اختبار رذاذ الملح

اختبار رذاذ الملح ( أو اختبار ضباب الملح ) هو طريقة اختبار قياسية وشائعة لمقاومة التآكل ، تُستخدم للتحقق من مقاومة المواد والطلاءات السطحية للتآكل . عادةً ما تكون المواد المراد اختبارها معدنية (مع إمكانية اختبار الحجر والسيراميك والبوليمرات أيضًا) ومغطاة بطبقة سطحية تهدف إلى توفير درجة من الحماية من التآكل للمعدن الأساسي.

يُعد اختبار رش الملح اختبارًا مُعجّلًا للتآكل، يُحدث هجومًا تآكليًا على العينات المطلية لتقييم مدى ملاءمة الطلاء للاستخدام كطبقة حماية (مقارنةً في الغالب). ويتم تقييم ظهور نواتج التآكل ( الصدأ أو أكاسيد أخرى) بعد فترة زمنية محددة مسبقًا. وتعتمد مدة الاختبار على مقاومة الطلاء للتآكل؛ فكلما زادت مقاومة الطلاء للتآكل، طالت فترة الاختبار قبل ظهور التآكل أو الصدأ.

يُعد اختبار رش الملح من أكثر اختبارات التآكل انتشارًا وأقدمها. وكان معيار ASTM  B117 أول معيار معترف به دوليًا لاختبار رش الملح، وقد نُشر لأول مرة عام 1939. ومن المعايير المهمة الأخرى ذات الصلة: ISO  9227 و JIS  Z  2371 و ASTM  G85.

يُعدّ اختبار رش الملح شائعًا نظرًا لانخفاض تكلفته نسبيًا، وسرعته، وتوحيد معاييره، وإمكانية تكراره بشكل معقول. ورغم وجود ارتباط ضعيف بين مدة اختبار رش الملح والعمر المتوقع للطلاء في بعض الحالات، مثل الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن ، فقد اكتسب هذا الاختبار شعبية عالمية واسعة بفضل انخفاض تكلفته وسرعة نتائجه. لا تُستخدم معظم غرف رش الملح اليوم للتنبؤ بمقاومة الطلاء للتآكل، بل للحفاظ على عمليات الطلاء، كالمعالجة المسبقة والطلاء، والطلاء الكهربائي، والجلفنة، وما شابه، على أساس مقارن. على سبيل المثال، يجب أن تجتاز المكونات المعالجة مسبقًا والمطلية اختبار رش الملح المحايد لمدة 96 ساعة ليتم قبولها في الإنتاج. يشير عدم استيفاء هذا الشرط إلى عدم استقرار في العملية الكيميائية للمعالجة المسبقة، أو في جودة الطلاء، وهو ما يجب معالجته فورًا لضمان جودة الدفعات القادمة. كلما طالت مدة اختبار التآكل المُسرّع، زادت فترة بقاء العملية خارجة عن السيطرة، وزادت الخسائر في شكل دفعات غير مطابقة للمواصفات. يتمثل التطبيق الرئيسي لاختبار رذاذ الملح في تمكين إجراء مقارنات سريعة بين مقاومة التآكل الفعلية والمتوقعة . في أغلب الأحيان، تتم مقارنة الوقت اللازم لظهور الأكاسيد على العينات قيد الاختبار بالوقت المتوقع لتحديد ما إذا كان الاختبار ناجحًا أم فاشلًا. لهذا السبب، يُستخدم اختبار رذاذ الملح غالبًا في تدقيق الجودة، حيث يمكن استخدامه، على سبيل المثال، للتحقق من فعالية عملية إنتاجية، مثل طلاء سطح قطعة معدنية. لا يُستخدم اختبار رذاذ الملح كثيرًا في التنبؤ بكيفية مقاومة المواد أو الطلاءات السطحية للتآكل في الواقع، لأنه لا يُحاكي أو يُسرّع ظروف التآكل الحقيقية. يُعد اختبار التآكل الدوري أكثر ملاءمة لهذا الغرض.

يتكون جهاز الاختبار من خزانة/غرفة اختبار مغلقة، حيث يتم رش محلول ملحي (5% كلوريد الصوديوم) بواسطة فوهة رش باستخدام هواء مضغوط. ينتج عن ذلك بيئة أكالة من ضباب كثيف من الماء المالح (يُشار إليه أيضًا بالرذاذ) داخل الغرفة، مما يُعرّض عينات الاختبار لظروف أكالة شديدة. تختلف أحجام الغرف من مُورّد لآخر. إذا كان هناك حد أدنى للحجم مطلوب وفقًا لمعيار اختبار رذاذ الملح، فسيتم ذكره بوضوح ويجب الالتزام به. هناك إجماع تاريخي عام على أن الغرف الأكبر حجمًا تُوفر بيئة اختبار أكثر تجانسًا.

