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田永，韋俊
(廣汽菲亞特汽車有限公司產(chǎn)品技術(shù)部，湖南長(zhǎng)沙410100)
摘要：介紹了循環(huán)鹽霧腐蝕試驗(yàn)的原理以及幾種常用標(biāo)準(zhǔn)，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24195（等同采用IS0 16151），大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV 1210、通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW14872、克萊斯勒汽車標(biāo)準(zhǔn)SAEJ2334（由國(guó)際汽車工程師學(xué)會(huì)汽車腐蝕與防護(hù)委員會(huì)制定）、日產(chǎn)汽車標(biāo)準(zhǔn)M0158和上海汽車標(biāo)準(zhǔn)SMC 30054(等同采用RES30.CT.119)。對(duì)比了不同試驗(yàn)方法的循環(huán)過程和操作條件。
關(guān)鍵詞：汽車；金屬；循環(huán)鹽霧試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)
中圖分類號(hào)：TG178; U467.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號(hào)：1004 - 227X (2012) 08 - 0043 - 05
1前言
汽車金屬零部件的腐蝕破壞已經(jīng)成為當(dāng)前汽車壽命降低的重要原因之一。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)每年因汽車腐蝕所造成的損失高達(dá)200億美元[1]，常見的腐蝕部位如表1所示。所以，從汽車公司到消費(fèi)者，都非常重視汽車金屬零部件的腐蝕問題。
鹽霧試驗(yàn)是檢驗(yàn)金屬零部件耐蝕性的重要手段，通常分為中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)、醋酸鹽霧(ASS)試驗(yàn)、銅加速醋酸鹽霧(CASS)試驗(yàn)、循環(huán)鹽霧試驗(yàn)等幾大類。中性鹽霧試驗(yàn)是將樣品暴露于鹽霧箱中，利用噴霧裝置將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的氯化鈉溶液轉(zhuǎn)變成鹽霧，進(jìn)行自由沉降，使鹽霧能均勻地落在試樣表面，并通過維持鹽液膜的經(jīng)常性更新，使金屬表面加速腐蝕，適用于金屬及其合金，金屬或有機(jī)覆蓋層，陽極氧化膜和轉(zhuǎn)化膜等[2]。醋酸鹽霧試驗(yàn)和銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)則是在中性鹽霧中加入醋酸甚至還有氯化銅，加速腐蝕過程。循環(huán)鹽霧試驗(yàn)則是一種綜合鹽霧試驗(yàn)，它通過中性鹽霧試驗(yàn)加恒定濕熱條件，通過潮濕環(huán)境的滲透，使鹽霧腐蝕不但發(fā)生在表面，也發(fā)生在產(chǎn)品內(nèi)部[3]。循環(huán)鹽霧腐蝕試驗(yàn)更能檢驗(yàn)樣品的真實(shí)腐蝕狀態(tài)，也是鹽霧試驗(yàn)中最為嚴(yán)格的一種，主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和腐蝕嚴(yán)重的零部件，如排氣管、車架、油管、雨刮臂等。
2循環(huán)腐蝕試驗(yàn)原理
腐蝕一般分為兩種，即化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是指金屬在干燥氣體和非電解質(zhì)溶液中發(fā)生化學(xué)變化而導(dǎo)致的腐蝕，這類腐蝕沒有水介入；電化學(xué)腐蝕則是在有電解質(zhì)和水的作用下發(fā)生的，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生電流，形成電池[4]。在電化學(xué)腐蝕中，電極電位低的金屬為陽極，電極電位高的為陰極，陽極失去電子成為金屬離子而進(jìn)入電解液，形成陽極腐蝕，而陰極接受電子，把電子轉(zhuǎn)移給電解質(zhì)溶液中的介質(zhì)離子，使得反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行[5]。
循環(huán)鹽霧試驗(yàn)由于溫度和濕度不斷變化，有時(shí)有水的介入，屬于電化學(xué)腐蝕，有時(shí)沒有水的介入，屬于化學(xué)腐蝕。在試驗(yàn)中，鹽霧微粒沉降附著在材料表面后，便迅速吸潮溶解成氯化物的水溶液，在一定的溫濕度條件下，這種氯化物水溶液或離解后的氯離子，通過漆膜、鍍層或其他材料的微孔而滲入到材料體系內(nèi)部，從而引起金屬基材的腐蝕。試驗(yàn)一般進(jìn)行多個(gè)循環(huán)過程，模擬實(shí)際環(huán)境中的濕熱、干熱等極端氣候情況，特別是在水分蒸發(fā)、鹽沉積的試驗(yàn)階段，干燥的樣品表面上鹽溶液濃度較高，會(huì)導(dǎo)致覆蓋層表面腐蝕速率加快。除此之外，‘樣品由濕變干的過程中由于其表面與氧氣接觸充分，也直接加速了腐蝕反應(yīng)[6]。
3常用的循環(huán)鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
3.1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24195(等同采用IS0 16151)
