汽車材料大氣腐蝕和實驗室加速循環(huán)腐蝕試驗方法研究
簡要介紹了汽車零部件及材料實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法標準制定的背景和意義，分析了實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與室外腐蝕方法的相關(guān)性，并向新的SAE-中國汽車腐蝕防護與老化分支標準建議了與室外腐蝕相關(guān)性較好的實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法。
關(guān)鍵詞:循環(huán)腐蝕試驗；室外加速腐蝕試驗；室外自然腐蝕試驗；汽車零部件和材料。
在長期的使用過程中，汽車零部件及其材料受到自然環(huán)境中的溫度、濕度和氯離子的影響，會逐漸出現(xiàn)腐蝕、起泡、開裂等腐蝕現(xiàn)象，并伴隨著汽車零部件性能的衰減，終影響車輛的使用和安全。因此，汽車腐蝕問題越來越受到重視。
隨著新能源汽車的快速發(fā)展和汽車輕量化的發(fā)展，汽車的防腐問題面臨著新的挑戰(zhàn)。
過去，中性穩(wěn)態(tài)鹽霧試驗方法廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，在以往的許多研究中被證明與實際情況相關(guān)性較差。后來，越來越多的循環(huán)加速鹽霧腐蝕方法被用于汽車工業(yè)。由于各主機廠各產(chǎn)品的成本、應(yīng)用群體和防腐目標不同，各主機廠開發(fā)的試驗方法設(shè)計理念不同，導(dǎo)致汽車行業(yè)腐蝕試驗方法極其不統(tǒng)一。此外，一家供應(yīng)商向不同的原始設(shè)備制造商供應(yīng)相同的材料，需要通過不同的標準進行測試，造成了大量的資源浪費，不利于行業(yè)的對標和發(fā)展。而且企業(yè)標準是保密的，往往有些測試條件解釋不清楚，也導(dǎo)致測試結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性差。第三，在這些不同概念下設(shè)計的實驗室鹽霧腐蝕方法與實際室外腐蝕結(jié)果之間的相關(guān)性需要驗證。
基于以上三點，汽車行業(yè)迫切需要一種快速、相關(guān)的測試方法來統(tǒng)一各主機廠的循環(huán)腐蝕測試方法。中國汽車工程學(xué)會汽車腐蝕與老化分會已將此任務(wù)納入首批SAE-中國標準制定計劃，以快速響應(yīng)市場需求。
為建立《汽車零部件及材料實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法》標準，對實驗室循環(huán)腐蝕試驗和室外腐蝕試驗進行了對比研究，旨在尋找相關(guān)性更好、試驗速度更快的實驗室加速腐蝕試驗方法。
1.室外腐蝕試驗和實驗室循環(huán)腐蝕試驗。
由于試驗周期長，影響因素多，在評價金屬材料的耐大氣腐蝕性能和研究腐蝕銹層的演變過程中，采用實驗室模擬加速腐蝕或室外模擬加速腐蝕是較重要的。這些方法可以在短時間內(nèi)快速得到測試結(jié)果，在一定程度上預(yù)測材料的長期腐蝕行為，分析一種或幾種典型環(huán)境因素對材料腐蝕的影響及其作用規(guī)律。為了獲得相關(guān)對比試驗數(shù)據(jù)的支持，不僅要進行實驗室循環(huán)腐蝕試驗，還要進行室外腐蝕試驗。由于室外腐蝕試驗是實驗室循環(huán)腐蝕試驗的基礎(chǔ)，因此可以用來指導(dǎo)實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法的制定。
1.1室外腐蝕試驗。
室外腐蝕試驗安排在廈門海邊的自然條件下，根據(jù)美國材料試驗標準D 6675—2001(2011)汽車鋼板有機涂層室外加速表面腐蝕試驗方法，在海南瓊海進行人工噴灑鹽水。廈門屬于亞熱帶海洋性氣候環(huán)境，海南屬于亞熱帶高溫高濕氣候環(huán)境。從室外環(huán)境和腐蝕試驗來看，這兩個地方在國內(nèi)都是典型和有代表性的。