تختلف محاليل اختبار رذاذ الملح باختلاف المواد المراد اختبارها. يُعد اختبار رذاذ الملح المحايد (يُختصر غالبًا إلى NSS) الاختبار الأكثر شيوعًا للمواد الفولاذية، ويعكس ذلك حقيقة أن هذا النوع من محاليل الاختبار يُحضّر بدرجة حموضة متعادلة تتراوح بين 6.5 و7.2. وللحفاظ على درجة الحموضة المتعادلة، يُضاف حمض الهيدروكلوريك أو هيدروكسيد الصوديوم لخفضها أو رفعها ضمن النطاق المطلوب. تُعرض النتائج عادةً بساعات الاختبار في محلول رذاذ الملح المحايد دون ظهور أي نواتج تآكل (على سبيل المثال، 720 ساعة في محلول رذاذ الملح المحايد وفقًا للمعيار ISO 9227). كما تُحدد بعض الشركات والمعايير محاليل مياه البحر الاصطناعية بشكل شائع. تحتوي محاليل الاختبار الأخرى على مواد كيميائية إضافية، بما في ذلك حمض الخليك (يُختصر غالبًا إلى ASS) وحمض الخليك مع كلوريد النحاس (يُختصر غالبًا إلى CASS)، ويُختار كل منها لتقييم الطلاءات الزخرفية، مثل طلاء النحاس-النيكل-الكروم المطلي كهربائيًا، أو طلاء النحاس-النيكل المطلي كهربائيًا، أو الألومنيوم المؤكسد . تتميز محاليل الاختبار المحمضة هذه عمومًا بدرجة حموضة تتراوح من 3.1 إلى 3.3

لا توصي بعض المصادر باستخدام خزائن اختبار ASS أو CASS بشكل تبادلي لاختبارات NSS، نظرًا لخطر التلوث المتبادل . ويُزعم أن التنظيف الشامل للخزانة بعد اختبار CASS أمر بالغ الصعوبة. لا تتناول ASTM هذه المسألة، لكن معيار ISO 9227 لا يوصي بذلك، وإذا كان لا بد من القيام به، فإنه يوصي بالتنظيف الشامل.

على الرغم من أن معظم اختبارات رذاذ الملح تُجرى بشكل مستمر، أي أن العينات المختبرة تتعرض باستمرار لرذاذ الملح طوال مدة الاختبار، إلا أن بعضها لا يتطلب هذا التعرض. تُعرف هذه الاختبارات عادةً باختبارات رذاذ الملح المُعدّلة. يُعدّ معيار ASTM G85 مثالاً على معيار اختبار يتضمن العديد من اختبارات رذاذ الملح المُعدّلة، وهي عبارة عن اختلافات عن اختبار رذاذ الملح الأساسي.

يُعدّ معيار ASTM G85 ^{[ 1 ]} المعيار العالمي الأكثر شيوعًا لاختبارات رش الملح المُعدّلة. ويتضمن خمسة اختبارات من هذا النوع، يُشار إليها في معيار ASTM G85 بالملاحق من A1 إلى A5.

نشأت العديد من هذه الاختبارات المعدلة في الأصل داخل قطاع صناعي معين ، وذلك لتلبية الحاجة إلى اختبار تآكل قادر على محاكاة آثار التآكل الذي يحدث بشكل طبيعي وتسريع هذه الآثار.

ينشأ هذا التسارع من خلال استخدام محاليل رش الملح المُعدّلة كيميائيًا، والتي غالبًا ما تُدمج مع ظروف مناخية اختبارية أخرى، وفي معظم الحالات، من خلال التناوب السريع نسبيًا لهذه الظروف المناخية الاختبارية مع مرور الوقت. على الرغم من شيوع اختبار رش الملح المُعدّل في بعض الصناعات، إلا أنه في كثير من الحالات تم استبداله باختبار التآكل الدوري (CCT). تتشابه أنواع غرف الاختبار البيئي المستخدمة في اختبار رش الملح المُعدّل وفقًا لمعيار ASTM G85 عمومًا مع الغرف المستخدمة في الاختبار وفقًا لمعيار ASTM B117 ، ولكنها غالبًا ما تحتوي على بعض الميزات الإضافية، مثل نظام تحكم آلي في دورات المناخ.

