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盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

嘉峪检测网        2020-02-26 15:15

内容提要

 

 

本文对盐雾含量和盐雾沉降率的测量与计算进行了详细解析,提出了不同于现行标准的盐雾含量和盐雾沉降率通用计算公式。比较分析了该通用计算公式与现行标准计算公式的差异、分析计算了盐雾沉降率两种常用计算单位的换算倍率;对现行盐雾试验标准的盐雾沉降率进行了分析计算,并对盐雾含量和盐雾沉降率的相互关系进行了分析,最后得到了一些重要的结论。

 

引言

盐雾是影响产品的重要环境因素之一。盐雾是指大气中含盐的微小液滴构成的弥散系统。盐雾形成的主要原因是因为海洋中的波浪翻滚、海浪拍击导致海水激烈扰动,海水飞溅、碎裂产生大量微小液滴。微小液滴分散于大气中,随空气流动而流动,四处散布,形成弥散系统,盐雾因此而形成,并因为重力作用而沉降。

 

盐雾的主要成分是NaCl,NaCl在溶液中以Na+和Cl-的形态存在。在一定温度下,盐雾环境的腐蚀作用与盐雾含量、盐雾沉降率有关。GB/T 10593.2-2012对“盐雾含量”的定义为“单位体积中的含盐量”;对“盐雾沉降率”的定义为“大气中盐雾在规定面积上单位时间的自由沉降量 ”。在一定浓度范围内和一定温度下,盐雾含量越高、盐雾沉降率越大,对材料的腐蚀作用就越明显。盐雾含量和盐雾沉降率,是盐雾环境的两个重要参数,也是衡量盐雾环境严酷程度的两个重要指标。

盐雾含量测量与计算

1.1  采样装置

进行盐雾含量测量,首先必须收集盐雾采样。盐雾采样通常采用吸气法,GB/T 10593.2-2012采取的就是吸气法采样。盐雾采样装置主要包括吸收管、缓冲瓶、大气采样器,采样装置的系统组成见图1。

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

说明:1.吸收管;2.吸收液;3.缓冲瓶;4.大气采样器

图1  盐雾含量采样装置系统组成

1.2  采样原理

大气中盐雾的盐分容易溶于水,在大气采样器的吸气作用下,含有盐雾的空气被吸进吸收管,溶解于吸收管内的去离子吸收液中。

 

1.3  分析原理

盐雾溶解于去离子吸收液的盐分会离解成氯离子,在吸收液中加入硫氰酸汞和硫酸铁铵试剂。在一定酸度下,氯离子与硫氰酸汞反应产生硫氰酸根离子,硫氰酸根离子再和硫酸铁铵中的三价铁离子络合,形成红色的硫氰酸铁络合物,化学反应式如下: 

 

Hg(SCN)2+2Cl—→HgCl2+2SCN—

3SCN-+Fe3+→Fe(SCN)3

 

根据硫氰酸铁络合物的颜色深浅,可测得溶液中硫氰酸铁的浓度。根据上述化学反应式中硫氰酸铁与氯离子的比例关系,就可以得到氯离子的浓度。

 

1.4  盐雾含量计算

GB/T 10593.2-2012对盐雾含量的定义为:单位体积中的含盐量,以毫克每立方米(mg/m3)为单位。但“含盐量”是指氯化钠,还是其他盐分,并没有明确说明。

 

在GB/T 10593.2-2012中,盐雾含量的计算公式见下述公式(1):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

其中,Sc:盐雾含量,mg/m3;[Cl—]:采集液样品氯离子浓度,mg/L;V:样品溶液总体积,mL;Q:大气采样器吸气流速,L/min;T:采样时间,min

钠的原子量是23,氯的原子量是35.45,氯化钠的分子量是58.45。当盐雾含量中的“含盐量”是指氯化钠含量时,氯离子含量与氯化钠含量的转换系数就是1.6488,则盐雾含量的计算公式如下述公式(2):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

