GB/T 24516.2-2009 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀 跟踪太阳暴露试验方法
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资料介绍
ICS 77 . 060 H 25
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 24516 . 2—2009
金属和合金的腐蚀 大气腐蚀
跟踪太阳暴露试验方法
Corrosion ofmetalsand alloys—Atmosphericcorrosion—
Sun tracking exposuretestmethods
2009-10-30 发布 2010-05-01 实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会
发
布
GB/T 24516 . 2—2009
前 言
GB/T 24516 的本部分的制定参照 ISO 877:1994《塑料 直接暴露 、玻璃过滤 日 光暴露和 Fresnel镜聚能 日光暴露试验方法》和 ASTM G 90:2005《用集中 自然阳光光线法加速实施对非金属材料户外老化试验的规程》。
本部分的附录 B 为规范性附录,附录 A 为资料性附录 。
本部分由中国钢铁工业协会提出 。
本部分由全国钢标准化技术委员会归 口 。
本部分起草单位:中国兵器工业第五九研究所 、国家材料环境腐蚀野外科学研究试验站网综合研究中心 、冶金工业信息标准研究院 。
本部分主要起草人:何德洪 、秦晓洲 、苏艳 、杨德模 、王振尧 、韩薇 。
Ⅰ
GB/T 24516 . 2—2009
金属和合金的腐蚀 大气腐蚀
跟踪太阳暴露试验方法
1 范围
GB/T 24516 的本部分规定了跟踪太阳暴露和跟踪太阳反射聚能加速暴露试验的试验原理 、环境因素监测 、试验场地与 设 施 、试 验 装 置 与 仪 器 、试 样 、试 验 、试 验 记 录 、数 据 处 理 及 结 果 表 述 和 试 验 报告等 。
本部分适用于利用跟踪太阳暴露试验装置和跟踪太阳反射聚能加速暴露试验装置进行金属和合金为基材的有机涂层 、复 合 材 料 、塑 料 涂 层 、粘 结 剂 等 的 户 外 加 速 暴 露 试 验,其 他 高 分 子 材 料 也 可 参 照采用 。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过 GB/T 24516 的本部分的引用而成为本部分的条款 。凡是注 日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否 可 使 用 这 些 文 件 的 最 新 版 本 。 凡 是 不 注 日 期 的 引 用 文 件,其 最 新 版 本 适 用 于 本部分 。
GB/T 1865—1997 色 漆 和 清 漆 人 工 气 候 老 化 和 人 工 辐 射 暴 露(滤 过 的 氙 弧 辐 射 )( eqv ISO 11341 :1994)
GB/T 14519—1993 塑料在玻璃板过滤后的 日光下间接曝露试验方法(neq ISO 877:1976)
GB/T 24516 . 1—2009 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀 地面气象因素观测方法
JB/T 10579 腐蚀数据统计分析标准方法
ASTM E 903 使用积分球测定材料的太阳光吸收率 、反射率和透射率的试验方法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本部分 。
3 . 1
