介紹了汽車用鋼板常見的鹽霧試驗種類及原理，以G公司過往鹽霧試驗結果為例，分析闡述了鍍鋅板和冷軋板在不同鹽霧環境下的腐蝕行為差異，并對當前腐蝕評價方法存在的課題進行探討和優化。為了提高鹽霧試驗可靠性和穩定性，提出相關優化方案：（1）鍍鋅板腐蝕驗證建議采用CCT循環鹽霧試驗，冷軋板腐蝕驗證建議以SST中性鹽霧試驗為主，CCT循環鹽霧試驗為輔進行開展；（2）鹽霧試驗表面劃線建議采用標準刀具+劃線器的方式進行劃線。
汽車用鋼板&常見防腐性能評價方法介紹
當前應用最多的車用鋼板材料為鍍鋅板和冷軋板。冷軋鋼板表面質量好，光潔度和尺寸精度高，機械性能和工業性能良好。但冷軋板防腐蝕能力不及鍍鋅板，隨著防腐性能要求的提升，鍍鋅板的應用范圍越來越廣。鍍鋅板主要分為電鍍鋅和熱浸鍍鋅，汽車用鋼板多采用熱浸鍍。熱浸鍍鋅是將經過前處理的試件浸入熔融的鋅液中，在鋼鐵基體表面形成鋅或者鋅-鐵合金的工藝過程和方法。
汽車用鋼板的防腐性能對于整車安全性發揮著及其關鍵的作用，當前考察鋼板防腐能力的重要手段之一是室內加速試驗。室內加速主要采用鹽霧試驗，其具有試驗周期短、可操作性強等優點，可在室內條件下快速評價汽車鋼板的防腐性能。鹽霧試驗是針對環境中大氣鹽霧狀態的實驗室模擬，具有標準化、快速高效等特點。
鹽霧試驗一般可分為：鹽水浸泡試驗（SDT），觀察鋼板在溫鹽水中浸泡后的生銹、膨脹情況；中性鹽霧試驗（SST），觀察鋼板在持續鹽霧腐蝕環境中的生銹、膨脹情況；循環腐蝕試驗（CCT），觀察鋼板在循環干燥/濕潤中的生銹、膨脹情況。三種鹽霧試驗均通過交叉劃線位置的單邊最大擴蝕寬度來評價防腐性能，鹽霧試驗流程如圖1所示：
圖1 鹽霧試驗開展流程
可知，在電泳鋼板表面交叉劃線后開展鹽霧試驗，單邊最大的擴蝕寬度是用來評價防腐性能優劣的重要依據。三種常見鹽霧試驗的相關參數整理如表1。
表1 三種常見鹽霧試驗參數列表
注：GA為鍍鋅板，GC為冷軋板
鹽霧腐蝕機理及測試結果統計
查電極電位表，Zn的標準電極電位是-0.763V，Fe的標準電極電位是-0.440V，Fe>Zn，形成原電池。鐵作為陰極，在腐蝕過程中發生還原反應，鋅作為陽極，發生氧化反應。
防腐驗證前在鋼板表面劃線，劃線要求為劃至基材表面（劃破鍍鋅層）。鍍鋅板在劃線處形成了電偶腐蝕效應（基材為陰極，鋅層為陽極，劃線間隙為腐蝕電解質）。鍍鋅板和冷軋板腐蝕機理如圖2所示：
圖2 鍍鋅板&冷軋板腐蝕機理示意圖
由圖2可知，鍍鋅層在鋼板表面形成物理防護層，對基體發揮陽極保護效應，其在腐蝕環境中優先被腐蝕。鍍鋅鋼板的腐蝕主要集中在鋅層表面，并沿表面逐漸擴展。冷軋板則在基體表面以點為中心，逐步向基體內部擴展。因此在汽車服役過程中，冷軋板更容易出現“銹穿”的現象，造成安全隱患。
按照上述鹽霧試驗流程對汽車用鋼板開展防腐驗證，用最大擴蝕寬度（單位：mm）表征試驗結果。以某主機廠G公司近10次驗證結果為例，并整理分析如圖3所示
圖3 三種不同鹽霧試驗結果統計
圖3（a）為鍍鋅板和冷軋板SST鹽霧試驗結果，冷軋板鹽霧試驗最大擴蝕寬度區間集中于（1.0~1.5）mm，標準要求≤2.0mm 。鍍鋅板的最大擴蝕寬度集中于（3.0~5.0）mm，標準要求≤4.0mm，擴蝕寬度遠大于冷軋板且部分試驗結果已超出標準要求。SST鹽霧試驗結果表明：鍍鋅板防腐性能較冷軋板差，這與實際情況明顯不符，因此SST鹽霧試驗方法不能合理評價鍍鋅板防腐性能，需要進一步檢討優化。
圖3（b）和（c）分別為鍍鋅&冷軋板在CCT和SDT鹽霧試驗下的統計結果，最大擴蝕寬度均在管控范圍內。冷軋板擴蝕寬度集中于（1.5~2.5）mm，鍍鋅板擴蝕寬度集中于（0.5~1）mm間，鍍鋅板防腐性能優于冷軋板。
