介紹了汽車循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的機(jī)理，比較了大眾PV1210、通用GMW14872和克萊斯勒SAE J2334等幾種國內(nèi)主要循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法的腐蝕量。分析了三種循環(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)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，有助于試驗(yàn)接近室外自然腐蝕狀態(tài)。
汽車零部件的腐蝕損傷已經(jīng)成為影響汽車壽命的重要原因之一。早在20世紀(jì)80年代，美國每年因汽車金屬腐蝕造成的損失就高達(dá)200億美元，因此汽車防腐性能的研發(fā)變得越來越重要。
腐蝕一般分為兩種，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)相互作用而引起的腐蝕，這種腐蝕不涉及水。電化學(xué)腐蝕是在電解液和水的共同作用下發(fā)生的，反應(yīng)過程中產(chǎn)生電流形成電池。電化學(xué)腐蝕中，具有負(fù)電極電位的金屬為陽極，陽極失去電子，變成金屬離子，進(jìn)入電解液，發(fā)生氧化反應(yīng)。較高的電極電位是陰極，它接收電子并將其轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)溶液中的介質(zhì)離子，導(dǎo)致還原反應(yīng)，使電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。
循環(huán)腐蝕模擬大氣腐蝕，是金屬在表面一層薄電解質(zhì)膜下的腐蝕過程，主要是電化學(xué)腐蝕。根據(jù)被腐蝕金屬表面的潮濕程度，腐蝕可分為“干”、“濕”和“濕”三種類型。在循環(huán)腐蝕試驗(yàn)過程中，上述三種腐蝕情況交替出現(xiàn)。
腐蝕初期，當(dāng)金屬表面形成連續(xù)的電解質(zhì)膜時(shí)，電化學(xué)腐蝕過程開始，陰極發(fā)生氧去極化反應(yīng)。銹層形成后，潮濕條件下的銹層可以起到強(qiáng)氧化劑的作用。
即銹層發(fā)生Fe3+→Fe2+的還原反應(yīng)，銹層參與陰極反應(yīng)過程。
當(dāng)銹層干燥時(shí)，即外界氣體相對(duì)濕度降時(shí)，銹層局部細(xì)胞與底部母材成為開路，銹層中的Fe2+在大氣中氧氣的作用下重新氧化成Fe3+，即發(fā)生如下反應(yīng):
因此，在干濕交替的條件下，有銹層的金屬腐蝕加速。
2.不同的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法。
2.1大眾標(biāo)準(zhǔn)PV1210。
PV1210是德國大眾汽車車身及其附件的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，適用于涂裝車身、車身鋼板、結(jié)構(gòu)總成及零部件等。該標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)試驗(yàn)階段:噴涂、老化儲(chǔ)存、冷凝和室溫。
2.2通用標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872。
GMW14872是美國通用汽車的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用廣泛的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之一。適用于底盤零件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、內(nèi)部零件、外部零件、第二表面零件等。該標(biāo)準(zhǔn)分為三個(gè)測試階段:室溫環(huán)境、濕度環(huán)境和干燥環(huán)境:
(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%。
