Принцип работы и ускоренное коррозионное применение камер соляного тумана

Камеры соляного тумана искусственно усиливают коррозионные агенты, воспроизводя месяцы или даже годы морской или промышленной атмосферной коррозии за считанные часы или дни. В данной работе систематически описываются механизм оборудования, логика управления ключевыми параметрами и количественное соответствие между результатами испытаний и естественной выдержкой. Цель — дать промышленности техническую основу для адаптации испытательных программ к конкретным изделиям.

Введение
Коррозия металлов наносит огромные убытки на техобслуживание и создаёт риски для безопасности в машиностроении, транспорте, энергетике и химической промышленности. Натурные испытания длительны и дают сильно разбросанные данные, что несовместимо с современными циклами быстрой разработки продукции. Камера соляного тумана сжимает время, объединяя ионы хлорида, тепло, влажность и концентрацию кислорода в герметичном объёме, обеспечивая воспроизводимую и количественную ускоренную оценку коррозии. Она стала основным методом, закреплённым в ISO 9227, ASTM B117, ГОСТ Р ИСО 9227 и других международных стандартах.
Природа атмосферной коррозии
Тонкоплёночный электролитический элемент: микрометровая водная плёнка растворяет O₂, CO₂, SO₂ и NaCl, образуя проводящий микрогальванический элемент.
Хлоридное катализирование: малый и высокополяризуемый ион Cl⁻ проникает через пассивные плёнки, образуя растворимые FeClₙ, препятствующие репассивации.
Цикл «влага-испарение»: кристаллы соли концентрируются днём и再度吸收 ночную влагу, восстанавливая электролит и увеличивая скорость коррозии экспоненциально.
В природе эти процессы модулируются сезоном, скоростью ветра и УФ-излучением, придавая коррозии выраженную нелинейность.
Системная компоновка камеры
Рассольная система: деионизированная вода и химически чистая NaCl смешиваются 50 ± 5 г л⁻¹, pH 6,5–7,2; для CASS добавляют 0,26 г л⁻¹ CuCl₂·2H₂O и ледяную уксусную кислоту до pH 3,1–3,3.
Пневматическое распыление: безмасляный компрессор подаёт воздух 70–170 кПа, насыщается влагой и подогревается до 47 ± 1 °С в сатурационной башне; затем через сопло Вентури создаётся разрежение, засасывающее рассол и распыляющее его в капли 1–5 мкм.
Температурно-влажностная камера: титановые нагреватели и ультразвуковые увлажнители при 35 ± 1 °С и >95 % отн. влажности; изогнутая крыша исключает капание конденсата на образцы.
Замкнутый контроль осадков: стандартный сбор 1,5 ± 0,5 мл ч⁻¹ на воронке 80 см²; лазерный рассеянный датчик корректирует давление на сопле или расход раствора в реальном времени.
Очистка выбросов: двухступенчатый щелочной скруббер и демистер обеспечивают выброс NaCl <5 мг м⁻³, соответствующий нормам охраны окружающей среды. Физико-химическое ускорение Непрерывное распыление: микрокапли равномерно покрывают образцы, концентрация Cl⁻ в несколько раз выше морской, электропроводность электролита ~20 мС см⁻¹, плотность катодного тока восстановления кислорода возрастает на два порядка. Фаза постоянной влажности: в некоторых стандартах температура понижается на 2–3 °С, водяной пар конденсируется, образуя плёнку 0,1–1 мм, имитируя ночное увлажнение. Сухой переход: принудительный выброс влаги снижает отн. влажность до <40 % за 30 мин; соль кристаллизуется, создавая микротрещины — ионные каналы для следующего цикла. Цикл повторяется 2–4 раза в сутки, давая информацию, эквивалентную неделе натурной выдержки. Количественные соотношения Согласно уравнению Аррениуса и закону Фарадея, повышение на 10 °С приблизительно удваивает ток коррозии; десятикратное увеличение Cl⁻ снижает потенциал питтинга на ~150 мВ. Эмпирические корреляции: NSS 48 ч ≈ 1 год в морской атмосфере; CASS 24 ч ≈ 2 года в промышленно-морской; Prohesion 6 циклов ≈ 18 месяцев в умеренной сельской среде. Производитель выбирает стандарт и устанавливает допуски, ориентируясь на условия эксплуатации. Оценка и критерии отказа Визуальный осмотр: ISO 10289 определяет рейтинги защиты (Rp) и внешнего вида (Ra). Массо-гравиметрия: образцы обескоривают в 50 г л⁻¹ цитрате аммония, промывают и взвешивают; скорость выражают в мкм год⁻¹. Электрохимическая проверка: метод линейной поляризационного сопротивления (LPR) или ЭИС; если ΔR_p / R_p,0 > 80 %, защита считается недейственной.
Максимальная глубина язв: конфокальная микроскопия или белосветовая интерферометрия; критерием часто служит глубина ≤10 % толщины подложки.
Выбор оборудования и адаптация испытаний
Особенности подложек: для оценки нитевидной коррозии алюминиевых сплавов добавляют 0,01 моль л⁻¹ NaCl + 0,035 моль л⁻¹ Na₂SO₄; для магниевых сплавов вводят CO₂ до pH ~4,0, имитируя кислый конденсат.
Системы покрытий: эпоксидная цинк-богатая грунтовка + полиуретановый топ-кот может выдержать 1000 ч NSS без пузырей, но требуется насечка для оценки подреза.
Степень ускорения: для контроля стабильности процесса достаточно обычного NSS; если цель — 25-летняя служба на шельфе, применяют многофакторный цикл «соляной туман–УФ–конденсат» с коэффициентом 20–30×, чтобы избежать искажения механизма.
Трассируемость данных: стеллажи с QR-кодами и автоматическая фото-фиксация обеспечивают привязку по времени, удовлетворяя требованиям IATF 16949.
Камеры соляного тумана воспроизводят хлоридную деградацию металла управляемым и воспроизводимым способом, являясь физико-химическим увеличителем ключевых факторов естественной атмосферной коррозии. Глубокое понимание атомизации сопла, температурно-влажностной связки и транспортной динамики Cl⁻ повышает точность испытаний и обратно направляет выбор материалов, проектирование защитных покрытий и прогноз ресурса. С появлением IoT-датчиков и алгоритмов машинного обучения следующее поколение интеллектуальных камер обеспечит онлайн-прогноз скорости коррозии и адаптивную корректировку параметров, создавая ещё более прочную данную базу для долговечной и высоконадёжной эксплуатации премиального оборудования.