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汽車板加速腐蝕試驗方法對比研究

點擊次數:1332 發布時間:2019-05-27

    汽車金屬零部件長期暴露在復雜的大氣環境中,與大氣中的氣體(O2?CO2?NO2?SO2)?水分?鹽類?塵土和其他污染物等腐蝕成分長期接觸,金屬材料表面易產生腐蝕,而鍍鋅鋼板的使用,能有效避免和減輕車身及零部件在各種惡劣環境下的侵蝕,提高汽車整車的抗腐蝕性能,從而延長其使用壽命?鍍鋅板耐蝕性主要與表面鍍鋅量(鋅層厚度)及鋅層質量有關?

    汽車用鋼的耐腐蝕試驗種類繁多,如靜態鹽霧試驗?循環腐蝕試驗?整車道路強化腐蝕試驗等,相關測試標準也多種多樣?根據產品的使用環境,通過選擇合適的試驗方法,可較好地模擬汽車零部件在使用環境中的腐蝕情況,從而評價汽車用鋼的耐蝕性,并為汽車用鋼的腐蝕壽命評估提供數據支撐?在此,通過靜態鹽霧試驗和循環腐蝕試驗評價了典型汽車板(普通冷軋板?熱鍍鋅板)的耐蝕性能,并對2種加速腐蝕試樣方法進行了對比分析?


    1、試驗方法


    試驗材料為某鋼廠生產的普通冷軋汽車板和雙面熱鍍純鋅汽車板,鍍鋅板鍍鋅量為50/50g/m2,試驗材料鋼種?厚度及鍍鋅板鍍鋅量見表1?
 


 

    1.1 靜態鹽霧試驗


    靜態鹽霧試驗使用SUGA CYP-90循環腐蝕試驗箱進行?將表1所示汽車板剪切加工成75mm×150mm的長方形試樣,用無水乙醇擦洗去除表面油脂后吹干,使用透明膠帶包邊并在背面標注鋼種及平行試樣編號,每種汽車板使用3片平行試樣?試驗選取ASTM B117-03鹽霧試驗標準,試驗溫度為35℃,溶液為5% NaCl(質量分數),采用連續噴霧方式進行測試?


    1.2 循環腐蝕試驗

    循環腐蝕試驗使用SUGA CCT-1L循環腐蝕試驗箱進行,試樣尺寸和制備過程與靜態鹽霧試驗相同?選用德國大眾PV 1210循環腐蝕試驗標準,該試驗方法1個循環為24h,每個循環包括4h的鹽霧試驗?4h標準氣候(包括冷卻階段)下的存放?16h的濕熱存放(溫度為40℃,空氣濕度為100 %)?5個循環后,在標準氣候下靜置2天?

    2、試驗結果

    2.1 靜態鹽霧試驗


 

    靜態鹽霧試驗進行18h后,2種普通冷軋板(DC06-A和WH180B)表面被紅銹完全覆蓋,試樣表面形貌如圖1 所示?而2 種鍍鋅板(DX56D+Z-C和WH180BDZ)經18h靜態鹽霧試驗后,試樣表面出現白銹,部分仍保留金屬光澤,其表面形貌如圖2所示?隨著靜態鹽霧試驗時間的增加,2種鍍鋅板表面生成的白色及灰色腐蝕產物逐漸增多?增厚,試樣表面金屬光澤逐漸消失?經過約500h連續鹽霧試驗后,2種鍍鋅板表面可見少量紅銹產生,說明鋅層在鹽霧環境中生成的腐蝕產物對基板的保護作用逐漸消失,導致基板發生腐蝕而生成紅銹?經過約900h連續鹽霧試驗后,2種鍍鋅板表面可見大量紅銹產生,紅銹面積超過試樣表面積50%,此時將試樣從鹽霧箱中取出,經沖洗吹干后保存,待進一步分析?2種普通冷軋板及鍍鋅板在靜態鹽霧條件下出現白銹及紅銹的時間對比見表2?
 