在GB/T10593.2-2012中,为什么氯离子含量与“含盐量”的换算系数是1.8065?该标准并未作出说明。当“含盐量”是指氯化钠含量时,氯离子含量与含盐量的转换系数就应该是1.6488,盐雾含量的计算公式就应该是上述公式(2),而不是上述公式(1)。

 

根据该标准对盐雾含量的定义,当盐雾含量中的“含盐量”未明确具体是什么时,本文为此提出更适用的盐雾含量通用计算公式见下述公式(3):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

其中,Sc:盐雾含量,mg/m3;[Cl—]:采集液样品氯离子浓度,mg/L;V:样品溶液总体积,mL;Q:大气采样器吸气流速,L/min;T:采样时间,min;K:氯离子含量与含盐量的转换系数

盐雾沉降率测量与计算

2.1  采样装置

盐雾沉降率的测量,首先需要对沉降的盐雾进行采样。盐雾在大气中会随空气流动而散布,并因重力作用而自由沉降,盐雾沉降率测量的采样通常采用湿纱布法,GB/T 10593.2-2012采取的就是湿纱布法采样。盐雾沉降率采样装置见下图2。

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

说明:1.绕有纱布的玻璃试管;2.纱布;3.小玻璃管;4.橡皮塞;5.广口瓶;6.纱布;7.去离子水吸收液

图2  盐雾沉降率采样装置

2.2  采样原理

大气中的盐雾自由沉降在采样装置上的湿纱布上时,盐雾中的盐分就会附着在湿纱布上,当把含有盐分的湿纱布充分浸入去离子水吸收液后,盐分就会溶解于去离子吸收液中。

 

2.3  分析原理

按照1.3的方法可以测量得到氯离子的浓度。

 

2.4  盐雾沉降率计算

GB/T 10593.2-2012对盐雾沉降率的定义为:大气中盐雾在规定面积上单位时间的自由沉降量,以毫克每80平方厘米小时〔mg/(80cm2•h)〕或毫克每平方米天〔mg/(m2•d)〕为单位。

 

在GB/T 10593.2-2012中,氯离子含量与含盐量的转换系数是1.8065,基于该标准对盐雾沉降率的定义,该标准的盐雾沉降率计算公式分别见下述公式(4)和公式(5):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

其中,Sd:盐雾沉降率,mg/(80cm2•h)或mg/(m2•d);[Cl—]:采集液样品氯离子浓度,mg/L;V:样品溶液总体积,mL;S:纱布面积,cm2;T:采样时间,h;

根据该标准对盐雾沉降率的定义,当“含盐量”未具体明确是什么时,本文提出盐雾沉降率更适用的通用计算公式见下述公式(6)和公式(7):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

其中,Sd:盐雾沉降率,mg/(80cm2•h)或mg/(m2•d);[Cl—]:采集液样品氯离子浓度,mg/L;V:样品溶液总体积,mL;S:纱布面积,cm2;T:采样时间,h;K:氯离子含量与含盐量的转换系数

当“含盐量”是指氯化钠含量时,氯离子含量与含盐量的转换系数K就是1.6488,盐雾沉降率的计算公式就是下述的公式(8)和公式(9)。

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

2.5  盐雾沉降率不同计算单位的倍率

GB/T 10593.2-2012对盐雾沉降率的计算单位采用了毫克每80平方厘米小时〔mg/(80cm2•h)〕和毫克每平方米天〔mg/(m2•d)〕两种计算单位。盐雾沉降率的计算单位不同,盐雾沉降率的计算公式就不同,盐雾沉降率的计算结果也就不相同。但无论氯离子含量和含盐量的转换系数如何取值,也无论氯离子含量大小如何,以毫克每平方米天〔mg/(m2•d)〕为单位和以每80平方厘米小时〔mg/(80cm2•h)〕为单位的盐雾沉降率之间的倍率关系都是3 000。

 

