摘 要：介紹了汽車循環(huán)腐蝕試驗(yàn)機(jī)理，并對(duì)目前國(guó)內(nèi)幾種主要的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法，包括大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV1210、通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW14872、克萊斯勒汽車標(biāo)準(zhǔn)SAE J2334的腐蝕量進(jìn)行了對(duì)比。分析了三大循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的差異及其影響因素。準(zhǔn)確把握試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)，將有助于試驗(yàn)更接近戶外自然腐蝕狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：汽車；金屬；腐蝕量；腐蝕速率；影響因素
汽車金屬零部件的腐蝕破壞已經(jīng)成為當(dāng)今影響汽車壽命的重要原因之一。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)每年因汽車金屬腐蝕所造成的損失就高達(dá)200億美元，因此對(duì)汽車抗腐蝕性能的研發(fā)顯得越來(lái)越重要。
腐蝕一般分為2種，即化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的腐蝕，這類腐蝕沒有水介入；電化學(xué)腐蝕則是在電解質(zhì)和水的共同作用下發(fā)生的，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生電流，形成電池。在電化學(xué)腐蝕中，電極電位較負(fù)的金屬為陽(yáng)極，陽(yáng)極失去電子成為金屬離子而進(jìn)入電解液，發(fā)生氧化反應(yīng)；電極電位高的為陰極，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，發(fā)生還原反應(yīng)，使得電化學(xué)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。
循環(huán)腐蝕模擬的是大氣腐蝕，是金屬處于表面薄層電解液膜下的腐蝕過(guò)程，主要是電化學(xué)腐蝕。根據(jù)腐蝕金屬表面的潮濕程度可把腐蝕分為“干的”、“潮的”、“濕的”3種類型。循環(huán)腐蝕試驗(yàn)過(guò)程中，上述3種腐蝕情況是交替發(fā)生的。
腐蝕初期，當(dāng)金屬表面形成了連續(xù)的電解液薄膜時(shí)，就開始了電化學(xué)腐蝕過(guò)程，陰極發(fā)生了氧的去極化反應(yīng)。銹層形成后，處于濕潤(rùn)條件下的鐵銹層可以起到強(qiáng)氧化劑的作用。
陽(yáng)極反應(yīng)發(fā)生在金屬/Fe3O4界面上：
陰極反應(yīng)發(fā)生在Fe3O4/FeOOH界面上：
即銹層內(nèi)發(fā)生了Fe3+→Fe2+的還原反應(yīng)，銹層參與了陰極反應(yīng)過(guò)程。
當(dāng)銹層干燥時(shí)，即外部氣體相對(duì)濕度下降時(shí)，銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路，在大氣中氧的作用下銹層內(nèi)的Fe2+重新氧化成為Fe3+，即發(fā)生如下反應(yīng)：
因此，在干濕交替的情況下，帶有銹層的金屬的腐蝕被加速。
2、不同循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法
2.1 大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV1210
PV1210是德國(guó)大眾汽車車身及其配件循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，適用于具有涂層的車身、車身鋼板、結(jié)構(gòu)組合件和構(gòu)件等。標(biāo)準(zhǔn)分為噴霧、老化存放、冷凝和室溫4個(gè)試驗(yàn)階段。
2.2 通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872
GMW14872是美國(guó)通用汽車公司的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之一。適用于底盤件、發(fā)動(dòng)機(jī)件、內(nèi)飾件、外飾件、第二表面件等。標(biāo)準(zhǔn)分為室溫環(huán)境、濕度環(huán)境、干燥環(huán)境3個(gè)試驗(yàn)階段：
（1） 室溫環(huán)境階段（8h）：溫度（25±3）℃，相對(duì)濕度（45±10）%。
（2） 濕度環(huán)境階段（8h）：溫度（49±2）℃，相對(duì)濕度100%。
（3） 干燥環(huán)境階段（8h）：溫度（60±2）℃，相對(duì)濕度≤30%。
鹽溶液組成 ：0.9% NaCl，0.1% CaCl2，0.075%NaHCO3。試驗(yàn)選用常做的條件，即每個(gè)周期噴4次鹽溶液。
2.3 克萊斯勒汽車標(biāo)準(zhǔn) SAEJ2334
克萊斯勒汽車循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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，適用于特殊的涂裝系統(tǒng)、基材、工藝或設(shè)計(jì)性涂裝腐蝕試驗(yàn)。
標(biāo)準(zhǔn)分為濕度環(huán)境，鹽霧環(huán)境，干燥環(huán)境3個(gè)試驗(yàn)階段：
（1）濕度環(huán)境階段（6h）：溫度50℃，相對(duì)濕度100%。