空白试样 blank sample
从试样中预留,用以对比同批试样腐蚀所引起的表面状态 、物理和力学性能变化的试样 。
3 . 2
参比试样 referencesample
当试验新材料 、改进材料或改进工艺时,用已知试验数据的原有材料 、工艺制作的试样,用于对比试验 。
4 试验原理
4 . 1 跟踪太阳暴露试验是在户外大气环境中,暴露架增加转动控制系统,随太阳跟踪转动,充分强化太阳辐射的光和热效应,加速暴露面上试样的老化速度 。
4 . 2 跟踪太阳反射聚能加速暴露试验是在户外大气环境中,通过对跟踪系统和反射系统的控制,太阳光聚焦反射到区域( 目标区)内的试样表面,强化试样所受的太阳辐射量,并配备鼓风系统和人工降雨的喷淋系统,以加速目标区内试样的老化速度 。
1
GB/T 24516 . 2—2009
5 环境因素监测
5 . 1 监测项目及测定方法
跟踪太阳暴露试验推荐监测的环境因素项目及测定方法见表 1 。
表 1 环境因素监测项目及测定方法
类 别
监测项 目
单 位
测定方法
气象因素
空气温度
℃
GB/T 24516 . 1—2009 附录 A
相对湿度
%
GB/T 24516 . 1—2009 附录 A
黑板温度
℃
传感器自动监测
白板温度
℃
传感器自动监测
总辐射强度
MJ/m2
GB/T 24516 . 1—2009 附录 F
总散射强度
MJ/m2
见 GB/T 24516 . 1—2009 附录 F
紫外辐射强度
MJ/m2
GB/T 24516 . 1—2009 附录 F
紫外散射强度
MJ/m2
见 GB/T 24516 . 1—2009 附录 F
5 . 2 监测仪器及要求
5 . 2 . 1 环境因素监测仪器主要包括:温湿度两用计 、黑板温度计 、白板温度计 、总辐射表 、总散射辐射表 、紫外辐射表和紫外散射辐射表等 。
5 . 2 . 2 所有的辐射表应与辐射记录仪配合使用 。
5 . 2 . 3 用于测量总辐射或紫外辐射的辐射表应安装在水平角和高度角精度范围为± 0 . 5 °的太阳跟踪架上 。
5 . 2 . 4 用于监测 环 境 因 素 的 仪 器 应 严 格 按 检 定 周 期 进 行 校 准,并 符 合 有 关 国 家 标 准 或 自 检 规 程 的规定 。
6 试验场地与设施
6 . 1 概述
大气试验场应选择建在气候典型,环境条件严酷的地区 。根据试验目的,也可选择其他环境和地区进行试验 。试验装置放入暴露场内,所在的位置不能影响相邻的试验 。试验装置推荐在强紫外辐射的地区使用 。
6 . 2 暴露场地要求
6 . 2 . 1 暴露场应设在自然环境试验站内,场地周围设有围墙或栅栏,并设有防雷 、防火 、防盗和保密等安全设施 。
6 . 2 . 2 暴露场地应平坦空旷,附近不允许有建筑物 、树等障碍物遮挡试样,影响主导风向或大气腐蚀性介质传播,场地四周建筑物或障碍物至暴露场边缘距离,至少是建筑物或障碍物高度的 3 倍以上 。
6 . 2 . 3 除特殊目的外,暴露场地附近不应排放各种有害气体 、尘粒等污染物 。
6 . 2 . 4 暴露场地面无积水,并保持该地区的 自然植被状态或铺设草坪,草高不超过 0 . 2 m 。
6 . 2 . 5 环境因素监测场地,设在暴露场内或紧靠暴露场地的同一平面 。一般不允许直接采用当地气象台(站)和环保监测场(站)有关数据 。
7 试验装置与仪器
7 . 1 跟踪太阳暴露试验装置
试验装置应是一种暴露架能自动跟踪太阳的设备,暴露架上放置试样,暴露架角度应能任意可调,
2
GB/T 24516 . 2—2009
推荐采用当地纬度角或 45 °角 。试验装置示意图见图 1 。
1 — 试样;
2 — 暴露架;
3 — 回转座 。
图 1 跟踪太阳暴露试验装置示意图
