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汽车材料循环腐蚀试验标准、设计、严酷等级与因素影响

嘉峪检测网        2020-07-21 20:11

目前常见的循环腐蚀试验的环节包括盐雾、冷凝、恒温恒湿、室温存储、干燥等环节。通过不同环节的组合、交替循环,模拟实际使用条件下中一天内温湿度及路况等条件的变化。在循环腐蚀标准中,各环节试验参数的设计主要涉及以下几方面:

* 温度、湿度参数设置;

* 各阶段的时间占比及各阶段转换时间要求;

* 盐溶液的种类,包括氯化钠浓度、pH值、是否添加其他腐蚀因子等;

* 喷雾方式、沉降量等要求。

通过分析各循环腐蚀标准在以上几个方面的异同点,可以对目前主流的汽车行业常用的循环腐蚀标准进行归纳,并预测其未来发展趋势。

(注:上期对“温度、湿度参数设置”,“各阶段的时间占比及各阶段转换时间要求”进行介绍:解析汽车材料循环腐蚀标准的试验参数,本期将对“盐雾种类设计”、“严酷等级及多因素影响”进行分析。)

 

盐雾种类设计

 

目前循环腐蚀标准中常见的盐雾阶段以氯化钠为主要腐蚀因子,表3中列出了我们分析的标准中使用的盐溶液的种类,其浓度多分布在0.5%至5%的范围内。这与地球上海水中NaCl浓度(1%-4.1%)相一致。研究表明,腐蚀的发生需要氧气、离子、水分三方面的作用,三种因素互相制约和影响,共同推进腐蚀的发生。

 

表3 盐溶液种类

汽车材料循环腐蚀标准有哪些

图4为腐蚀的进展速度与氯化钠溶液浓度的关系,离子的浓度与腐蚀速度不呈线性关系,在3.5%左右的氯化钠溶液中,腐蚀速度最快。当浓度继续升高时,溶液中的氧气含量下降,出现高浓度氯离子抑制腐蚀的现象,腐蚀速度下降,而氯离子浓度的降低也会导致电化学反应中反应物浓度下降,腐蚀速度下降。通过曲线可看到,腐蚀效应在氯离子浓度较低(接近0)时也可发生。

 

汽车材料循环腐蚀标准有哪些

图4 腐蚀速度与氯化钠浓度关系图

 

在循环盐雾标准中,除改变溶液中氯化钠的浓度,还可改变盐溶液的种类,如GMW 14872-2013标准(表3)中,将传统的氯化钠溶液换成了氯化钠(0.9%)、氯化钙(0.1%)和碳酸氢钠(0.075%)的混合溶液,就是为了模仿实际环境中的道路融雪剂。实验证明,盐溶液浓度的高低对腐蚀速度影响不大,常见的0.5%氯化钠溶液和5%氯化钠溶液所引起的腐蚀速度相近。部分标准中对盐溶液的pH值范围有明确要求,有的标准将腐蚀试验的pH定为酸性,这是为了模仿酸雨环境对车辆腐蚀造成的影响,其对试样的要求相比中性盐雾更加苛刻。

 

目前常见的盐雾的喷液方式有三种,分别为喷雾、喷淋和浸渍。喷雾的量较小,沉积量通常在1-2ml/h范围内,喷淋通常以顶喷的方式进行,如标准GMW 14872-2013和VOLVO VCS 1027,1499,部分标准还会建议调整顶喷的角度,目的是使试样受到均匀喷淋。浸渍较少见,主要出现在早期的循环腐蚀试验标准中如SAE J2334-2016(早期为1998版)。

 

严酷等级及多因素影响

 

与传统盐雾标准不同,循环盐雾标准大多根据实际的使用环境对不同部位的汽车部件适用的循环种类和循环次数制定了相应的要求,如标准IEC60068-2-52:2017规定8种严酷等级,其中严酷等级3-8常用于在盐和大气环境中频繁交替使用的汽车材料。严酷等级2-6增加循环的次数提升试验严苛程度;严酷等级7增加干湿交替的频次提升严苛程度,严酷等级8将中性盐雾改为酸性以满足实际使用环境中的酸雨和大气污染等导致的腐蚀加速。标准GMW 14872中通过增加周边阶段的喷雾次数,提高样品表面被氯化钠等腐蚀因子覆盖的时间,提高干湿交替的频次,从而满足车用材料不同安装位置对材料防腐性能的需要。对各类标准进行归纳分析后可发现,随着温湿度交替频次的上升和中高湿度阶段总时长的增加,试样需要具备更优异的的耐腐蚀性能。在实际行驶中,汽车材料易腐蚀程度自高至低排序为底盘、车身下半部分、车身上半部分、车内材料等,可以以此为依据,选择循环腐蚀的条件。

 

除离子、温度、湿度可引起腐蚀外,在车辆的实际使用中,还受到其他多种复合因素的影响,如底盘受到的碎石冲击、车辆在粉尘环境行驶等因素均会改变腐蚀进展速度。在部分循环腐蚀标准如GMW 14872-2013在周边环节中也加入了复合因素的影响,实际测试时根据情况选用,从而更加真实的模拟实际环境的腐蚀情况。ISO 11997-2:2013在试验条件中加入了光照的影响,可以选择特定辐照度的紫外、氙灯模拟日光。

 

结论

 

综合常见的循环腐蚀标准,可归纳出以下几点:

(1)循环盐雾试验中的各环节占据时间及转换时间是腐蚀试验设计的关键,未来循环腐蚀标准的试验参数设计有增加中湿度、高湿度环节时长,即延长循环腐蚀试验中快速腐蚀阶段时长的趋势。对各阶段转换时间的规定将进一步细化,这对试验箱的环境控制能力及稳定性将提出更高的要求,可以预见循环腐蚀试验箱完成全部的循环腐蚀试验阶段将会成为主流,代替由盐雾试验箱和环境试验箱共同完成循环腐蚀试验的模式。

(2)在循环腐蚀试验中会进一步加入各类附加条件,以满足由于路况、环境污染、地域环境等因素对腐蚀进展造成的影响,综合考虑实际使用场景提出相应的循环腐蚀条件,增强循环腐蚀试验结果与实际环境中腐蚀进程的相关性。

(3)对循环腐蚀试验的盐雾阶段进行分析,盐雾的种类逐渐多样化,出现针对道路融雪剂等实际场景的盐雾种类,盐溶液的浓度出现下降趋势,更加贴近实际环境。

 

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来源:环境技术