一、定义与内涵:超越单一腐蚀的复杂衰退
•单一因素老化:例如,只研究金属在盐雾中的腐蚀,或只研究塑料在紫外线下的脆化。这种研究虽基础,但难以反映真实情况。
•综合老化:则是研究湿热加速 盐雾腐蚀,同时 紫外线辐射又降解有机涂层,进而削弱其对金属基体的保护,而 温度循环产生的热应力还会引发涂层龟裂,为腐蚀介质侵入提供新通道。这些因素相互促进,形成一个加速材料性能衰退的恶性循环。
二、主要环境应力及其耦合机制
1.化学应力:
•盐雾:氯离子具有强侵蚀性,能破坏金属表面钝化膜,引发并加速点蚀、缝隙腐蚀。
•酸性/碱性气氛:工业区的SO₂、CO₂等气体会溶于水膜形成酸,加剧腐蚀。
•污染物:灰尘中的铵盐、硫酸盐等可溶物会提升表面电解液的导电性。
2.气候应力:
•温度:高温加速所有化学反应速率(包括腐蚀反应)和分子扩散过程。温度循环则导致材料热胀冷缩,产生疲劳应力。
•湿度:液态水是电化学腐蚀的必要条件,高湿环境为腐蚀提供了持续的电介质。结露现象尤为致命。
•太阳辐射:紫外线是高分子材料(如油漆、塑料、复合材料)的老化元凶,导致其分子链断裂、粉化、褪色,使保护层失效。
3.机械应力:
•静态负载或动态交变应力:应力腐蚀开裂是拉应力与腐蚀介质共同作用的结果,其破坏性远大于单纯腐蚀或单纯机械疲劳之和。
典型的耦合效应示例:
•“湿热-盐雾-紫外线”耦合:紫外线使涂层老化、出现微裂纹 → 盐雾通过裂纹渗入 → 湿热环境维持了裂纹内的电解液膜并加速腐蚀反应 → 腐蚀产物体积膨胀,撑大涂层裂纹,形成正反馈。
•“腐蚀-疲劳”耦合:交变应力破坏材料表面保护膜 → 腐蚀介质攻击新鲜表面形成腐蚀坑(应力集中点) → 在应力作用下,腐蚀坑尖端更易萌生疲劳裂纹,极大缩短疲劳寿命。
三、综合老化分析与测试方法
1.自然暴露试验:
•将样品直接置于典型的严酷环境(如海洋平台、工业区、热带雨林)中进行长期观测。结果最真实,但周期过长(数年甚至数十年),难以满足产品研发周期。
2.实验室加速综合老化试验:
•循环腐蚀试验:这是综合老化测试的典范。一个典型循环可能包括:盐雾喷雾 → 干燥 → 湿热静置 → 低温等阶段。这种干湿交替的循环能更好地模拟自然界的昼夜、晴雨变化,其腐蚀机理更接近实际情况,比传统的连续盐雾试验相关性更好。
•多因素综合试验箱:先进的设备可以同时对样品施加温度循环、湿度控制、紫外线辐射、周期性盐雾喷雾甚至机械应力,实现高度集成的综合老化模拟。
3.分析与表征:
•宏观与微观形貌:光学显微镜、扫描电镜观察腐蚀产物形貌、涂层裂纹、界面剥离等情况。
•化学成分分析:EDS、XPS等分析腐蚀产物成分及涂层化学结构变化。
•性能测试:测量附着力、厚度、电化学阻抗谱等,量化性能衰退。



