汽車材料大氣腐蝕和實驗室加速循環(huán)腐蝕試驗方法的相關(guān)性研究

孫杏蕾，王振堯，王納新，張 恒，瞿華盛

（1.美國Q-Lab公司中國代表處，上海 201114；2.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧沈陽 110016；3.眾泰汽車工程研究院，浙江杭州 310000）

0 引言

汽車零部件及其所使用的材料在長期服役過程中，受到自然環(huán)境的溫度、濕度、氯離子等作用，會逐漸出現(xiàn)銹蝕、起泡、開裂等腐蝕現(xiàn)象，并伴隨有汽車零部件性能的衰減，最終影響車輛的使用和安全，所以汽車腐蝕問題日益受到大家的重視。

隨著新能源汽車的飛速發(fā)展和汽車向輕量化方向的發(fā)展，使汽車的防腐蝕問題面臨新的挑戰(zhàn)。

過去，汽車行業(yè)使用較多的是中性穩(wěn)態(tài)鹽霧測試方法［1］，該方法在之前的很多研究中被證明和實際情況的相關(guān)性較差［2］。后來汽車行業(yè)越來越多采用循環(huán)加速鹽霧腐蝕方法［3-6］。因為每個主機廠的每款產(chǎn)品的成本、應(yīng)用群體、整車的防腐蝕目標(biāo)都不盡相同，所以，各個主機廠自行開發(fā)的試驗方法的設(shè)計理念各不相同，導(dǎo)致現(xiàn)在汽車行業(yè)的腐蝕試驗方法極其不統(tǒng)一。另外，一家供應(yīng)商給不同的主機廠供貨，同一種材料，需要使用不同的標(biāo)準(zhǔn)來測試，造成很多資源浪費，更不利于行業(yè)對標(biāo)和發(fā)展。而且，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都有保密性質(zhì)，往往一些試驗條件交代得不夠明確，這也造成測試結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性較差。第三，這些不同理念下設(shè)計出的實驗室鹽霧腐蝕方法，和戶外實際腐蝕結(jié)果的相關(guān)性也有待驗證。

基于以上三點，汽車行業(yè)迫切需要一個快速的、相關(guān)性較好的測試方法來統(tǒng)一各個主機廠的循環(huán)腐蝕試驗方法。中國汽車工程學(xué)會汽車防腐蝕與老化分會已將這一任務(wù)列入SAE-China首批標(biāo)準(zhǔn)制定計劃，以快速響應(yīng)市場需求。

為了制定《汽車零部件及材料實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，組織進(jìn)行了實驗室循環(huán)腐蝕試驗與戶外腐蝕試驗的對比研究，以找出相關(guān)性更好、測試速度更快的實驗室加速腐蝕試驗方法。

1 戶外腐蝕測試與實驗室循環(huán)腐蝕測試試驗

由于現(xiàn)場大氣腐蝕采集數(shù)據(jù)的試驗周期長、影響因素多，在金屬材料的耐大氣腐蝕性能評價以及腐蝕銹層的演化研究中，借助實驗室模擬加速腐蝕或戶外模擬加速腐蝕的方法就顯得十分重要。這些方法能在短時間內(nèi)較快地得到試驗結(jié)果，并可在一定程度上推測材料的長期腐蝕行為，也可分析研究某一個或幾個典型的環(huán)境因素對材料腐蝕的影響及其作用規(guī)律。為了獲取相關(guān)對比試驗數(shù)據(jù)的支持，不僅要開展實驗室循環(huán)腐蝕試驗，還應(yīng)開展戶外腐蝕測試。因為戶外腐蝕測試是實驗室循環(huán)腐蝕試驗的基礎(chǔ)，可用于指導(dǎo)實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法的制定。

1.1 戶外腐蝕測試

戶外腐蝕測試分別安排在廈門海邊自然條件，以及海南瓊海按ASTM D 6675—2001（2011）《汽車鋼板有機涂層鹽加速戶外表面腐蝕試驗方法》人工噴灑鹽水［7］。廈門屬于亞熱帶海洋性氣候環(huán)境、海南屬于亞熱帶高溫、高濕氣候環(huán)境，在戶外環(huán)境和腐蝕性測試方面，兩地在國內(nèi)具有一定的典型性和代表性。

1.2 實驗室循環(huán)腐蝕測試

實驗室循環(huán)腐蝕測試一共有6個不同的試驗方法，見表1，其中Q-Lab CATCH-24（Q-Lab Corrosion Accelerated Test with Controlled Humidity）是由Q-Lab公司設(shè)計的新方法，它是在目前汽車行業(yè)主要采用的試驗方法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)而形成的，具體測試步驟及條件見表2。

表1 汽車行業(yè)主要實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法的比較Table 1 Comparison of main laboratory cyclic corrosion test methods in automotive industry