GB/T 24195《金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤(rùn)”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了2種方法：方法A只適用于金屬及其合金，金屬涂層（陰極涂層），陽極氧化涂層，金屬材料上的有機(jī)涂層等，方法B主要適用于鋼板上的陽極涂層，鋼皈上帶有轉(zhuǎn)化膜的陽極涂層等。
方法A的循環(huán)過程如圖1所示，腐蝕過程分為酸陛鹽霧腐蝕、干燥保持和潮濕保持3個(gè)階段，腐蝕溶夜采用5%的酸性氯化鈉溶液，pH控制在3.5士0.1。
方法A在試驗(yàn)中要求樣件擺放角度與垂直方向成200士50，鹽霧收集面積為80 cm2，連續(xù)噴霧24 h后鹽霧沉降率應(yīng)該在(1.5土0.5) mL/h范圍內(nèi)。試驗(yàn)周期根據(jù)零件的腐蝕程度而定，一般在3～180個(gè)周期內(nèi)選取。
方法B的循環(huán)過程如圖2所示，腐蝕過程同樣為酸性鹽霧腐蝕、干燥保持、潮濕保持3個(gè)階段，腐蝕溶液為混合酸化鹽溶液，含有NaCl、MgCl2、Na2S04、CaCl2. KC1、NaHC03、KBr、H3B03、SrCl2和NaF。pH控制在2.5±O.l。
方法B的樣件擺放角度及鹽霧沉降率與方法A的要求相同，試驗(yàn)周期也根據(jù)零件的腐蝕程度而定，一般在12～192個(gè)周期內(nèi)選取。
GB/T 24195規(guī)定，試驗(yàn)完成后自然干燥1h，用清水洗凈樣件后進(jìn)行評(píng)判。試驗(yàn)后外觀不能有明顯變化，腐蝕缺陷的數(shù)量和分布符合GB/T 6461《金屬基體上金屬和其他無機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》(等同采用IS0 10289)的規(guī)定，機(jī)械性能和電化學(xué)性能不能有變化。
3.2大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV 1210
PV 1210是德國(guó)大眾汽車公司的車身與附件循環(huán)鹽霧腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，是應(yīng)用最為廣泛的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用于有涂層的車身、車身薄板、結(jié)構(gòu)組件等試驗(yàn)樣品的腐蝕檢測(cè)。
試驗(yàn)分為噴灑鹽霧、標(biāo)準(zhǔn)氣候保存、濕熱存放3個(gè)階段，如圖3所示。噴灑鹽霧按照DIN 50021標(biāo)準(zhǔn)中的NSS法，NaCl質(zhì)量濃度為(50士5)g/L，噴灑時(shí)間4h;標(biāo)準(zhǔn)氣候保存按照DIN 50014標(biāo)準(zhǔn)中的23/50-2條件，保持4 h；濕熱存放按照DIN 50017標(biāo)準(zhǔn)中的恒態(tài)(KK)條件，(40士3)℃、濕度100%下存放16 h，5個(gè)循環(huán)以后在標(biāo)準(zhǔn)氣候保存2d再繼續(xù)進(jìn)行。
試驗(yàn)可以進(jìn)行15、30、60或90個(gè)循環(huán)，然后評(píng)判樣件的腐蝕，包括腐蝕種類（覆層或基材腐蝕）、腐蝕形式（平面腐蝕或邊緣腐蝕）以及腐蝕的進(jìn)展情況（附著力下降情況、是否有氣泡產(chǎn)生）。
3.3通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW14872
GMW14872是美國(guó)通用汽車公司的循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車金屬零部件，試驗(yàn)過程包括鹽水噴霧、常溫存儲(chǔ)、濕度存儲(chǔ)、干燥存儲(chǔ)等多個(gè)階段，如圖4所示。在鹽水噴霧階段，溶液組成為NaCl0.9%、CaCl2 0.1%、NaHC03 0.075%;在常溫存儲(chǔ)階段，溫度(25土3) ℃，濕度45%土10%，持續(xù)8 h；在濕度存儲(chǔ)階段，溫度(49士2) ℃，濕度100%，持續(xù)8h;在干燥存儲(chǔ)階段，溫度(60士2) ℃，濕度≤30%，持續(xù)8h。
對(duì)于外飾零部件，每個(gè)循環(huán)噴鹽霧4次，28個(gè)循環(huán)無表面腐蝕，52個(gè)循環(huán)無基材腐蝕；對(duì)于內(nèi)飾零部件，5個(gè)循環(huán)噴一次鹽霧，根據(jù)位置不同，最高要求22個(gè)循環(huán)表面無腐蝕，40個(gè)循環(huán)無基材腐蝕；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙零部件，最高要求每個(gè)循環(huán)噴鹽霧4次，9個(gè)循環(huán)無表面腐蝕，5 1個(gè)循環(huán)無基材腐蝕；對(duì)于車底零部件，每個(gè)循環(huán)噴鹽霧4次，最高要求6個(gè)循環(huán)無表面腐蝕，68個(gè)循環(huán)無基材腐蝕。
3.4克萊斯勒汽車標(biāo)準(zhǔn)SAE J2334
SAE J2334是由國(guó)際汽車工程師學(xué)會(huì)汽車腐蝕與防護(hù)委員會(huì)制定的裝飾用材料腐蝕實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，適用于評(píng)價(jià)特定涂裝體系、基材、工藝或設(shè)計(jì)的防腐性能。試驗(yàn)過程包括濕度存儲(chǔ)、鹽水噴霧和高溫存儲(chǔ)3個(gè)階段(見圖5):濕度存儲(chǔ)要求濕度為100%、溫度50 ℃，保持6h;鹽水噴霧15 min，溶液含0.5% NaCl、0.1% CaCl2和0.075% NaHC03;高溫存儲(chǔ)要求溫度為60℃、濕度50%，存儲(chǔ)17 h 45 min。