7 . 2 跟踪太阳反射聚能加速暴露试验装置
7 . 2 . 1 试验装置应安装平面镜以反射聚集太阳光,平面镜的位置应确保装置在运转时太阳光以近垂直的角度入射 。为了将太阳光均匀反射到 目标区内的试样上,平面镜应按与一个假想抛物线相切的模式排列 。试验装置的聚光反射原理示意图见图 2 。
7 . 2 . 2 试验装置应配备一个跟踪系统来保证目标区在全天均位于聚焦位置 。有以下 2 种跟踪方式可供选择:
a) 单轴跟踪装置,它带有人工高度调节杆,设备的轴朝向南北方向,轴朝北的一端可进行高度调节,以适应太阳高度的季节性变化;
b) 双轴跟踪装置,此试验装置具有计算机程序式控制的跟踪系统,控制试验装置的水平转动和俯仰转动 。 目标区的轴线保持与地面平行 。试验装置通过绕水平及垂直轴向转动来保证目标区始终处于聚焦状态 。
7 . 2 . 3 聚光反射系 统 使 用 的 平 面 镜 应 是 平 整 的 且 有 一 个 典 型 的 镜 面 光 谱 反 射 率 曲 线,采 用 ASTM E 903或试验结果相同的其他试验方法进行测量时,其在 310 nm 波长处测得的紫外光镜面反射率应大于或等于 65% 。典型的可接受的镜面光谱反射率曲线如图 3 所示 。
7 . 2 . 4 平面镜检测与保养方法参见附录 A 。
7 . 2 . 5 试验装置配备一个风机来冷却试样 。 目标区的一个边缘安装着可调节的导风板,将空气导向试样的上方 。对于无背衬安装的试样,空气也可从试样的下方通过 。保持绝大多数试样表面的温度与同一时间 、同一地点无聚光条件同时暴露的相同试样表面温度相比不高于 10 ℃ 。
7 . 2 . 6 试验装置 在 目 标 区 应 安 装 黑 、白 板 温 度 计,黑 、白 板 温 度 计 的 技 术 要 求 应 符 合 GB/T 1865 — 1997 中 6 . 6 的要求 。
7 . 2 . 7 试验装置应安装一套喷嘴组件,以便给暴露时的试样表面喷水 。 推荐使用扇形喷散的喷嘴,喷淋量为 12 L/min ~ 40 L/min,使试样表面受到均匀细小的雾状喷淋 。
7 . 2 . 7 . 1 喷淋到试样表面的水应采用适当的方法除去水中的阳离子 、阴离子 、有机物,特别是二氧化硅,如不对喷淋用水进行一定的处理,试样表面将会出现通常在户外暴露中不会有的斑点或玷污 。
7 . 2 . 7 . 2 喷 淋 到 试 样 表 面 的 水 不 应 在 暴 露 的 试 样 上 留 下 任 何 沉 积 物 或 污 渍 。 水 质 应 符 合GB/T 1865—1997 中 6 . 4 的要求,如果所使用的水质达不到要求,应注明所使用的水质情况 。
3
GB/T 24516 . 2—2009
7 . 2 . 7 . 3 当有细菌污染试样时,整个喷淋系统定期用浓度为 20 mg/L ~ 30 mg/L 的氯水漂洗,并在试样继续暴露前用清水彻底清洗 。
7 . 3 性能检测仪器
根据试样性能检测项目选用相应的检测仪器 。所用检测仪器应通过计量部门检定或校准,并处于有效期内 。
1 — 目标区;
2 — 太阳光;
3 — 平面镜;
4 — 喷嘴组件 。
图 2 聚光反射原理示意图
4
■
+
标准值
最低接受值
图 3 镜面光谱反射率曲线
8 试样
8 . 1 试样的尺寸应适合于暴露试验后的性能测试 。试样尺寸不超过目标区的最大长度和宽度 。
8 . 2 空气冷却的方式限制了试样的厚度应小于等于 13 mm 。
8 . 3 用于对比试验的参比试样,应具有与受试试样相同的尺寸和相同暴露面积 。
8 . 4 应预留未暴露的空白试样来确保目测评价的准确性 。
GB/T 24516 . 2—2009
8 . 5 试样数量应根据试验中评定项目所需数量而定,推荐每种试样至少 3 件 。
9 试验前准备
9 . 1 试样标识