2.6  盐雾试验标准中的盐雾沉降率

现行盐雾试验标准有很多,如GJB 150.11A-2009、GB/T 2423.17-2008、GB/T 2423.18-2012、GB/T 10125-2012、GB/T 1771-2007、ASTM B117-2018等,涉及整机设备、元器件、零部件和材料,盐雾试验标准都会对盐雾沉降率进行规定。为便于试验操作和测量,盐雾试验标准一般都采用毫升每80平方厘米小时〔mL/(80cm2•h)〕作为盐雾沉降率的单位。

 

GJB 150.11A-2009规定的晨雾沉降率为1~3 mL/(80cm2•h),其他盐雾试验标准要求的盐雾沉降率一般都介于1~3 mL/(80cm2•h)之间。现行盐雾试验标准一般都采用5% NaCl溶液和35º的试验温度。5% NaCl溶液在35º的比重约为1.03,通过计算可得到盐雾沉降率介于51.5~154.5mg/(80cm2•h)之间,这是非常大的盐雾沉降率数值,说明现行盐雾试验标准中的盐雾环境是很严酷的。

盐雾含量与盐雾沉降率的相互关系

将盐雾含量的计算公式(6),除以盐雾沉降率的计算公式(3),可以得到下面的关系式(公式10):

盐雾含量与盐雾沉降率测量计算及其相互关系分析

其中:Sc :盐雾含量,mg/m3;Sd :盐雾沉降率,mg/(80cm2•h);Vd :盐雾含量样品溶液总体积,mL;Vc :盐雾沉降率样品溶液总体积,mL;Q :大气采样器吸气流速,L/min;S :纱布面积,cm2;Tc:盐雾含量采样时间,min;Td :盐雾沉降率采样时间,h

由上述公式(10)可以看出,盐雾含量与盐雾沉降率的相互关系和氯离子浓度无关,和氯离子含量与含盐量的转换系数无关,但和盐雾含量采样的吸气流速、盐雾沉降率的采样面积、采样时间、样品溶液总体积有关。

结论

1.当盐雾“含盐量”未具体明确是什么时,盐雾含量的计算应采用本文提出的通用计算公式(3);当盐雾“含盐量”是指氯化钠含量时,盐雾含量的计算应采用本文提出的公式(2);

 

2.当盐雾“含盐量”未具体明确是什么时,盐雾沉降率的计算应采用本文提出的通用计算公式(6)和公式(7);当盐雾“含盐量”是指氯化钠含量时,盐雾沉降率的计算应采用本文提出的公式(8)和(9);

 

3.以毫克每平方米天〔mg/(m2•d)〕为单位和以每80平方厘米小时〔mg/(80cm2•h)〕为单位的盐雾沉降率之间的倍率关系都是3 000,与氯离子浓度、样品溶液总体积、采样面积、采样时间、氯离子含量与含盐量的转换系数都无关;

 

4.现行盐雾试验标准中的盐雾沉降率数值很高,说明盐雾环境很严酷;

 

5.盐雾含量与盐雾沉降率的相互关系和氯离子浓度无关,和氯离子含量与含盐量的转换系数无关,但和盐雾含量采样的吸气流速、盐雾沉降率的采样面积、采样时间、样品溶液总体积有关。

参考文献

 

[1]GB 10593.2-2012  电工电子产品环境参数测量方法 第2部分:盐雾[S].

[2]王忠,陈晖,张铮. 环境试验[M]. 北京:电子工业出版社. 2015:87-97.

[3]GBJ 150.11A-2009  军用装备实验室环境试验方法 第11部分:盐雾试验[S].

[4]GBT 2423.17-2008 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ka:盐雾[S].

[5]GBT 2423.18-2012 环境试验 第2部分:试验方法 试验Kb:盐雾,交变(氯化钠溶液)[S].

[6]GB/T 10125-2012 人造气氛腐蚀试验  盐雾试验[S].

[7]GB/T 1771-2007 色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定[S].

[8]ASTM B117 - 18 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus[S].

 

 

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来源:环境技术王忠