（2）3種不同測(cè)試方法的測(cè)試周期數(shù)與腐蝕量的關(guān)系分別見表1~3。由表1~3可見，腐蝕量增長(zhǎng)速率大小依次為 ：SAEJ2334，GMW14872，PV1210。
（3） 燥環(huán)境階段（17.75h）：溫度60℃，相對(duì)濕度50%。
3、試驗(yàn)與分
3.1 試驗(yàn)材料
采用通用循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GMW14872中的“CXB-12-K”標(biāo)準(zhǔn)Coupon板（圖1），尺寸25mm×51mm×3mm。
將Coupon板安裝在支架上，再放置于鹽霧試驗(yàn)箱中。Coupon板及支架的安裝圖見圖2，圖3。
圖1 Coupon板示意圖
Figure 1 The schematic of Coupon hardware
圖2 Coupon板安裝圖
Figure 2 Coupon hardware assembly illustration
圖3 Coupon板支架安裝圖
Figure 3 Coupon hardware bracket assembly illustration
試驗(yàn)前用丙酮溶液清洗Coupon板，稱重并記錄質(zhì)量，以g為單位。試驗(yàn)結(jié)束后，采用噴砂工藝（氣壓：36.3 kg，149μm石英砂）清除Coupon板表面所產(chǎn)生的全部銹蝕。對(duì)清除銹蝕后的Coupon板再次進(jìn)行稱重，并記錄質(zhì)量，以g為單位，按下式計(jì)算質(zhì)量損失：
質(zhì)量損失=試驗(yàn)前質(zhì)量-試驗(yàn)后質(zhì)量
3.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論
表1 GMW 14872測(cè)試周期數(shù)與腐蝕量的關(guān)系
Table 1 The relationship between the number of test cycles of GMW 14872 and the corrosion amount
表2 PV 1210測(cè)試周期數(shù)與腐蝕量的關(guān)系
Table 2 The relationship between the number of test cycles of PV 1210 and the corrosion amount
表3 SAE J2334測(cè)試周期數(shù)與腐蝕量的關(guān)系
Table 3 The relationship between the number of test cycles of SAE J2334 and the corrosion amount
影響汽車腐蝕的因素復(fù)雜多變，一般認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)的重要影響因素包括：pH、氯化物、相對(duì)濕度、溫度。
SAEJ2334溶液中添加了CuCl2和NaHCO3，呈弱堿性。Cl-加劇了金屬的腐蝕性，一則，由于Cl-的直徑小、極易穿透氧化膜，使表面液膜導(dǎo)電性增加，是孔蝕的誘發(fā)劑；二則，蝕坑中的Cl-具有“自催化酸化作用”，使坑內(nèi)金屬活化溶解。溶液中存在Cl-和HCO3-，在堿性條件下，腐蝕速度非常快。雖然SAEJ2334試驗(yàn)中的噴淋時(shí)間僅為15min，但經(jīng)過(guò)噴淋之后，鹽溶液沉積在樣品表面，隨后幾乎24h試樣都處于高濕狀態(tài)下，而腐蝕速度與金屬表面水膜的厚度有很大關(guān)系，如圖4所示。因此，SAEJ2334試驗(yàn)條件是3種試驗(yàn)方法中最為嚴(yán)苛的。
圖4 腐蝕速度與金屬表面水膜厚度之間的關(guān)系
Figure 4 The relationship between corrosion rate and water film thickness on metal surface
Ⅰ區(qū)（干大氣腐蝕區(qū)）—在空氣非常干燥的條件下，金屬表面不存在液膜層的腐蝕稱為干大氣腐蝕。此時(shí)金屬表面吸附的水膜厚度≤10 nm，未形成連續(xù)的電解液膜。腐蝕速度很低，化學(xué)氧化的作用較大。
Ⅱ區(qū)（潮大氣腐蝕區(qū)）—當(dāng)大氣中的相對(duì)濕度足夠高，在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時(shí)所發(fā)生的腐蝕稱為潮大氣腐蝕。此時(shí)水膜厚度約10nm~1 μm，形成了連續(xù)的電解液薄膜。并開始了電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大。
Ⅲ區(qū)（濕大氣腐蝕區(qū)）—當(dāng)空氣濕度接近于100%，以及當(dāng)水直接落在金屬表面上時(shí)，金屬表面便存在著肉眼可見的凝結(jié)水膜，此時(shí)發(fā)生的腐蝕稱為濕大氣腐蝕。濕大氣腐蝕的特點(diǎn)是水膜較厚，約為1μm~1mm，隨著水膜加厚，氧擴(kuò)散困難，腐蝕速度下降。
Ⅳ區(qū)—當(dāng)水膜厚度>1 mm時(shí)，就相當(dāng)于金屬全浸在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕速度基本不變。
PV1210與GMW14872相比，雖然濕度環(huán)境階段的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但在此階段下，GMW14872的環(huán)境溫度要比PV1210高9 ℃。溫度的升高促進(jìn)了金屬的腐蝕。且GMW 14872溶液同SAEJ2334溶液一樣，呈弱堿性且添加了CuCl2。在這些條件的綜合作用下，GMW14872試驗(yàn)的腐蝕性要比PV1210試驗(yàn)強(qiáng)。
3種試驗(yàn)方法中，腐蝕量均呈非線性增長(zhǎng)，從表1~3中的數(shù)據(jù)可以看出，在試驗(yàn)后期腐蝕量增長(zhǎng)速度趨緩。這是由于隨著銹層厚度的增加，銹層電阻增大，氧的滲入較困難，使銹層的陰極去極化作用減弱而減緩了腐蝕速度。
4、結(jié)語(yǔ)
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