鹽霧腐蝕試驗結果探討與分析
1.SST鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析
鍍鋅板在劃線處形成了電偶腐蝕效應（基材為陰極，鋅層為陽極，劃線間隙為腐蝕電解質）。鍍鋅板優先腐蝕鋅層，但由于中性鹽霧試驗Cl-離子濃度較高，Cl-離子在Zn表面的沉降和溶解增強介質的導電性能，加劇 Zn的腐蝕，其對致密腐蝕產物的形成具有阻擋效應。難以形成致密腐蝕產物層，加上電偶腐蝕效應存在，加速了鍍鋅板表面鋅層的腐蝕，導致擴蝕寬度不斷增加。
冷軋板的腐蝕從表面以點為中心，逐步向基體內部擴展，腐蝕形態表現為沿縱向深處腐蝕，因此表面擴蝕寬度小于鍍鋅板。鍍鋅和冷軋板SST鹽霧試驗后，表面狀態對比如圖4所示，每組選擇3個試樣作為平行對比。
圖4 SST鹽霧試驗鋼板（鍍鋅&冷軋）
由G公司過往試驗數據發現，鍍鋅板SST鹽霧試驗最大擴蝕寬度遠大于冷軋板，防腐性能不及冷軋板。但實際服役情況，鍍鋅板防腐性能明顯優于冷軋板，鍍鋅板表現出優良的防腐效果令其得到廣泛應用。根據上述的原理分析亦可知，鍍鋅板在SST鹽霧試驗中鋅層表面腐蝕嚴重，擴蝕寬度相應較大，但基體腐蝕較少得到了有效保護。冷軋板雖表面擴蝕寬度較窄，但實際上腐蝕向基體內部擴展，容易出現“銹穿”風險。SST試驗的結果與實際情況不符，不能有效合理評價鍍鋅板的防腐性能，建議取消鍍鋅板SST鹽霧試驗。劉凱等人的研究中，也發現鍍鋅板在SST試驗中的最大擴蝕寬度約為冷軋板4倍，建議采用循環腐蝕試驗驗證鍍鋅板電泳件的防腐性能，更加接近實際車輛服役。
2.CCT鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析
CCT 由日產汽車 Nissan 提出的，也是最早被應用的循環腐蝕試驗標準方法之一，在傳統中性鹽霧方法的基礎上又加進濕熱和干燥。本文中G公司采用美國通用汽車公司GMW 14872循環腐蝕試驗標準進行試驗，其特點為采用濕熱、干燥疊加儲存環境的組合。CCT循環腐蝕試驗是目前被認為與實際車輛腐蝕結果相關性更好的方法之一。G公司測試結果表明：鍍鋅板CCT鹽霧最大擴蝕寬度遠小于冷軋板，鍍鋅板表現出更優異的防腐性能。
與SST類似，鍍鋅層在劃線位置形成電偶腐蝕效應，理論上鍍鋅板CCT沿表面寬度方向擴蝕展開，擴蝕寬度大于冷軋板。但通過分析CCT鹽霧試驗參數，發現其Cl-離子（0.9％NaCl+0.1％CaCl2溶液）濃度遠低于SST（5％NaCl溶液）。較低的Cl-離子濃度，對于腐蝕產物破壞程度低，能形成較SST鹽霧試驗更致密的腐蝕產物層，抑制電偶腐蝕進一步進行，最終形成較窄的擴蝕寬度。CCT鹽霧試驗中，鍍鋅板較冷軋板表現出優異的防腐性能，對防腐能力具有良好的考察價值。
3.SDT鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析
SDT（溫鹽水浸泡試驗）為模擬工件樣品浸泡至海水中的腐蝕，其Cl-離子濃度與SST鹽霧試驗一致。但與SST鹽霧最大的差異在于氧含量，全浸泡環境下氧氣濃度極低，很大程度抑制了鍍鋅板電偶腐蝕，最終導致擴蝕寬度較窄。
由于SDT為模擬海水全浸泡，汽車用鋼板鮮有高濃度海水全浸泡的工況。調研部分主機廠鹽霧試驗開展情況，SDT試驗開展頻次較低，對于車用鋼板防腐評價的參考意義較低。
4.主流車企各鹽霧試驗開展情況
對十家主流汽車生產企業的鹽霧試驗開展情況進行調查統計，旨在了解不同鹽霧試驗在各車企的開展驗證頻次，結合G公司上述測試結果，提出更優的鹽霧試驗方案，提高防腐性能驗證的合理性和可靠性。調查結果如圖5所示。