表2 CATCH-24試驗方法Table 2 CATCH-24 test method

1.3 試驗樣品

試驗收集了來自不同單位、不同工藝條件下制備的19種車身樣板。樣板基材有冷軋鋼板、鍍鋅板、鋁板等，前處理工藝有傳統(tǒng)磷化、新型鋯化和硅烷化處理等，涂層體系有傳統(tǒng)的三涂層體系和一體化的免中涂涂層體系。所用涂料包括粉末涂料、水性涂料和溶劑型涂料。

2 實驗室循環(huán)腐蝕試驗與戶外腐蝕試驗的相關(guān)性分析

對19種試驗樣板，分別進(jìn)行了實驗室循環(huán)腐蝕試驗和戶外腐蝕試驗，除了試驗結(jié)束時，試驗中期也對樣板進(jìn)行了觀察和測量。根據(jù)已有的試驗結(jié)果，針對樣板的外觀，分析了實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與戶外腐蝕方法的相關(guān)性。

表3是6種比較有代表性的試驗樣板試驗一段時間后的外觀評級排序，其中“1”表示最好，“6”表示最差。根據(jù)表3外觀評級，得出實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與戶外腐蝕試驗方法之間的Spearman（斯皮爾曼）相關(guān)系數(shù)［8］，見表4。從表4可以看出，Q-Lab CATCH-24實驗室循環(huán)腐蝕試驗結(jié)果與戶外腐蝕試驗結(jié)果的相關(guān)性最好。

圖1是幾種典型樣板經(jīng)實驗室循環(huán)腐蝕與戶外腐蝕后的外觀對比照片。從中可以看出，對于這4種典型樣板，Q-Lab CATCH-24的結(jié)果與海南戶外腐蝕的結(jié)果排序一致，都是試樣D最好，其次為試樣B和試樣A，而試樣F最差。

表3 試驗樣板外觀評級的排序Table 3 Visual rank-ordered of test panels

表4 實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法與戶外腐蝕試驗方法的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between the laboratory cyclic corrosion and outdoor corrosion test methods

圖1 試驗方法CATCH-24與戶外腐蝕的樣板對比照片F(xiàn)igure 1 Comparison photographs of CATCH-24 test method and outdoor corrosion test

3 結(jié)語

通過實驗室循環(huán)腐蝕試驗與戶外腐蝕試驗的對比，得出Q-Lab公司新研發(fā)的試驗方法Q-Lab CATCH-24腐蝕速率更快，與戶外腐蝕的相關(guān)性更高。標(biāo)準(zhǔn)工作組決定將試驗方法CATCH-24寫入即將發(fā)布的SAE-China《汽車零部件及材料實驗室循環(huán)腐蝕試驗方法》中。

致謝：感謝以下單位對實驗室循環(huán)腐蝕試驗與戶外腐蝕測試提供的服務(wù)及技術(shù)支持（排名不分先后）：中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心；重慶長安汽車股份有限公司；東風(fēng)商用車有限公司東風(fēng)商用車技術(shù)中心；神龍汽車有限公司技術(shù)中心；比亞迪汽車工業(yè)有限公司；南京汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院；安徽江淮汽車股份有限公司；廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院；上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司；長安福特汽車有限公司；一汽-大眾汽車有限公司；泛亞汽車技術(shù)中心有限公司；蕪湖凱翼汽車有限公司；奇瑞上海技術(shù)中心；中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司；觀致汽車；海南熱帶汽車試驗有限公司；中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所廈門分部；中國兵器工業(yè)第五九研究所；通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司；上海華測品正檢測技術(shù)有限公司；上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司；蘇州市信測標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司；上海瀚海檢測技術(shù)有限公司；阿克蘇諾貝爾粉末涂料（寧波）有限公司；上海凱密特爾化學(xué)品有限公司；武漢科技大學(xué)；北京科技大學(xué)等。

［1］ASTM B 117—2016 Standard Practice for Operating Salt Spray（Fog）Apparatus［S］，2016-03-15.

［2］Cremer N D. Procession Compared to Salt Spray an Outdoors：Cyclic Methods of Accelerated Corrosion Testing［C］.Federation of Societies for Coatings Technology，1989.

［3］ISO 11997—2005 Paints and Varnishes-Determination of Resistance to Cyclic Corrosion Conditions-Part 1：Wet（Salt Fog）/Dry/Humidity［S］，2005-03-15.

［4］GMW 14872—2013 Cyclic Corrosion Laboratory Test［S］，2013-03.

［5］Ford CETP ：00.00—L—467—2009 Global Laboratory Accelerated Cyclic Corrosion Test［S］，2009-03.

［6］PV 1210—2010 Body and Add-on Parts Corrosion Test［S］，2010-02.

［7］ASTM D 6675—2001 Standard Practice for Salt-Accelerated Outdoor Cosmetic Corrosion Testing of Organic Coatings on Automotive Sheet Steel［S］，2001-05-10.

［8］ASTM G 169—2001 Standard Guide for Application of Basic Statistical Methods to Weathering Tests［S］，2001-01-10.