|---|---|
| A品牌 | 17 |
| 竞争对手 | 627 |
4.2 钢板
关于表面属性，两种磨料所得到的粗糙度值相似（Rz的范围在80?90mm，Pc的范围在70?80peaks/cm之间），这表明两者得到涂层的粘附强度是相似的，假设条件是两种情况下的除锈等级都为Sa 2 1/2。
关于可溶性盐造成的表面污染，表3示出了可溶盐污染物的水平，单位为mg/m2。
表3：表面可溶盐污染物密度，单位mg/m2（Bresle测试法，ISO 8502-6/9标准）
| Bresle测试方法：ISO 8502-6/9 | 测试编号 | 喷砂前的钢板 | A品牌磨料喷砂后的钢板 | 竞争对手产品喷砂后的钢板 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 11 | 10 | 30 | |
| 2 | 12 | 8 | 28 | |
| 3 | 10 | 10 | 28 | |
| 4 | 11 | 8 | 23 | |
| 5 | 10 | 8 | 26 | |
| 平均值 | 11 | 9 | 27 |
由数据可见，竞争者磨料中的可溶性盐转移到钢板，导致一个27mg/m2>20 mg/m2的平均值，因此超出ISO 21809标准规定的管面涂层规格。
而使用A磨料喷砂的区域，显示出了较初始钢板更低水平的可溶盐污染物。
图4：使用Bresle法对钢板的不同区域进行测试
5 结论
钢磨料中的可溶性盐主要通过电导率测试法进行检测，可溶性盐会污染喷砂表面，造成涂层下金属腐蚀和涂层失效。
W公司的A品牌磨料的生产制造采用先进的技术，因此其显示出的可溶性盐浓度很低，确保了表面处理的风险大大降低，也防止涂层过早受到破坏。
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