圖5 主流車企各鹽霧試驗開展頻次調查
調查結果發現，十家車企幾乎全部開展冷軋板SST鹽霧試驗，僅有1家開展鍍鋅板SST鹽霧試驗；CCT鹽霧的開展頻次最高，其中鍍鋅板高于冷軋板；大部分車企均不開展SDT鹽水浸泡鹽霧試驗，與前述的分析吻合。綜合G公司鹽霧試驗結果和原理分析以及主流車企的調研情況，為了提高防腐性能驗證的合理性，建議汽車用鋼板材料防腐鹽霧試驗可以選擇SST中性鹽霧試驗和CCT循環腐蝕鹽霧試驗。其中SST中性鹽霧試驗只針對冷軋板開展，CCT循環腐蝕鹽霧試驗重點針對鍍鋅板開展。
鹽霧試驗前鋼板表面劃線的優化
前面探討了汽車用鋼板3種不同鹽霧試驗的原理和測試結果，發現鍍鋅板和冷軋板針對不同鹽霧試驗有相應的適應范圍，并提出優化建議。為了進一步提高鹽霧試驗結果的可靠性，繼續對影響鹽霧試驗結果的相關因素進行分析。國內外相關學者研究表明，試驗鋼板的預處理、試樣的放置方式、鹽溶液的PH值、試驗溫度控制、鹽霧沉降量等均會對鹽霧試驗結果造成一定影響。其中趙亮學者的“影響中性鹽霧試驗結果的主要因素”以及閆凱等學者的“鹽霧腐蝕及其試驗中需要注意的幾個問題分析”均對此進行了深入剖析。但鋼板表面交叉劃線對于鹽霧試驗結果的影響，卻鮮有文獻報道。
根據鹽霧試驗流程，試驗開展前需要在鋼板表面劃線。劃線后涂層的腐蝕進程加快，能夠更好、更快地評定涂層的耐腐蝕能力。劃線的形式有很多種，一般選擇劃兩條直達底材的交叉直線（交叉角度為60°至90°）。劃線的方法也有多種選擇，本文從劃線刀具和劃線方式著手進行研究，以尋求最穩定的劃線形式，提高后期鹽霧試驗的穩定性。
劃線刀具通常分為：普通劃刀、標準劃刀，兩者差異在于使用不同的刀頭。普通劃刀刀片是市場上常見的切割用刀片，標準劃刀的刀頭呈楔形狀，能很好除去劃線過程產生的碎屑。劃線方式主要有手工劃線和劃線器劃線，劃線器能對劃線力度和方向進行更精準控制。刀具和劃線器示意如圖6所示：
圖6 普通刀具&標準刀具&劃線器示意圖
選取不同的刀具和劃線方式，設計正交方案開展鹽霧試驗，探討不同形式的劃線方式對于鋼板鹽霧試驗結果的影響。選取行業認可度和使用頻次最高的CCT鹽霧試驗為例進行分析，具體試驗方案和結果如表2：
表2 不同劃線方式對于CCT鹽霧試驗結果的影響
由表2測試結果發現，無論哪種方案CCT鹽霧試驗結果（鍍鋅+冷軋）均滿足規格要求。但采用普通刀具和手工劃線的方式，同組平行試驗中最大擴蝕寬度的波動大且一致性較差，最大值和最小值的比例超過2。標準刀具和劃線器劃線的試驗結果，平行樣品間的最大擴蝕寬度值波動差異明顯減小，穩定性最好，標準刀具和劃線器選其一的結果穩定性居中。原因可能因為：標準刀具能減少劃線縫隙中殘留的碎屑，碎屑的存在通常會加速腐蝕的進行；劃線器劃線的載荷大小和方向較手工劃線具有更高的一致性，能大大改善板材劃線結果的穩定性，降低平行樣間的試驗誤差，提高鹽霧試驗準確性和可靠性。
結論
通過對某主機廠G公司過往鹽霧試驗的結果進行統計分析，同時結合國內外學者的研究現狀，發現當前鹽霧試驗在車用鋼板防腐性能評價中仍存在一定的局限性，需要優化改善。對此提出了兩點建議：
（1）鍍鋅板腐蝕驗證建議采用CCT循環鹽霧試驗，冷軋板腐蝕驗證建議以SST中性鹽霧試驗為主，CCT循環鹽霧試驗為輔進行開展，以提高鹽霧試驗的合理性和可靠性
（2）鹽霧試驗表面交叉劃線，建議采用標準刀具+劃線器的方式進行，以提高同等測試環境下鹽霧試驗的穩定性
引用本文：
余海彬.汽車用鋼板鹽霧試驗中的腐蝕行為探討及優化[J].環境技術,2023,41(10):33-38.
