汽車大氣腐蝕/老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

孫建亮，任凱旭，張 瑾

（中國汽車技術(shù)研究中心，北京 100176）

汽車使用過程中，由于雨、雪、風(fēng)、光照、溫濕度、酸堿度、沙石擊打等影響，會(huì)造成汽車的腐蝕/老化，不僅影響外觀，還導(dǎo)致零部件的老化或功能失效，降低汽車的使用壽命，甚至可能引發(fā)安全事故。金屬材料受環(huán)境腐蝕介質(zhì)的作用，將發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，主要特征是原金屬轉(zhuǎn)化成金屬氧化物造成汽車的金屬零部件生銹、損壞及報(bào)廢。塑料、橡膠、纖維和涂料等非金屬材料經(jīng)受高溫、高濕、強(qiáng)光輻射等環(huán)境因素的綜合作用后，一般情況下將發(fā)生溶解、溶脹、裂解、降解、擴(kuò)散、滲透等物理或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致外觀和性能劣化[1-2]。

我國汽車保有量超過2億輛，按每輛車的腐蝕損失150-250美元計(jì)算[3]，我國汽車腐蝕造成的損失為300-500億美元，折合人民幣約2 000-3 300億元。因此汽車的腐蝕是汽車設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中不可忽視的環(huán)節(jié)，汽車企業(yè)逐漸建立相應(yīng)的管控體系，并進(jìn)行相應(yīng)的腐蝕試驗(yàn)。汽車腐蝕試驗(yàn)項(xiàng)目大致分為三類：戶外自然暴露試驗(yàn)、整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)。值得注意的是，整車戶外自然暴露試驗(yàn)、整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)之間的關(guān)聯(lián)性較差，也就是說室內(nèi)加速試驗(yàn)時(shí)，零部件/材料滿足腐蝕控制要求，然而在進(jìn)行整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，零部件/材料不滿足腐蝕控制要求；反之亦然[4-8]。

1 戶外自然暴露試驗(yàn)

戶外整車或零部件暴露試驗(yàn)是整車或零部件在工業(yè)大氣、海洋氣候和熱帶濕熱氣候等條件下的靜止暴露試驗(yàn)。國外已頒布實(shí)施的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有SAEJ 1976《汽車外部材料戶外自然老化試驗(yàn)》、SAEJ 2230《汽車內(nèi)用裝飾材料戶外跟蹤太陽、溫濕度可控玻璃框下加速暴露試驗(yàn)》、SAE J2229《汽車內(nèi)部裝飾材料在可控溫度、可變角度玻璃裝置內(nèi)的戶外加速暴露》、GM 9538P《汽車內(nèi)飾件大氣暴露試驗(yàn)》、VW50185《汽車零部件抗大氣暴曬性》等。

我國汽車整車戶外自然大氣環(huán)境暴露試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》[9]，其實(shí)驗(yàn)原理是：將整車置于能代表某一氣候類型區(qū)域的室外自然大氣環(huán)境條件下進(jìn)行暴露試驗(yàn)，讓其經(jīng)受陽光、溫度、濕度、雨水、氧、臭氧及其他環(huán)境因素的綜合作用。按規(guī)定的暴露試驗(yàn)期限，定期檢測整車用非金屬材料制品的外觀、力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)或其他性能變化和金屬材料制品的腐蝕變化，從而評(píng)價(jià)整車耐大氣環(huán)境老化腐蝕性能及操作使用性能。汽車零部件和材料的戶外腐蝕試驗(yàn)可參考QC/T 17-1992《汽車零部件耐候性試驗(yàn)一般規(guī)則》的室外耐候試驗(yàn)和耐光試驗(yàn)[10]。

汽車戶外暴露實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从吵銎嚥考膶?shí)際腐蝕情況，可以得到零部件及材料的腐蝕類型及腐蝕速率，為腐蝕設(shè)計(jì)、合理選材和防護(hù)體系的建立提供參考。但是該試驗(yàn)花費(fèi)時(shí)間較長，不利于快速評(píng)價(jià)材料的耐蝕性能，且試驗(yàn)結(jié)果具有顯著的區(qū)域性特點(diǎn)。

2 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)

整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)是在特定試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行高速路行駛、駐坡試驗(yàn)、碎石路行駛、鹽水路行駛、水泥路行駛、鹽霧噴射、溫濕環(huán)境艙停放等工況內(nèi)容的汽車道路綜合試驗(yàn)，是目前考核汽車防腐性能的最快速、最有效的手段。

目前，汽車整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)沒有國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，國外各大汽車企業(yè)如大眾、通用、豐田等制定了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且各企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間略有不同；國內(nèi)汽車企業(yè)主要依據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 732[11]，或參考國外汽車企業(yè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 QC/T 732乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)循環(huán)示意圖