试样的标识要具备唯一性,标识应在不会对试验造成影响的部位,在整个试验过程中清晰可辨 。
9 . 2 试样封边
如果试验有要求,试验前应采用适当的材料进行封边处理 。
9 . 3 试样保存
试样应保存在温度小于 30 ℃ ,相对湿度小于 70%,避光 、空气无污染的环境中 。
注:空白试样在长期保存中不因腐蚀而改变其表面状况 。
9 . 4 初始检测
试验前,按试验要求规定的检测参数和测试方法进行原始性能检测,并进行记录 。
10 试样安装
10 . 1 跟踪太阳暴露试验
10 . 1 . 1 试样根据实际情况采用无背衬安装或背衬安装,背衬材料推荐采用厚度为 13 mm 的胶合板 。
10 . 1 . 2 试样之间不应直接接触,应采用绝缘材料做成的夹具将其隔开 。试样与夹具之间接触面积要尽可能小 。
10 . 1 . 3 腐蚀产物和雨水不应从一个试样表面流向另一个试样表面 。试样之间不应彼此遮盖,也不应受其他物体遮盖 。
10 . 1 . 4 试样安放要牢固可靠,易于装卸,且便于观察 。
10 . 2 跟踪太阳反射聚能加速暴露试验
10 . 2 . 1 无背衬安装,将装在试样架上的试样安装在离目标区大约 5 mm ~ 6 mm 的位置上 。在空气供给口和试样 架 之 间 保 留 足 够 的 间 隙 。 调 节 空 气 导 风 板 以 在 试 样 的 暴 露 面 及 导 风 板 边 缘 之 间 保 留10 mm ~ 14 mm 的间隙 。
10 . 2 . 2 背衬安装,将试样紧贴着一块绝缘衬板,如厚度为 13 mm 的胶合板进行安装 。
10 . 2 . 3 满足尺寸要求的试样应保证有一边紧靠目标区的导边以得到充分冷却 。正确安装的示例图见图 4 。
10 . 2 . 4 当采用本方法进行玻璃过滤 日光下材料的加速暴露试验时,推荐使用 GB/T 14519—1993 中4 . 1 . 1 指定的玻璃 。采用无喷淋进行玻璃下暴露时,小心调整导风板使试样得到充分的冷却 。
1 — 气流;
2 — 试样;
3 — 导边 。
图 4 试样正确安装的示例
5
GB/T 24516 . 2—2009
1 1 试验
1 1 . 1 试样安装完毕,记录装置启动时间,作为试验开始时间 。
1 1 . 2 对于跟踪太阳反射聚能加速暴露试验装置还应设置鼓风启动和停止温度,设置喷淋周期等 。典型喷淋周期见表 2 。也可采用其他喷淋周期,但需得到相关方的认可 。
1 1 . 3 监控和调节跟踪系统和反射系统,保证在白天的任何时刻试样都能接收到可见的光照 。
注:跟踪太阳反射聚能装置 日 常维护 、试样安装 、取样或进行试样检查时,要求有适当的对眼睛和面部的保护措施,以防止紫外光和红外光对眼睛和 面 部 的 伤 害 。试 样 安 装 、取 样 或 进 行 试 样 检 查 时,试 验 装 置 务 必 处 于 关 机 状态 。建议操作者在操作跟踪太阳反射聚能装置时采取相应的防护措施 。
表 2 跟踪太阳反射聚能加速暴露试验装置典型喷淋周期
周期序号
白天
夜晚
喷淋时间 干燥时间
喷淋时间 干燥时间
1
8 min
52 min
8 min
172 min
2
无喷淋
无喷淋
3
无喷淋
3 min
12 min
注 :白天时间为 06 :
00 到 21:00;夜晚时间为 21
: 00 到 06 : 00 。
12 试验结果检测
12 . 1 试验过程中,按规定的检测周期和数量检查试样外观性能变化情况,并原位或取样进行其他性能检测,检测后需复位的试样应及时复位 。
12 . 2 应加强试验早期的观察和检测,对中间检测结果及时分析,发现异常数据时,应及时复查或采取补救措施,确保数据的真实可靠 。
12 . 3 试验结束后,试样应及时进行外观和各项性能的全面检测 。如果试验期未满,试样的某种性能检测值低于预定指标时,则本次检测应作为最终检测 。
