หลักการดำเนินงานและการประยุกต์ใช้งานห้องทดสอบสเปรย์เกลือในการกัดกร่อนเร่งปฏิกิริยา

ห้องทดสอบสเปรย์เกลือเพิ่มความเข้มข้นของตัวกัดกร่อนโดยวิธีการเทียม ทำให้การกัดกร่อนที่ปกติเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปีในบรรยากาศทะเลหรืออุตสาหกรรมสามารถจำลองได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่วัน บทความนี้อธิบายอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับกลไกการทำงานของอุปกรณ์ ตรรกะการควบคุมพารามิเตอร์สำคัญ และความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างผลการทดสอบกับการกัดกร่อนตามธรรมชาติ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้อุตสาหกรรมมีพื้นฐานทางเทคนิคในการปรับแต่งโปรแกรมการทดสอบให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์เฉพาะ

การกัดกร่อนของโลหะก่อให้เกิดค่าบำรุงรักษาสูงและความเสี่ยงต่อความปลอดภัยในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ การขนส่ง พลังงาน และเคมี การเปิดรับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งแบบดั้งเดิมใช้เวลานานและให้ข้อมูลที่กระจัดกระเจิ่งสูง ทำให้ไม่สอดคล้องกับวงจรพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่รวดเร็วในปัจจุบัน ห้องทดสอบสเปรย์เกลือบีบอัดเวลาโดยรวมไอออนคลอไรด์ ความร้อน ความชื้น และความเข้มข้นของออกซิเจนในห้องปิด ให้การประเมินการกัดกร่อนเร่งปฏิกิริยาที่ซ้ำได้และวัดได้ กลายเป็นวิธีหลักที่ระบุในมาตรฐาน ISO 9227, ASTM B117, GB/T 10125 และมาตรฐานสากลอื่น ๆ
การกัดกร่อนบรรยากาศตามธรรมชาติ
เซลล์ฟิล์มบางไฟฟ้า: ฟิล์มน้ำบางไมครอนบนพื้นผิวโลหะละลาย O₂, CO₂, SO₂ และ NaCl เกิดเซลล์กัลวานิกขนาดเล็กที่นำไฟฟ้า
คลอไรด์เร่งปฏิกิริยา: ไอออน Cl⁻ ที่เล็กและมีความเป็นขั้วสูงสามารถเจาะฟิล์มพาสซีฟ เกิด FeClₙ ที่ละลายน้ำ ป้องกันไม่ให้เกิดพาสซีเวชันใหม่
วัฏจักรเปียก-แห้ง: ผลึกเกลือเข้มข้นช่วงกลางวันและดูดความชื้นกลางคืน สร้างสารละลายใหม่ ทำให้อัตราการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นแบบเอกซ์โพเนนเชียล
ในธรรมชาติกระบวนการเหล่านี้ถูกปรับโดยฤดูกาล ความเร็วลม และรังสี UV ทำให้การกัดกร่อนมีลักษณะไม่เชิงเส้นชัดเจน
โครงสร้างระบบห้องทดสอบสเปรย์เกลือ
หน่วยจ่ายสารละลายเกลือ: น้ำ de-ionised และ NaCl บริสุทธิ์ผสม 50 ± 5 g L⁻¹ pH 6.5–7.2 สำหรับ CASS เติม CuCl₂·2H₂O 0.26 g L⁻¹ และน้ำส้มควันไม่อิ่มตัวปรับ pH 3.1–3.3
โมดูลพ่นด้วยลม: คอมเพรสเซอร์ปราศจากน้ำมันจ่ายอากาศ 70–170 kPa ผ่านหออิ่มตัวเพิ่มความชื้นและอุ่น 47 ± 1 °C ออกแรงดันผ่านหัวฉีด Venturi สร้างสุญญากาศดูดน้ำเกลือพ่นเป็นหยด 1–5 µm
ห้องควบคุมอุณหภูมิ-ความชื้น: ฮีตเตอร์ไทเทเนียมและเครื่องเพิ่มความชื้นอัลตราโซนิกควบคุม PID รักษา 35 ± 1 °C, >95 % RH เพดานโค้งป้องกันหยดกลับลงตัวอย่าง
ควบคุมอัตราตกตัวแบบ closed-loop: กรวย 80 cm² รวมสเปรย์ อัตรามาตรฐาน 1.5 ± 0.5 mL h⁻¹ เซ็นเซอร์กระจายแสงเลเซอร์วัดเรียลไทม์ ปรับแรงดันหัวฉีดหรือโฟลว์สารละลาย