在目前的試驗(yàn)規(guī)范下，車輛外觀銹蝕強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出較好的符合趨勢，但內(nèi)部一些功能性和結(jié)構(gòu)性部件的強(qiáng)化腐蝕結(jié)果與實(shí)際腐蝕老化情況無可靠的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是由強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的性質(zhì)所決定，強(qiáng)化時(shí)間越短，增值因子越差，與實(shí)際情況的擬合度越差，某些功能性零部件需要在模擬汽車實(shí)際工況下做上萬次的運(yùn)動(dòng)以及長時(shí)間的暴露才能達(dá)到部件在實(shí)際情況下的銹蝕磨損強(qiáng)度[12-17]。

3 室內(nèi)加速試驗(yàn)

3.1 鹽霧試驗(yàn)

鹽霧試驗(yàn)主要測試汽車金屬部件的腐蝕性能，主要有中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）、醋酸鹽霧試驗(yàn)（AASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS）等，其中應(yīng)用最廣的是中性鹽霧試驗(yàn)。GB/T 10125-2012 《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》規(guī)定了試驗(yàn)方法[18]。

3.1.1 中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）

1914年，J.A.Capp在美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)第十七屆年會(huì)上提出了該試驗(yàn)方法。大部分自主企業(yè)具備該項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)芰?。其噴霧液的要求：采用蒸餾水或去離子水溶解氯化鈉，配置成50 g/L±5 g/L的溶液，在25 ℃±2 ℃調(diào)整pH值在6.5-7.2之間，溶液密度在1.029-1.036之間。中性鹽霧試驗(yàn)適用于：金屬及其合金、金屬覆蓋層、轉(zhuǎn)化膜、氧化膜以及金屬基體上的有機(jī)涂層。該方法是在恒定的溫濕度環(huán)境中進(jìn)行，也可以適用于油漆涂層，但不能較為真實(shí)地反映溫度、濕度、鹽霧交替等實(shí)際使用環(huán)境對(duì)油漆的侵蝕。

中性鹽霧試驗(yàn)是汽車企業(yè)進(jìn)行汽車防腐設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟。在整車設(shè)計(jì)開發(fā)階段整車防腐目標(biāo)拆解到各個(gè)子系統(tǒng)后，需要做到整車防腐目標(biāo)和零部件防腐目標(biāo)的統(tǒng)一，根據(jù)以往的防腐經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，規(guī)定車身各個(gè)區(qū)域和零部件采用相應(yīng)的表面處理工藝和電泳噴涂手段，制定技術(shù)協(xié)議和技術(shù)規(guī)范；針對(duì)車上零部件在汽車工況下的特性，篩選表面鍍層種類，例如零部件表面鍍鋅會(huì)帶來表面腐蝕速率過快的問題，鋅鎳合金零部件的耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋅鍍層，將工藝穩(wěn)定性和成本因素加入綜合考慮范疇，選擇合適工藝。按照零部件防腐要求，例如96 h無白銹，180 h無紅銹，采用傳統(tǒng)的中性鹽霧試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。零部件中性鹽霧試驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行整車道路強(qiáng)化試驗(yàn)，仍有可能出現(xiàn)零部件銹蝕問題，這時(shí)需要根據(jù)試驗(yàn)反映的問題對(duì)工藝進(jìn)行整改，調(diào)整工藝參數(shù)后同時(shí)調(diào)整零部件防銹試驗(yàn)要求，零部件再次達(dá)標(biāo)后，再查看整車腐蝕狀態(tài)下是否達(dá)標(biāo)。同時(shí)接收售后的消費(fèi)者反饋，對(duì)出現(xiàn)銹蝕的部位進(jìn)行原因分析，考慮提升該部件防腐要求。

3.1.2 醋酸鹽霧試驗(yàn)（AASS）

醋酸鹽霧試驗(yàn)是在中性鹽霧試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入冰乙酸，使溶液的pH 值降為3.0～3.1左右。它的腐蝕程度是中性鹽霧的3倍。醋酸鹽霧試驗(yàn)是適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.1.3 銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS）

銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)的噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入氯化銅（CuCl2·2H2O），濃度為0.26 g/L，pH值為3.0-3.1。它的腐蝕程度是中性鹽霧的8倍。銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.2 循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)（CCT）

循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)是多重試驗(yàn)方法的組合。國外各大主機(jī)廠具有自己的標(biāo)準(zhǔn)，如大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV 1210《車身及附件腐蝕試驗(yàn)》、通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW 14872《循環(huán)腐蝕試驗(yàn)》、SAE標(biāo)準(zhǔn)SAE J2334《實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕測試》、日本汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JASO M610《汽車零部件外涂層腐蝕試驗(yàn)方法》等，國內(nèi)，GB/T 24195-2009《金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)》和GB/T 20854-2007《金屬和合金的腐蝕循環(huán)暴露在鹽霧、“干”和“濕”條件下的加速試驗(yàn)》規(guī)定了循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法[19-21]。