13 试验中断
由于自然灾害的不可抗力,试验应主动中断,待试验条件正常后,及时恢复试验 。试验中断的时间应在试验报告中注明 。
14 试验后处理
14 . 1 试样的回收及销毁由试验双方协商解决 。
14 . 2 试验结束后,应对试验设施 、设备 、仪器 、装置等进行维护 、保养 。
15 试验记录
15 . 1 环境因素记录
环境因素数据记录应按 GB/T 24516 . 1—2009 第 6 章的规定进行 。
15 . 2 试样检测记录
试样每周期获得的外观和性能检测结果,应填写在试样检测记录卡 。记录卡推荐格式见表 3 。
6
GB/T 24516 . 2—2009
表 3 试样检测记录卡
项 目名称
试验地点
试验起止时间
试样编号
试样类别
试样制作工艺
检测标准
检测条件
检测仪器
原始检测数据
原始表面状态
检测时间
试验周期
检测结果
重大记事
试验(检测): 复查: 审核:
15 . 3 运行记录
运行记录用于记录试验过程和各检测周期执行情况,主要包括内容见表 4 。
表 4 跟踪太阳暴露试验运行记录表
项 目名称
试验起止时间
架位编号
检测项 目
试样编号
试样数量
记录时间
运行情况
原因分析及解决措施
重大事项
其他说明
16 数据处理及结果表述
16 . 1 数据处理
16 . 1 . 1 数据处理一般参照 JB/T 10579 规定的方法进行 。
16 . 1 . 2 各类数据处理后的数据通过分析和整理,对数据的可信性和实用性做出评价 。
16 . 2 结果表述
根据产品及材料的评价标准,获得试样的试验结果 。一般从以下几个方面进行描述:
a) 试验场地环境因素记录结果;
b) 试样的外观变化;
c) 试样力学和其他性能的变化;
d) 试样主要性能指标下降到规定值时的暴露持续时间;
7
GB/T 24516 . 2—2009
e) 试样主要性能指标下降到规定值时的太阳辐射累积量值;
f) 腐蚀产物及微观分析;
g) 跟踪太阳反射聚能加速暴露试样所受太阳辐射量值(按照附录 B计算)。
17 试验报告
根据试样类型和试验目的,报告中应包括以下的内容:
a) 本标准号;
b) 试验目的与试验地点;
c) 试验时间与试验内容;
d) 试验条件(试验场地 、试验装置 、环境条件等);
e) 试验方法及执行标准;
f) 检测方法及执行标准;
g) 喷淋周期;
h) 喷淋使用的水质情况;
i) 试样安装情况(无背衬安装或背衬安装);
j) 计算试样所受的太阳辐射量;
k) 试验过程中的任何异常情况,例如可能会影响试验结果的极限温度;
l) 注明玻璃过滤 日光下暴露试验用的玻璃的透射特性;
m) 试验期环境因素数据统计;
n) 其他要求 。
8
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附 录 A
(资料性附录)
平面镜检测与保养方法
A.1 平面镜反射率的检测
A.1 . 1 至少每 6 个月检测一次每块平面镜的反射率 。检测时,可使用带有以 310 nm 波长为中心的窄带滤波器的便携式镜面反射率测量仪在镜片中心线的两处进行测量,一处距北边缘 15 cm,另一处距南边缘 15 cm 。 目测每一块镜片,对出现不平整的区域应进行反射率检测 。如果被测镜面在 310 nm 处的反射率低于 65%,则应更换该平面镜 。
A.1 . 2 如果不能实施测量安装在设备上的平面镜,可在设备上安装一个便于装卸的小块平面镜,作为整个反射系统的一个代表 。将这一小块平面镜安装在 A. 1 . 1 中规定的镜片位置附近 。 这一小块平面镜的材质和批号应和设备中使用的平面镜一致,并和设备上使用的平面镜同时安装 。
A.2 平面镜的保养