ASTM G85 الملحق A1 - اختبار رذاذ الملح بحمض الخليك (غير دوري): يُستخدم هذا الاختبار لتحديد المقاومة النسبية لتآكل طلاء الكروم الزخرفي على الفولاذ وسبائك الزنك المصبوبة بالقوالب عند تعرضها لرذاذ ملح بحمض الخليك في درجة حرارة مرتفعة. يُعرف هذا الاختبار أيضًا باسم اختبار ASS. توضع عينات الاختبار في حجرة مغلقة وتُعرَّض لرذاذ غير مباشر مستمر من محلول الماء المالح، المُحضَّر وفقًا لمتطلبات معيار الاختبار والمُحمَّض (الأس الهيدروجيني 3.1-3.3) بإضافة حمض الخليك. يُضبط الرذاذ ليسقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة، في درجة حرارة حجرة تبلغ 35 درجة مئوية. تُحافظ على هذه الظروف المناخية في حالة استقرار ثابتة. مدة الاختبار متغيرة. ^{[ 2 ]} 

ASTM G85 الملحق A2 - اختبار ضباب الملح المحمض (دوري).

يُستخدم هذا الاختبار لقياس المقاومة النسبية لسبائك الألومنيوم للتآكل عند تعرضها لظروف مناخية متغيرة، تشمل رذاذ ملح حمض الخليك، ثم التجفيف بالهواء، ثم التعرض لرطوبة عالية، وذلك عند درجة حرارة مرتفعة. يُعرف هذا الاختبار أيضًا باسم اختبار MASTMAASIS. توضع عينات الاختبار في حجرة مغلقة، وتُعرَّض لظروف مناخية متغيرة تتضمن دورة متكررة من ثلاثة أجزاء: 0.75 ساعة من التعرض المستمر غير المباشر لرذاذ محلول ملحي، مُحضَّر وفقًا لمتطلبات معيار الاختبار ومُحمَّض (درجة حموضة 2.8-3.0) بإضافة حمض الخليك. يُضبط الرذاذ ليسقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة. يلي ذلك التعرض لمدة ساعتين للتجفيف بالهواء (التنظيف). ثم التعرض لمدة 3.25 ساعة لرطوبة عالية ترتفع تدريجيًا إلى ما بين 65% و95% رطوبة نسبية. تُجرى دورة الاختبار بأكملها عند درجة حرارة ثابتة للحجرة تبلغ 49 درجة مئوية. عدد مرات تكرار الدورة، وبالتالي مدة الاختبار، متغيرة. ^{[ 2 ]} 

ASTM G85 الملحق A3 - اختبار مياه البحر المحمضة (دوري)

يُستخدم هذا الاختبار لقياس المقاومة النسبية للتآكل لسبائك الألومنيوم المطلية وغير المطلية، بالإضافة إلى المعادن الأخرى، عند تعريضها لظروف مناخية متغيرة من رذاذ مياه البحر الاصطناعية المحمضة ، تليها رطوبة عالية، وكلاهما عند درجة حرارة مرتفعة. يُعرف هذا الاختبار أيضًا باسم اختبار SWAAT. توضع عينات الاختبار في حجرة مغلقة، وتُعرَّض لظروف مناخية متغيرة تتضمن دورة متكررة من جزأين. أولًا، تعريض لمدة 30 دقيقة لرذاذ غير مباشر مستمر من محلول مياه البحر الاصطناعية، المُحضَّر وفقًا لمتطلبات معيار الاختبار والمُحمَّض (درجة حموضة 2.8-3.0) بإضافة حمض الخليك. يُضبط هذا الرذاذ ليسقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة. يلي ذلك تعريض لمدة 90 دقيقة لظروف مناخية ذات رطوبة عالية (أعلى من 98% رطوبة نسبية). تُجرى دورة الاختبار بأكملها عند درجة حرارة ثابتة للحجرة تبلغ 49 درجة مئوية (يمكن خفضها إلى 24-35 درجة مئوية للعينات المطلية بمواد عضوية). عدد مرات تكرار الدورة، وبالتالي مدة الاختبار، متغيرة. ^{[ 2 ]}  

ASTM G85 الملحق A4 – SO_2- اختبار رش الملح (دوري)

يمكن استخدام هذا الاختبار لاختبار المقاومة النسبية للتآكل لعينات المنتجات التي من المحتمل أن تواجه مزيجًا من الكبريتات_٢- تُعرَّض العينات لظروف بيئية مختلفة، تشمل رذاذ الملح والأمطار الحمضية، خلال فترة استخدامها المعتادة. توضع العينات في حجرة مغلقة، وتُعرَّض لإحدى دورتين من دورات المناخ المتغيرة. في كلتا الحالتين، قد يكون التعرض لرذاذ الملح إما رذاذ ماء مالح أو ماء بحر اصطناعي مُحضَّر وفقًا لمتطلبات معيار الاختبار. يتم الاتفاق بين الطرفين على دورة الاختبار ومحاليل الرش الأنسب.