1.2實驗室循環(huán)腐蝕試驗。
實驗室循環(huán)腐蝕試驗有六種不同的試驗方法。其中，這是AISRY公司設(shè)計的一種新方法，是在目前汽車行業(yè)主要采用的試驗方法基礎(chǔ)上改進而來的。
注:a-鹽霧是通過霧化鹽水實現(xiàn)的，其特點是時間長，沉降，一般為(1 ~ 2)ml/(h·80 cm2)。噴灑是將鹽水直接噴灑在樣品上，其特點是時間短，沉降量大，一般為2 ~ 4ml/(min·80 cm2)。B-在鹽霧試驗中，在不同的溫度和濕度條件下，腐蝕方法往往不同(如電化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕)，相應(yīng)的腐蝕速率也有很大差異。有些方法要求測試環(huán)境在一定的時間范圍內(nèi)從一種環(huán)境狀態(tài)切換到另一種環(huán)境狀態(tài)。也有一些方法不是必須的，而是由測試人員根據(jù)設(shè)備性能指定的。“穩(wěn)態(tài)”是指無循環(huán)連續(xù)噴鹽；“小于”是指從一種環(huán)境狀態(tài)到另一種環(huán)境狀態(tài)的過渡時間小于某個值；“自動”是指從一種環(huán)境狀態(tài)自動過渡到另一種環(huán)境狀態(tài)；“線性”是指從一種環(huán)境狀態(tài)到另一種環(huán)境狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是線性的。該過程對測試結(jié)果的再現(xiàn)性有重要影響。再現(xiàn)性問題可以通過從一種環(huán)境狀態(tài)線性切換到另一種環(huán)境狀態(tài)來很好地解決。C—酸雨下，金屬表面局部會形成弱酸。合適的弱酸條件可以更好地模擬汽車實際的酸雨腐蝕環(huán)境，也可以用于鋁合金材料的測試。
注:鹽溶液為1%氯化鈉溶液，用0.5摩爾/升H2SO4調(diào)節(jié)溶液的酸堿度至4.0。在步驟1-3的12分鐘噴灑時間內(nèi)，80 cm2水平區(qū)域的平均鹽霧沉降速率為39-79 ml。
1.3測試樣品。
采集了不同單位、不同工藝條件下的19種車身樣品。樣品基材包括冷軋鋼板、鍍鋅板、鋁板等。預(yù)處理工藝包括傳統(tǒng)的磷化、新的鋯和硅烷化處理，涂層系統(tǒng)包括傳統(tǒng)的三重涂層系統(tǒng)和沒有中間涂層的集成涂層系統(tǒng)。使用的涂料包括粉末涂料、水性涂料和溶劑型涂料。
2.實驗室循環(huán)腐蝕試驗與室外腐蝕試驗的相關(guān)性分析。
對19種試樣進行了實驗室循環(huán)腐蝕試驗和室外腐蝕試驗，除試驗結(jié)束外，均在試驗中途對試樣進行了觀察和測量。根據(jù)現(xiàn)有試驗結(jié)果和原型外觀，分析了實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與室外腐蝕方法的相關(guān)性。
得出實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與室外腐蝕試驗方法的Spearman相關(guān)系數(shù)，AISRY實驗室的循環(huán)腐蝕試驗結(jié)果與室外腐蝕試驗結(jié)果相關(guān)性好。
3.結(jié)語。
通過實驗室循環(huán)腐蝕試驗與室外腐蝕試驗的對比，得出艾斯瑞公司開發(fā)的新試驗方法腐蝕速率更快，與室外腐蝕相關(guān)性更高的結(jié)論。標準工作組決定將試驗方法CATCH-24寫入即將發(fā)布的SAE-中國汽車零部件和材料實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法。
本次測試使用到的實驗檢測設(shè)備均為廣東艾斯瑞儀器科技有限公司、廣東中天儀器股份有限公司提供。