A.2 . 1 为了使镜片达到最佳的镜面光谱反射,最大限度地减少会造成镜面光谱辐射改变的沉积物,应建立一个定期清洁镜片的程序,防止平面镜在 310 nm处的反射率低于 65%时才清洗镜片 。
A.2 . 2 采用不磨损 、不产生残留物的清洁程序 。 推荐超声波清洗或脱脂布蘸 7 . 2 . 7 . 2 中规定的去离子水轻轻擦拭平面镜表面,擦拭后平面镜表面应干净和无擦痕 。
A.3 其他说明
A.3 . 1 如果平面镜表面的污染物快速沉积,则说明大气环境条件不适宜使用该装置 。
A.3 . 2 某一块平面镜表面膜层如出现中等程度以上的起皮 、脱膜 、裂纹 、起泡等缺陷,则应更换此块平面镜 。
A.3 . 3 平面镜表面的 污 染 造 成 光 谱 辐 射 的 变 化 会 造 成 暴 露 试 验 的 不 确 定 性,应 作 为 试 验 误 差 的 一部分 。
9
GB/T 24516 . 2—2009
附 录 B
(规范性附录)
试样所受太阳辐射量的计算
B.1 试样所受的太阳辐射量的计算
根据式(B. 1)确定试样所受的太阳辐射量:
犖
犎犎犻 …………………………( B. 1 )
犕
犻/犕 …………………………( B. 2 )
式中:
犎S — 试样所受的太阳辐射量值,单位为兆焦每平方米( MJ/m2 ) ;
犕— 平面镜数量的数值;
ρS — 平面镜的能量加权平均反射率的数值,单位为百分率( %) ;
犖— 暴露天数值,单位为天(d) ;
犎犻— 某天太阳直射日辐射量值,单位为兆焦每平方米( MJ/m2 ) ;
ρ— 余弦校正后镜面反射率的数值,单位为百分率( %) ;
θ犻— 某一块平面镜至试样目标区的光线的入射角数值,单位为度( °) 。
B.2 太阳直射日辐射量的计算
太阳直射日辐射量 犎犻 由式(B. 3)确定:
犎犻 = 犎t - 犎d0 …………………………( B. 3 )
式中:
犎犻— 某天太阳直射日辐射量值,单位为兆焦每平方米( MJ/m2 ) ;
犎t — 半球日辐射量值,单位为兆焦每平方米( MJ/m2 ) ;
犎d0 — 散射日辐射量值,单位为兆焦每平方米( MJ/m2 ) 。
B.3 平面镜的能量加权平均反射率的计算
表 B. 1 举例列出了第 7 章所述的设备上安装的十块平面镜的入射角 。
表 B.1 反射系统参数
反射镜编号#
θ犻/( °)
cosθ犻
1 , 10
34 . 3
0 . 826
2 , 9
28 . 7
0 . 877
3 , 8
22 . 5
0 . 924
4 , 7
15 . 9
0 . 962
5 , 6
8 . 8
0 . 988
式(B. 2)中的求和部分展开为:
犕
Σ cosθ犻 = 2(0 . 826) + 2(0 . 877) + 2(0 . 924) + 2(0 . 962) + 2(0 . 988) = 9 . 154 …( B. 4 )犻= 1
如平面镜测得的从 300 nm ~ 385 nm 波长的镜面反射率 ρ为 80%,则利用式(B. 2)计算 ρS :
10
GB/T 24516 . 2—2009
ρS = 0 . 8 × 9 . 154/10 = 0 . 732 …………………………( B. 5 )
B.4 试样所受的太阳辐射量
某几天的 犎犻 数据如表 B. 2 所示 。
表 B.2 某几天的 Hi 数据
日期
犎犻/( MJ/m2 )
8/13/98
0 . 744
8/14/98
0 . 872
8/15/98
0 . 704
总计
2 . 320
利用式(B. 1) ,试样所受的太阳辐射量 犎S 的计算结果为:
犎S = 10 × 0 . 732 × 2 . 320 = 16 . 98 MJ/m2 ……………………( B. 6 )
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