汽車板加速腐蝕試驗方法對比研究

    汽車金屬零部件長期暴露在復(fù)雜的大氣環(huán)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(chǎn)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(huán)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(zhì)量有關(guān)?

    汽車用鋼的耐腐蝕試驗種類繁多，如靜態(tài)鹽霧試驗?循環(huán)腐蝕試驗?整車道路強化腐蝕試驗等，相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)也多種多樣?根據(jù)產(chǎn)品的使用環(huán)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(huán)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(shù)據(jù)支撐?在此，通過靜態(tài)鹽霧試驗和循環(huán)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(jìn)行了對比分析?

    1、試驗方法

    試驗材料為某鋼廠生產(chǎn)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(tài)鹽霧試驗

    靜態(tài)鹽霧試驗使用SUGA CYP-90循環(huán)腐蝕試驗箱進(jìn)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，試驗溫度為35℃，溶液為5% NaCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，采用連續(xù)噴霧方式進(jìn)行測試?

    1.2 循環(huán)腐蝕試驗

    循環(huán)腐蝕試驗使用SUGA CCT-1L循環(huán)腐蝕試驗箱進(jìn)行，試樣尺寸和制備過程與靜態(tài)鹽霧試驗相同?選用德國大眾PV 1210循環(huán)腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)，該試驗方法1個循環(huán)為24h，每個循環(huán)包括4h的鹽霧試驗?4h標(biāo)準(zhǔn)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(huán)后，在標(biāo)準(zhǔn)氣候下靜置2天?

    2、試驗結(jié)果

    2.1 靜態(tài)鹽霧試驗

    靜態(tài)鹽霧試驗進(jìn)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(jīng)18h靜態(tài)鹽霧試驗后，試樣表面出現(xiàn)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(tài)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(chǎn)物逐漸增多?增厚，試樣表面金屬光澤逐漸消失?經(jīng)過約500h連續(xù)鹽霧試驗后，2種鍍鋅板表面可見少量紅銹產(chǎn)生，說明鋅層在鹽霧環(huán)境中生成的腐蝕產(chǎn)物對基板的保護(hù)作用逐漸消失，導(dǎo)致基板發(fā)生腐蝕而生成紅銹?經(jīng)過約900h連續(xù)鹽霧試驗后，2種鍍鋅板表面可見大量紅銹產(chǎn)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(jīng)沖洗吹干后保存，待進(jìn)一步分析?2種普通冷軋板及鍍鋅板在靜態(tài)鹽霧條件下出現(xiàn)白銹及紅銹的時間對比見表2?
 

    由表中數(shù)據(jù)可知，相比于普通冷軋板，鍍鋅板的應(yīng)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(huán)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(chǎn)物也能起到屏蔽作用，從而可以阻止腐蝕進(jìn)一步發(fā)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(hù)作用?而2種鍍鋅板中，DX56D+Z-C表面出現(xiàn)紅銹時間較晚，因此其耐蝕性優(yōu)于WH180BDZ，這種耐蝕性差異與鍍鋅量(鋅層厚度)?鍍鋅層質(zhì)量等有關(guān)?

    2.2 循環(huán)腐蝕試驗

    循環(huán)腐蝕試驗進(jìn)行1個循環(huán)(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(jīng)過1個循環(huán)(24h)的循環(huán)腐蝕試驗后，試樣表面僅出現(xiàn)少量白銹，試樣部分表面仍保留金屬光澤?隨著試驗的繼續(xù)進(jìn)行，2種鍍鋅板表面白色及灰色腐蝕產(chǎn)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(huán)腐蝕條件下生成的腐蝕產(chǎn)物對基板產(chǎn)生了良好的保護(hù)作用，2種鍍鋅板經(jīng)4個循環(huán)(96h)的循環(huán)腐蝕試驗后的表面形貌如圖4所示?

    經(jīng)過5個循環(huán)(120h)的循環(huán)腐蝕試驗和2天(48h)在標(biāo)準(zhǔn)氣候下靜置后，2種鍍鋅板中間部位可見少量紅銹產(chǎn)生，說明鋅層生成的腐蝕產(chǎn)物對基板的保護(hù)作用逐漸消失，導(dǎo)致基板發(fā)生腐蝕而生成紅銹?經(jīng)過15個循環(huán)(360h)的循環(huán)腐蝕試驗和6天(144h)在標(biāo)準(zhǔn)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(huán)腐蝕試驗箱中取出，試樣經(jīng)沖洗吹干后保存，待進(jìn)一步分析?2種普通冷軋板及鍍鋅板在循環(huán)腐蝕條件下出現(xiàn)白銹及紅銹的時間對比見表3?
 

    將表3與表2數(shù)據(jù)進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)腐蝕試驗中，鍍鋅板表面紅銹出現(xiàn)時間相比靜態(tài)鹽霧試驗大幅縮短，表明對于相同試樣，循環(huán)腐蝕試驗具有比靜態(tài)鹽霧試驗更好的加速性?這與循環(huán)腐蝕試驗包含了鹽霧噴射?濕熱存放?干燥等過程有關(guān)?在進(jìn)行循環(huán)腐蝕試驗時，濕熱過程中，銹層會出現(xiàn)松軟，這為隨后進(jìn)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(tài)鹽霧試驗則不經(jīng)歷上述過程?因此，循環(huán)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(chǎn)物的形貌(圖1~圖4)，靜態(tài)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(xiàn)了沿豎直方向的流痕，沿流痕產(chǎn)生較強腐蝕，而經(jīng)循環(huán)腐蝕試驗后，試樣表面生成的腐蝕產(chǎn)物較均勻，這與循環(huán)腐蝕試驗包含了干燥及濕熱過程有關(guān)?同時，循環(huán)腐蝕試驗比靜態(tài)鹽霧試驗更加接近汽車戶外自然狀態(tài)下的腐蝕情況?因此，目前許多世界汽車制造公司都將循環(huán)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(jié)論
    1)通過靜態(tài)鹽霧和循環(huán)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(jié)果表明循環(huán)腐蝕試驗具有更好的加速性，且更接近汽車戶外自然狀態(tài)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(chǎn)物形貌進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)鹽霧試驗中，試樣表面容易產(chǎn)生沿豎直方向的流痕，且沿流痕產(chǎn)生的腐蝕較強，而循環(huán)腐蝕試驗中試樣表面生成的腐蝕產(chǎn)物較為均勻?