(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%氯化鈉、0.1%氯化鈣、0.075%碳酸氫鈉。試驗(yàn)選擇了通常的條件，即每循環(huán)噴灑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由國際汽車工程師學(xué)會(huì)汽車腐蝕與防護(hù)委員會(huì)制定，適用于特殊涂層系統(tǒng)、基材、工藝或設(shè)計(jì)涂層的腐蝕試驗(yàn)。
標(biāo)準(zhǔn)分為三個(gè)測試階段:濕度環(huán)境、鹽霧環(huán)境和干燥環(huán)境。
(1)濕度環(huán)境階段(6h):溫度50℃，相對(duì)濕度%。
(2)腐蝕的生長速率依次為SAEJ2334、GMW14872和PV1210。
(3)干燥環(huán)境階段(17.75小時(shí)):溫度60℃，相對(duì)濕度50%。
3、考試和加分。
3.1測試材料。
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)耦合板，尺寸為25mm×51mm×3mm。
將試片板安裝在支架上，然后將其放入鹽霧試驗(yàn)箱中。
試驗(yàn)前，用丙酮溶液清洗試板，稱重并記錄質(zhì)量，單位為克。試驗(yàn)后，采用噴砂工藝(氣壓:36.3千克，149μm石英砂)去除試板表面的所有鐵銹。再次稱量腐蝕后的息票板，記錄質(zhì)量，并根據(jù)以下公式計(jì)算質(zhì)量損失g:
質(zhì)量損失=試驗(yàn)前質(zhì)量-試驗(yàn)后質(zhì)量。
3.2測試結(jié)果和討論。
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酸堿度、氯化物、相對(duì)濕度和溫度。
SAEJ2334溶液加入弱堿性的氯化銅和碳酸氫鈉。Cl-會(huì)加劇金屬的腐蝕性。首先，由于其直徑小，氧化膜容易滲透，表面液膜電導(dǎo)率增加，是點(diǎn)蝕的引發(fā)劑。其次，坑內(nèi)Cl-具有“自催化酸化”，使坑內(nèi)金屬溶解。Cl-和HCO3-存在于溶液中，在堿性條件下腐蝕速度很快。雖然SAEJ2334試驗(yàn)中的噴涂時(shí)間只有15分鐘，但噴涂后，鹽溶液沉積在樣品表面，然后樣品處于高濕狀態(tài)幾乎24小時(shí)，腐蝕速率與金屬表面水膜的厚度有很大關(guān)系。因此，SAEJ2334的測試條件是三種測試方法中嚴(yán)格的。
一區(qū)(干燥大氣腐蝕區(qū))-在較干燥的空氣下，金屬表面沒有液膜的腐蝕稱為干燥大氣腐蝕。此時(shí)，金屬表面吸附的水膜厚度≤10 nm，沒有形成連續(xù)的電解質(zhì)膜。腐蝕速率很低，化學(xué)氧化作用大。
二區(qū)(潮汐大氣腐蝕區(qū))——當(dāng)大氣中的相對(duì)濕度足夠高，金屬表面有肉眼看不見的薄液膜時(shí)，這種腐蝕稱為潮汐大氣腐蝕。此時(shí)水膜厚度約為10nm~1微米，形成連續(xù)的電解質(zhì)膜。電化學(xué)腐蝕開始，腐蝕速率迅速增加。
三區(qū)(濕大氣腐蝕區(qū))—當(dāng)空氣濕度接近%，水直接落在金屬表面時(shí)，金屬表面會(huì)有一層肉眼可見的冷凝水膜，此時(shí)發(fā)生的腐蝕稱為濕大氣腐蝕。大氣腐蝕的特點(diǎn)是水膜較厚，約為1微米~ 1毫米，隨著水膜的增厚，氧擴(kuò)散困難，腐蝕速率降。
四區(qū)——水膜厚度大于1 mm時(shí)，相當(dāng)于金屬全浸入電解液中的腐蝕，腐蝕速率基本不變。
與GMW14872相比，PV1210在潮濕環(huán)境中的時(shí)間更長，但在此階段，GMW14872的環(huán)境溫度比PV1210高9℃。溫度的升高促進(jìn)了金屬的腐蝕。GMW 14872溶液和SAEJ2334溶液一樣，是弱堿性的，加入氯化銅。在這些條件的綜合作用下，GMW14872試驗(yàn)的腐蝕強(qiáng)于PV1210試驗(yàn)。
在三種試驗(yàn)方法中，腐蝕量呈非線性增加。腐蝕量在試驗(yàn)后期增長緩慢。這是因?yàn)殡S著銹層厚度的增加，銹層的電阻增大，氧氣難以滲透，削弱了銹層的陰極去極化作用，減緩了腐蝕速度。