تتضمن دورة المناخ الأولى رشًا غير مباشر مستمرًا لمحلول متعادل (درجة حموضة 6.5-7.2) من الماء المالح/ماء البحر الاصطناعي، والذي يتساقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة. خلال هذا الرش، يتم تزويد الحجرة بـ SO₂_{يتم ضخ} غازين بمعدل 35 سم^مكعب/دقيقة/م³^منحجم الحجرة، لمدة ساعة واحدة كل 6 ساعات من الرش. تتم دورة الاختبار بأكملها عند درجة حرارة ثابتة للحجرة تبلغ 35 درجة مئوية. عدد مرات تكرار الدورة، وبالتالي مدة الاختبار، متغيرة.

تتضمن دورة المناخ الثانية 0.5 ساعة من الرش غير المباشر المستمر لمحلول متعادل (درجة حموضة 6.5-7.2) من الماء المالح/ماء البحر الاصطناعي، والذي يتساقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة. يتبع ذلك 0.5 ساعة من إضافة ثاني أكسيد الكبريت_{يتم ضخ غازين} بمعدل 35 سم^مكعب/دقيقة/م³^منحجم الحجرة. يلي ذلك ساعتان من النقع في رطوبة عالية. تتم دورة الاختبار بأكملها عند درجة حرارة ثابتة للحجرة تبلغ 35 درجة مئوية. عدد مرات تكرار الدورة، وبالتالي مدة الاختبار، متغيرة. ^{[ 2 ]}

ASTM G85 الملحق A5 – اختبار رذاذ الملح المخفف/الجاف (دوري)

يُستخدم هذا الاختبار لقياس مقاومة الدهانات للتآكل على الفولاذ عند تعرضها لظروف مناخية متغيرة، تشمل رذاذ ملح مخفف عند درجة حرارة الغرفة، يليه تجفيف هوائي عند درجة حرارة مرتفعة. وهو اختبار شائع في صناعة طلاء الأسطح، ويُعرف أيضًا باسم اختبار PROHESION. توضع عينات الاختبار في حجرة مغلقة، وتُعرَّض لظروف مناخية متغيرة وفقًا لدورة من جزأين. أولًا، تعريض لمدة ساعة واحدة لرذاذ غير مباشر مستمر من محلول ملحي، مُحضَّر وفقًا لمتطلبات معيار الاختبار ومُحمَّض (درجة حموضة 3.1-3.3) بإضافة حمض الخليك. يُضبط الرذاذ ليسقط على العينات بمعدل 1-2 مل/80 ^سم²  / ساعة، في درجة حرارة الغرفة المحيطة (21-27 درجة مئوية). يلي ذلك تعريض لمدة ساعة واحدة لظروف تجفيف هوائي (تطهير) عند 35 درجة مئوية. تتكرر الدورة حتى الوصول إلى المدة المطلوبة. ^{[ 2 ]}  

يتم توحيد تصميم حجرة الاختبار وإجراءات الاختبار ومعاييره وفقًا للمعايير الوطنية والدولية، مثل ASTM B  117 وISO 9227. تُحدد هذه المعايير المعلومات اللازمة لإجراء هذا الاختبار، بما في ذلك معايير الاختبار كدرجة الحرارة، وضغط الهواء للمحلول المرشوش، وطريقة تحضير المحلول، والتركيز، ودرجة الحموضة (pH) ، وغيرها. يُعد التحقق اليومي من معايير الاختبار ضروريًا لإثبات الامتثال للمعايير، لذا يجب الاحتفاظ بسجلات بذلك. يُستخدم كل من ASTM B117 وISO 9227 على نطاق واسع كمعايير مرجعية. ويتم تصنيع حجرات الاختبار وفقًا للمتطلبات المحددة هنا.