GB/T 24195-2009包括方法A和方法B兩種方法[19]。方法A是采用5 %的酸性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，每個(gè)循環(huán)周期為8 h，循環(huán)周期為鹽霧（35 ℃）2 h→干燥（60 ℃、＜30 %RH）4 h→濕熱（50 ℃、＞30 %RH）2 h。方法A的試驗(yàn)周期一般為3-180個(gè)循環(huán)，適用于金屬及其合金；金屬陰極涂層；陽極氧化涂層和金屬材料上的有機(jī)涂層。方法B是采用6 g/L酸性混合鹽溶液作為鹽霧腐蝕液，每個(gè)循環(huán)周期同樣是8 h，循環(huán)周期為鹽霧（35 ℃）1 h→干燥（60 ℃、＜30 %RH）4 h→濕熱（40 ℃、85 %RH）3 h。方法B一般進(jìn)行12-192個(gè)循環(huán)，適用于鋼板上的陽極涂層。這兩種方法的特點(diǎn)是采用酸性溶液作為鹽霧腐蝕液，PH值控制在3.5±0.1的范圍。

GB/T 20854-2007采用中性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液[20]，PH值控制在6.5～7.2的范圍。循環(huán)周期為鹽霧（35 ℃）2 h→干燥（60 ℃、＜30 %RH）4 h→濕熱（50 ℃、＞30 %RH）2 h；推薦的試驗(yàn)周期一般為30-180個(gè)循環(huán)周期。適用于金屬及其合金；陽性和陰性金屬覆蓋層等。

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)可以彌補(bǔ)中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)油漆涂層腐蝕速率擬合度較差的問題，干濕度變化和鹽霧的交變條件下，對(duì)油漆涂層的腐蝕速率明顯加快。該方法可以很好地模擬油漆涂層在自然環(huán)境下的腐蝕狀態(tài)，在一些零部件腐蝕試驗(yàn)開展較為深入的企業(yè)，已經(jīng)成功將循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)應(yīng)用于油漆涂層的腐蝕檢測。但其他涂鍍層，如金屬鍍層、鍍鉻部件等，目前仍以中性鹽霧試驗(yàn)為主[18]。根本原因在于與傳統(tǒng)中性鹽霧相比，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)速率較慢，與實(shí)際腐蝕狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如中性鹽霧試驗(yàn)，這也制約了循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的進(jìn)一步推廣。

3.3 汽車非金屬部件及材料老化試驗(yàn)

汽車使用過車中，會(huì)受到高溫、高濕、光照等環(huán)境因素的影響，非金屬零部件會(huì)開裂、褪色、溶脹、滲透等反應(yīng)，導(dǎo)致汽車部件外觀變色、失去光澤或功能失效。為防止或減輕上述問題，汽車主機(jī)廠研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)進(jìn)行老化性能測試。汽車非金屬材料及部件自然曝露試驗(yàn)是將試樣置于某一氣候類型區(qū)域的室外自然大氣環(huán)境條件下進(jìn)行暴露試驗(yàn)，讓其經(jīng)受陽光、溫度、濕度計(jì)其他環(huán)境因素的綜合作用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，定期檢測試樣的性能變化。汽車行業(yè)通常采用大氣直接暴露試驗(yàn)、玻璃下限溫試驗(yàn)箱自然曝露試驗(yàn)這兩種自然曝露試驗(yàn)方式分別考核外、內(nèi)飾件的自然老化性能[22]。我國車用非金屬部件及材料老化試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：

QC/T 15-1992《汽車塑料制品通用試驗(yàn)方法》

QC/T 17-1992《汽車零部件耐候性試驗(yàn)一般規(guī)則》

GB/T 3511-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐候性》

GB/T 3681-2011《塑料自然日光氣候老化、玻璃過濾后日光氣候老化和菲涅耳鏡加速日光氣候老化的暴露試驗(yàn)方法》

GB/T 31881-2015《汽車非金屬材料部件及材料紫外加速老化試驗(yàn)方法》

GB/T 31973-2015《汽車非金屬材料及部件自然曝露試驗(yàn)方法》

GB/T 32088-2015《汽車非金屬材料部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法》

4 結(jié)論

本文概述了汽車整車、零部件和材料主要的腐蝕/老化試驗(yàn)，并分析其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國汽車整車戶外腐蝕及強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，還需業(yè)內(nèi)制定相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，以滿足行業(yè)發(fā)展需求。汽車零部件/材料的腐蝕/老化已有少量的國家標(biāo)準(zhǔn)。

與國際同行相比，我國汽車腐蝕與老化行業(yè)的材料標(biāo)準(zhǔn)、制品標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺乏，尤其零部件腐蝕與老化控制和工藝標(biāo)準(zhǔn)（工藝規(guī)范）。在我國鼓勵(lì)制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的有利條件下，汽車相關(guān)學(xué)術(shù)團(tuán)體及先進(jìn)的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)盡早通過制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)體系為行業(yè)設(shè)定好準(zhǔn)入門檻，以推動(dòng)汽車腐蝕/老化行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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