 

    由表中數據可知,相比于普通冷軋板,鍍鋅板的應用能很大程度上提升汽車板的抗腐蝕能力?鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層一方面可以阻隔腐蝕環境與鋼板的直接接觸,另一方面鍍鋅層在鋼板表面形成的腐蝕產物也能起到屏蔽作用,從而可以阻止腐蝕進一步發展?更主要的是,鋅的電極電位相比鐵較小,屬于陽極性鍍層,對鋼鐵基體具有犧牲陽極的保護作用?而2種鍍鋅板中,DX56D+Z-C表面出現紅銹時間較晚,因此其耐蝕性優于WH180BDZ,這種耐蝕性差異與鍍鋅量(鋅層厚度)?鍍鋅層質量等有關?

    2.2 循環腐蝕試驗

    循環腐蝕試驗進行1個循環(24h)后,2種普通冷軋板(DC06-A和WH180B)表面被紅銹完全覆蓋,試樣表面形貌如圖3所示?
 


    而2 種鍍鋅板(DX56D + Z-C 和WH180BDZ)經過1個循環(24h)的循環腐蝕試驗后,試樣表面僅出現少量白銹,試樣部分表面仍保留金屬光澤?隨著試驗的繼續進行,2種鍍鋅板表面白色及灰色腐蝕產物逐漸增多?增厚,試樣表面金屬光澤消失,但仍無紅銹生成,這表明鍍鋅板表面鋅層在循環腐蝕條件下生成的腐蝕產物對基板產生了良好的保護作用,2種鍍鋅板經4個循環(96h)的循環腐蝕試驗后的表面形貌如圖4所示?

    經過5個循環(120h)的循環腐蝕試驗和2天(48h)在標準氣候下靜置后,2種鍍鋅板中間部位可見少量紅銹產生,說明鋅層生成的腐蝕產物對基板的保護作用逐漸消失,導致基板發生腐蝕而生成紅銹?經過15個循環(360h)的循環腐蝕試驗和6天(144h)在標準氣候下靜置后,2種鍍鋅板表面紅銹面積均超過試樣表面積的50%?

    將試樣從循環腐蝕試驗箱中取出,試樣經沖洗吹干后保存,待進一步分析?2種普通冷軋板及鍍鋅板在循環腐蝕條件下出現白銹及紅銹的時間對比見表3?
 

    將表3與表2數據進行對比可以發現,在循環腐蝕試驗中,鍍鋅板表面紅銹出現時間相比靜態鹽霧試驗大幅縮短,表明對于相同試樣,循環腐蝕試驗具有比靜態鹽霧試驗更好的加速性?這與循環腐蝕試驗包含了鹽霧噴射?濕熱存放?干燥等過程有關?在進行循環腐蝕試驗時,濕熱過程中,銹層會出現松軟,這為隨后進行的鹽霧過程提供了條件,加速了鹽霧過程的腐蝕,而單純的靜態鹽霧試驗則不經歷上述過程?因此,循環腐蝕試驗加劇了對材料表面的腐蝕,擁有更好的加速特性?

    另外,對比2種實驗室加速腐蝕試驗后試樣表面腐蝕產物的形貌(圖1~圖4),靜態鹽霧試驗中,因鹽霧溶液沉降并聚集在試板上,試樣表面出現了沿豎直方向的流痕,沿流痕產生較強腐蝕,而經循環腐蝕試驗后,試樣表面生成的腐蝕產物較均勻,這與循環腐蝕試驗包含了干燥及濕熱過程有關?同時,循環腐蝕試驗比靜態鹽霧試驗更加接近汽車戶外自然狀態下的腐蝕情況?因此,目前許多世界汽車制造公司都將循環腐蝕試驗作為評價汽車零部件耐腐蝕性能的測試方法?

    3、結論
    1)通過靜態鹽霧和循環腐蝕試驗對比了典型汽車板(普通冷軋板?熱鍍鋅板)的耐蝕性能,結果表明循環腐蝕試驗具有更好的加速性,且更接近汽車戶外自然狀態下的腐蝕情況,因此更適用于汽車用鋼的耐蝕性評價?

    2)對實驗室加速腐蝕試驗后汽車板表面腐蝕產物形貌進行了對比分析,發現靜態鹽霧試驗中,試樣表面容易產生沿豎直方向的流痕,且沿流痕產生的腐蝕較強,而循環腐蝕試驗中試樣表面生成的腐蝕產物較為均勻?

 

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