ระบบบำบัดน้ำเสีย: สครับเบอร์ด่างสองขั้นตอนและ demister กำจัด NaCl ในอากาศเสีย <5 mg m⁻³ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการ Coupling เชิงฟิสิกส์-เคมีในการกัดกร่อนเร่ง ระยะสเปรย์เกลือต่อเนื่อง: หยดเล็กคลุมตัวอย่าง Cl⁻ สูงกว่าน้ำทะเลหลายเท่า ความนำไฟฟ้า ~20 mS cm⁻¹ กระแสลดออกซิเจนที่คาทอดเพิ่ม 100 เท่า ระยะความชื้นคงที่: มาตรฐานบางตัวลดอุณหภูมิ 2–3 °C ให้ไอน้ำควบแน่น สร้างฟิล์มน้ำ 0.1–1 mm เลียนแบบดูดความชื้นกลางคืน ระยะเปลี่ยนถ่ายแห้ง: เปิดวาล์วระบายความชื้นลด RH <40 % ใน 30 นาที เกลือตกผลึก เกิดรอยแตกเล็กให้เส้นทางไอออนรอบใหม่ วัฏจักรนี้ทำซ้ำ 2–4 รอบใน 24 ชม. เทียบเท่าข้อมูลการกัดกร่อน 1 สัปดาห์ธรรมชาติ ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างพารามิเตอร์การทดสอบกับอัตราการกัดกร่อน ตามแบบจำลอง Arrhenius และกฎ Faraday อุณหภูมิเพิ่ม 10 °C กระแรกกัดกร่อนประมาณสองเท่า เพิ่ม Cl⁻ 10 เท่าศักย์หลุมลด ~150 mV ข้อมูลเชิงประจักษ์แสดง NSS 48 ชม. ≈ 1 ปีในบรรยากาศทะเล CASS 24 ชม. ≈ 2 ปีในบรรยากาศทะเล-อุตสาหกรรม Prohesion 6 วัฏจักร ≈ 18 เดือนในบรรยากาศชนบทอบอุ่น ผู้ผลิตเลือกมาตรฐานและกำหนดค่ารับได้ตามสภาพใช้งานจริง การประเมินผลและเกณฑ์ความล้มเหลว การตรวจสอบภายนอก: ISO 10289 กำหนดคะแนนการป้องกัน (Rp) และคะแนนภายนอก (Ra) วิธีสูญเสียมวล: ตัวอย่างแช่สารละลายแอมโมเนียมซิเตรต 50 g L⁻¹ ล้างอัลตราโซนิก ชั่งน้ำหนักใหม่ คำนวณอัตรากัดกร่อน µm ต่อปี การตรวจสอบเคมีไฟฟ้า: ใช้ LPR หรือ EIS หาก R_p ลด ΔR_p / R_p,0 > 80 % ถือว่าการป้องกันล้มเหลว
วัดความลึกหลุมสูงสุด: กล้องจุลทรรศน์แบบ confocal หรือ interferometry แสงขาว แผนที่ความลึกหลุม เกณฑ์หลุมลึกสุดไม่เกิน 10 % ของความหนาวัสดุ
คำแนะนำการเลือกอุปกรณ์และปรับแต่งการทดสอบ
ปัญหาเฉพาะวัสดุ: อลูมิเนียมเสี่ยงการกัดเป็นเส้นใย เติม NaCl 0.01 mol L⁻¹ + Na₂SO₄ 0.035 mol L⁻¹ แมกนีเซียมฉีด CO₂ ปรับ pH ~4.0 เลียนแบบหยดกรด
ระบบเคลือบ: รองพื้นอีพ็อกซีอุดมสังกะสี + ท็อปโค้ตโพลียูรีเทน ผ่าน NSS 1 000 ชม. ไม่บวม แต่ต้องทดสอบรอยขีดข่วนเพื่อดูการลามขอบ
อัตราเร่ง: ตรวจสอบคุณภาพกระบวนการใช้ NSS ธรรมดา หากต้องการ 25 ปีในทะเล ใช้วัฏจักร “สเปรย์เกลือ-รังสี UV-ความชื้น” อัตราเร่ง 20–30 เท่า ป้องกันกลไกบิดเบือน
การสืบย้อนกลับข้อมูล: ชั้นวางตัวอย่างรหัส QR และระบบถ่ายภาพอัตโนมัติ สร้างแผนที่การกัดกร่อนตามเวลา ตอบสาย IATF 16949
ห้องทดสอบสเปรย์เกลือจำลองการเสื่อมสภาพของโลหะจากคลอไรด์แบบควบคุมและซ้ำได้ โดยพื้นฐานคือการขยายเชิงฟิสิกส์-เคมีของปัจจัยหลักในการกัดกร่อนบรรยากาศธรรมชาติ ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับกลไกการพ่น การสัมพันธ์อุณหภูมิ-ความชื้น และพลศาสตร์การขนส่ง Cl⁻ ไม่เพียงเพิ่มความแม่นยำการทดสอบ หากยังช่วยเลือกวัสดุ ออกแบบเคลือบป้องกัน และพยากรณ์อายุการใช้งาน ด้วยเซ็นเซอร์ IoT และอัลกอริทึมเรียนรู้ของเครื่อง ห้องสเปรย์เกลือรุ่นถัดไปจะพยากรณ์อัตราการกัดกร่อนออนไลน์และปรับพารามิเตอร์อัตโนมัติ ให้ข้อมูลสนับสนุนการใช้งานยาวนานและเชื่อถือได้สูงสำหรับอุปกรณ์ระดับพรีเมียมต่อไป