對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的外觀件和開閉件，如雨刮刮桿及B柱、C柱外飾板等，要求60個(gè)循環(huán)以后無腐蝕，120個(gè)循環(huán)以后無功能損失；對(duì)于駕駛艙及內(nèi)部可以看到的零部件，如內(nèi)開拉手、座椅頭枕支撐架等，要求30個(gè)循環(huán)無腐蝕，120個(gè)循環(huán)無功能損失。
3.5日產(chǎn)工程標(biāo)準(zhǔn)M0158
日產(chǎn)汽車的循環(huán)鹽霧試驗(yàn)針對(duì)零部件不同的腐蝕程度提供了3種不同的循環(huán)方法，分別如圖6～8所示。
第一種方法適用于一般腐蝕的零部件，如車身部件、緊固件等，整個(gè)循環(huán)分為中性鹽霧腐蝕、干燥保持、潮濕保持3個(gè)階段，總時(shí)間為8h。
第二種方法適用于外板等腐蝕較嚴(yán)重的部件，在第一種試驗(yàn)循環(huán)的基礎(chǔ)上增加了潮濕保持和干燥保持的循環(huán)次數(shù)。
第三種方法適用于內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重的部件，將中性鹽霧改為鹽水浸泡，試驗(yàn)條件比前兩種方法更加嚴(yán)格。3.6上汽榮威SMC 30054(等同采用RES 30．CT．119)
SMC 30054是上海汽車集團(tuán)股份有限公司的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。首先噴灑鹽霧6h，然后分別在高溫高濕和高溫干燥兩種環(huán)境下存儲(chǔ)。循環(huán)試驗(yàn)條件見圖9。具體的循環(huán)次數(shù)根據(jù)零件的腐蝕程度和安裝部位而定，一般在20～720個(gè)循環(huán)的范圍內(nèi)選取。
4總結(jié)
從以上對(duì)比可以看出，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雖然內(nèi)容不盡相同，但基本的試驗(yàn)階段大致相同，均包括了鹽霧階段、干燥階段和潮濕階段。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24195將循環(huán)鹽霧分為兩種，針對(duì)不同的腐蝕情況進(jìn)行不同時(shí)間的鹽霧噴灑，針對(duì)性和可操作性強(qiáng)，而且也是循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)中唯一采用酸性鹽霧條件的標(biāo)準(zhǔn)。大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV 1210并沒有針對(duì)不同的零件分別制定循環(huán)過程，而是制定了不同的循環(huán)時(shí)間。通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW14872是上述所有標(biāo)準(zhǔn)中鹽霧噴灑時(shí)間最長(zhǎng)的，達(dá)到了8h，可見其要求之嚴(yán)格。克萊斯勒汽車標(biāo)準(zhǔn)SAE J2334是高溫高濕保持時(shí)間最長(zhǎng)的，達(dá)到了17 h 45 min，可見其對(duì)惡劣環(huán)境的耐蝕要求最為嚴(yán)格。日產(chǎn)工程標(biāo)準(zhǔn)M0158則將循環(huán)條件細(xì)分為3個(gè)階段，針對(duì)不同的腐蝕部位制定不同的循環(huán)階段，這樣可以更加真實(shí)地模擬實(shí)際的腐蝕環(huán)境，也是唯一要求用鹽水浸泡零部件的標(biāo)準(zhǔn)。上汽榮威的SMC 30054標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)中高溫保持階段的溫度不斷變化，干濕階段保持時(shí)間較長(zhǎng)。
由此可見，歐美的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大多采用相同的循環(huán)過程，通過不同的循環(huán)時(shí)間來模擬不同的腐蝕程度；日系標(biāo)準(zhǔn)則細(xì)分腐蝕部位，針對(duì)不同的零件制定不同的腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，模擬更加真實(shí)。國(guó)內(nèi)自主品牌車企大多數(shù)沒有自己制定循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而是借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕要求較低，所以在循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方面亟需加強(qiáng)。
總之，循環(huán)鹽霧試驗(yàn)可以通過不同的溫度和濕度變化，模擬用戶實(shí)際使用狀況，相對(duì)于中性鹽霧試驗(yàn)而言更能夠加速腐蝕，更能體現(xiàn)出零部件的抗腐蝕性能。通過循環(huán)鹽霧腐蝕試驗(yàn)，在金屬零部件的開發(fā)前期進(jìn)行有效的防腐控制，對(duì)延長(zhǎng)金屬零部件的使用壽命有重要意義。
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