مع ذلك، لا توفر معايير الاختبار هذه معلومات عن فترات اختبار الطلاءات المراد تقييمها، ولا عن ظهور نواتج التآكل على شكل أملاح. يتم الاتفاق على المتطلبات بين العميل والشركة المصنعة. في صناعة السيارات، تُحدد المتطلبات ضمن مواصفات المواد. تختلف الطلاءات في سلوكها في اختبار رذاذ الملح، وبالتالي، تختلف مدة الاختبار من نوع طلاء لآخر. على سبيل المثال، يدوم جزء نموذجي من الفولاذ المطلي بالزنك كهربائيًا والمُخَمَّل باللون الأصفر 96 ساعة في اختبار رذاذ الملح دون ظهور صدأ أبيض . بينما يمكن أن تدوم أجزاء الفولاذ المطلي بالزنك والنيكل كهربائيًا لأكثر من 720 ساعة في اختبار رذاذ الملح العادي دون ظهور صدأ أحمر (أو 48 ساعة في اختبار رذاذ الملح المُعدَّل دون ظهور صدأ أحمر). تُحدد المتطلبات بمدة الاختبار (بالساعات)، ويجب أن تتوافق الطلاءات مع الحد الأدنى لفترات الاختبار.

يمكن العثور على مياه البحر الاصطناعية ، التي تُستخدم أحيانًا في اختبار رش الملح، لدى منظمة ASTM الدولية . ويُعدّ معيار ASTM D1141-98 المعيار المعتمد لتحضير مياه البحر البديلة.

تشمل الطلاءات النموذجية التي يمكن تقييمها بهذه الطريقة ما يلي:

• الأسطح المعالجة بالفوسفات (المعالجة مسبقًا) (مع الطلاء/الطبقة التمهيدية/الورنيش/مادة مانعة للصدأ لاحقًا)
• طلاء الزنك وسبائك الزنك (انظر أيضًا الطلاء الكهربائي ). راجع المواصفة القياسية الدولية ISO 4042 للاسترشاد بها.
• الكروم ، والنيكل ، والنحاس ، والقصدير المطلي بالكهرباء
• الطلاءات التي لا تُطبّق بالتحليل الكهربائي، مثل طلاءات رقائق الزنك وفقًا للمعيار ISO 10683
• الطلاءات العضوية، مثل مواد منع الصدأ
• طلاء دهان

لا تخضع الأسطح المجلفنة بالغمس الساخن عادةً لاختبار رذاذ الملح (انظر ISO 1461 أو ISO 10684). ينتج عن الجلفنة بالغمس الساخن كربونات الزنك عند تعرضها للبيئة الطبيعية، مما يحمي المعدن المطلي ويقلل من معدل التآكل. لا تتكون كربونات الزنك عند تعريض عينة مجلفنة بالغمس الساخن لرذاذ الملح، لذا فإن طريقة الاختبار هذه لا تعطي قياسًا دقيقًا للحماية من التآكل. يوفر معيار ISO 9223 إرشادات القياس الصحيح لمقاومة التآكل للعينات المجلفنة بالغمس الساخن.

يمكن اختبار الأسطح المطلية بطبقة جلفنة بالغمس الساخن وفقًا لهذه الطريقة. انظر المواصفة القياسية الدولية ISO 12944-6.

تتراوح فترات الاختبار من بضع ساعات (على سبيل المثال 8 أو 24 ساعة من الفولاذ المعالج بالفوسفات) إلى أكثر من شهر (على سبيل المثال 720 ساعة من طلاءات الزنك والنيكل، و1000 ساعة من طلاءات رقائق الزنك).

• تآكل
• هندسة التآكل
• اختبار التآكل الدوري
• غرفة بيئية
• المعايير الصناعية اليابانية
• الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية
• المنظمة الدولية للتوحيد القياسي

• معيار اختبار رش الملح المعدل ASTM G85 ^{[ 3 ]}
• Deutsches Institut für Normung eV DIN 50021 Sprühnebelprüfungen mit verschiedenen NatriumChloridlösungen. Beuth Verlag GmbH، 1988. تم استبدال هذا المعيار بمعيار ISO 9227 وتم ذكره فقط للأغراض الببليوغرافية
• المنظمة الدولية للمقاييس (ISO). ISO 9227 اختبارات التآكل في الأجواء الاصطناعية - اختبارات رش الملح، 2006
• المنظمة الدولية للمقاييس (ISO). المواصفة القياسية الدولية ISO 4628-3: الدهانات والورنيشات. تقييم تدهور الطلاءات. تحديد كمية وحجم العيوب، وشدة التغيرات المنتظمة في المظهر. الجزء 3: تقييم درجة الصدأ.
• اعتبارات الهندسة البيئية والاختبارات المعملية وفقًا للمعيار العسكري MIL-STD-810
• شروط الاختبار والطريقة والتطبيق وفقًا لمعيار ASTM B117 ^{[ 4 ]}