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嘉峪檢測網 2020-07-21 20:11
目前常見的循環腐蝕試驗的環節包括鹽霧、冷凝、恒溫恒濕、室溫存儲、干燥等環節。通過不同環節的組合、交替循環,模擬實際使用條件下中一天內溫濕度及路況等條件的變化。在循環腐蝕標準中,各環節試驗參數的設計主要涉及以下幾方面:
* 溫度、濕度參數設置;
* 各階段的時間占比及各階段轉換時間要求;
* 鹽溶液的種類,包括氯化鈉濃度、pH值、是否添加其他腐蝕因子等;
* 噴霧方式、沉降量等要求。
通過分析各循環腐蝕標準在以上幾個方面的異同點,可以對目前主流的汽車行業常用的循環腐蝕標準進行歸納,并預測其未來發展趨勢。
(注:上期對“溫度、濕度參數設置”,“各階段的時間占比及各階段轉換時間要求”進行介紹:解析汽車材料循環腐蝕標準的試驗參數,本期將對“鹽霧種類設計”、“嚴酷等級及多因素影響”進行分析。)
鹽霧種類設計
目前循環腐蝕標準中常見的鹽霧階段以氯化鈉為主要腐蝕因子,表3中列出了我們分析的標準中使用的鹽溶液的種類,其濃度多分布在0.5%至5%的范圍內。這與地球上海水中NaCl濃度(1%-4.1%)相一致。研究表明,腐蝕的發生需要氧氣、離子、水分三方面的作用,三種因素互相制約和影響,共同推進腐蝕的發生。
表3 鹽溶液種類
圖4為腐蝕的進展速度與氯化鈉溶液濃度的關系,離子的濃度與腐蝕速度不呈線性關系,在3.5%左右的氯化鈉溶液中,腐蝕速度最快。當濃度繼續升高時,溶液中的氧氣含量下降,出現高濃度氯離子抑制腐蝕的現象,腐蝕速度下降,而氯離子濃度的降低也會導致電化學反應中反應物濃度下降,腐蝕速度下降。通過曲線可看到,腐蝕效應在氯離子濃度較低(接近0)時也可發生。
圖4 腐蝕速度與氯化鈉濃度關系圖
在循環鹽霧標準中,除改變溶液中氯化鈉的濃度,還可改變鹽溶液的種類,如GMW 14872-2013標準(表3)中,將傳統的氯化鈉溶液換成了氯化鈉(0.9%)、氯化鈣(0.1%)和碳酸氫鈉(0.075%)的混合溶液,就是為了模仿實際環境中的道路融雪劑。實驗證明,鹽溶液濃度的高低對腐蝕速度影響不大,常見的0.5%氯化鈉溶液和5%氯化鈉溶液所引起的腐蝕速度相近。部分標準中對鹽溶液的pH值范圍有明確要求,有的標準將腐蝕試驗的pH定為酸性,這是為了模仿酸雨環境對車輛腐蝕造成的影響,其對試樣的要求相比中性鹽霧更加苛刻。
目前常見的鹽霧的噴液方式有三種,分別為噴霧、噴淋和浸漬。噴霧的量較小,沉積量通常在1-2ml/h范圍內,噴淋通常以頂噴的方式進行,如標準GMW 14872-2013和VOLVO VCS 1027,1499,部分標準還會建議調整頂噴的角度,目的是使試樣受到均勻噴淋。浸漬較少見,主要出現在早期的循環腐蝕試驗標準中如SAE J2334-2016(早期為1998版)。
嚴酷等級及多因素影響
與傳統鹽霧標準不同,循環鹽霧標準大多根據實際的使用環境對不同部位的汽車部件適用的循環種類和循環次數制定了相應的要求,如標準IEC60068-2-52:2017規定8種嚴酷等級,其中嚴酷等級3-8常用于在鹽和大氣環境中頻繁交替使用的汽車材料。嚴酷等級2-6增加循環的次數提升試驗嚴苛程度;嚴酷等級7增加干濕交替的頻次提升嚴苛程度,嚴酷等級8將中性鹽霧改為酸性以滿足實際使用環境中的酸雨和大氣污染等導致的腐蝕加速。標準GMW 14872中通過增加周邊階段的噴霧次數,提高樣品表面被氯化鈉等腐蝕因子覆蓋的時間,提高干濕交替的頻次,從而滿足車用材料不同安裝位置對材料防腐性能的需要。對各類標準進行歸納分析后可發現,隨著溫濕度交替頻次的上升和中高濕度階段總時長的增加,試樣需要具備更優異的的耐腐蝕性能。在實際行駛中,汽車材料易腐蝕程度自高至低排序為底盤、車身下半部分、車身上半部分、車內材料等,可以以此為依據,選擇循環腐蝕的條件。
除離子、溫度、濕度可引起腐蝕外,在車輛的實際使用中,還受到其他多種復合因素的影響,如底盤受到的碎石沖擊、車輛在粉塵環境行駛等因素均會改變腐蝕進展速度。在部分循環腐蝕標準如GMW 14872-2013在周邊環節中也加入了復合因素的影響,實際測試時根據情況選用,從而更加真實的模擬實際環境的腐蝕情況。ISO 11997-2:2013在試驗條件中加入了光照的影響,可以選擇特定輻照度的紫外、氙燈模擬日光。
結論
綜合常見的循環腐蝕標準,可歸納出以下幾點:
(1)循環鹽霧試驗中的各環節占據時間及轉換時間是腐蝕試驗設計的關鍵,未來循環腐蝕標準的試驗參數設計有增加中濕度、高濕度環節時長,即延長循環腐蝕試驗中快速腐蝕階段時長的趨勢。對各階段轉換時間的規定將進一步細化,這對試驗箱的環境控制能力及穩定性將提出更高的要求,可以預見循環腐蝕試驗箱完成全部的循環腐蝕試驗階段將會成為主流,代替由鹽霧試驗箱和環境試驗箱共同完成循環腐蝕試驗的模式。
(2)在循環腐蝕試驗中會進一步加入各類附加條件,以滿足由于路況、環境污染、地域環境等因素對腐蝕進展造成的影響,綜合考慮實際使用場景提出相應的循環腐蝕條件,增強循環腐蝕試驗結果與實際環境中腐蝕進程的相關性。
(3)對循環腐蝕試驗的鹽霧階段進行分析,鹽霧的種類逐漸多樣化,出現針對道路融雪劑等實際場景的鹽霧種類,鹽溶液的濃度出現下降趨勢,更加貼近實際環境。
來源:環境技術