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性較好的實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法。
關鍵詞: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、應用群體和防腐目標不同，各主機廠開發(fā)的試驗方法設計理念不同，導致汽車行業(yè)腐蝕試驗方法極其不統(tǒng)一。此外，一家供應商向不同的原始設備制造商供應相同的材料，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，也導致測試結(jié)果的重復性和再現(xiàn)性差。第三，在這些不同概念下設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。中國汽車工程學會汽車腐蝕與老化分會已將此任務納入首批SAE-中國標準制定計劃，以快速響應市場需求。
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，因此可以用來指導實驗室循環(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(如電化學腐蝕或化學腐蝕)，相應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。
