产品环境失效技术分享----如何因地制宜进行选材

    产品在自然环境下服役，其环境耐久性在很大程度上取决于产品所用的材料，如果材料选择不当，容易导致产品发生腐蚀与老化等环境失效问题。一般来说，产品涉及的材料类型很多，涵盖金属材料、高分子材料、复合材料等，不同材料由于化学成分、组织结构等方面的差异，其环境耐久性往往大相径庭。此外，即使对于同一种材料在不同的环境下使用时，其环境耐久性也存在明显差异，例如：钢材在海洋环境比在内陆自然环境下腐蚀更快。所以，针对不同的环境，为了满足产品环境耐久性的设计要求，应当因地制宜进行选材。

    下面我们结合一个具体案例来进行分析。

长期风吹日晒法像表面受损严重

    近年来，位于广东地区的一座法像经过数年的风吹、日晒，法像外表面涂层出现不均匀变色、开裂、起泡等现象，局部铜板表面出现黑色流挂痕迹，特别是在受阳光直接曝晒的法像背面情况更是严重。

    为此，业主方计划对法像进行修缮，希望外表防护措施具有10年的耐久性，以及维护成本相对较低。业主方公开对外征集修复方案，最终三种工艺（贴金、镀金、喷漆）近50组修复方案可以选择，众多的方案中，究竟哪种方案更满足10年耐久性要求？究竟哪种方案更适应当地的气候环境呢？这些问题，在法像修缮工程开始之前就要找出答案，一旦选择不当，将会造成相当大的损失以及比较恶劣的社会影响。

图1：刚建成时的法像外观         

图2：待翻新的法像外观 

监测服役环境对症挑选方案

    前已述及，环境条件不同，环境腐蚀严酷程度和腐蚀介质的成分不同。若要评估产品的环境耐久性，首先必须摸清产品的服役环境，一般情况下，大多数人都会认为产品只需考虑其服役大环境，例如：高原地区大多考虑紫外影响、东北地区重点考虑低温环境影响。广东属于湿热地区，法像修复方案耐久性评估时，是否只需要考虑太阳辐照、温度、湿度的影响？根据以往项目经验，在评估产品环境耐久性时，不但要关注产品服役地区大环境条件的特征，更应关注产品服役微环境条件的特征。细心的项目人员在现场调查时发现，信徒们在观音法像莲花座供奉的钱币腐蚀严重，部分钱币甚至锈蚀穿孔，而单纯是温度、湿度对钱币锈蚀作用是难以导致这么严重的腐蚀，这说明法像服役环境中存在浓度较高的大气污染物。

    这大气污染物到底是什么成分？浓度到底有多高？是否会影响法像的耐久性？为此，项目组人员决定对对法像服役环境进行监测分析，对法像周围空气污染物、温度、湿度、外表面温度等环境因素进行监测，同时，在现场还开展了法像基材挂片实验。

    观音法相结构复杂、高达60米以上，项目人员要对不同高度不同结构部位进行环境数据监测，经过长达一年的监测，获得百万条以上的试验数据。数据分析表明，法像周围空气存在明显的含硫污染物和盐雾，相对湿度长期处于75%以上,法像表面温度将近70°C，法像服役微环境的腐蚀等级为C4等级，在这种环境法像铜基材容易发生腐蚀问题。基于项目实测环境条件数据，项目人员定制了法像修复方案耐久性评估试验方法，通过一系列环境试验方法再现不同环境因素对法像外表面的影响，例如，醋酸盐雾试验充分考虑了当地酸雨和盐雾比较严重的气候状况，氙灯试验模拟太阳辐照、温度以及湿度的影响，同时，不同试验项目的试验参数不仅参考现有国内外标准，同时还兼顾法像的实际服役微环境，确保法相修复将使用的防护措施能够满足10年以上服役寿命的要求。

    最终，业主方成功的从近50组防护方案中选出了合适的修复方案。