汽車SCR系統(tǒng)用不銹鋼的冷凝液腐蝕行為研究

張哲明 劉偉

摘要： 本文針對汽車SCR系統(tǒng)常見腐蝕類型展開分析，內(nèi)容包括點蝕類型、晶間腐蝕、均勻腐蝕等，結(jié)合冷凝液腐蝕行為的相關(guān)內(nèi)容，如腐蝕電位變化、電化學阻抗譜特征、電極極化行為、表面形貌特征等，通過研究涂抹防腐涂層、定期進行養(yǎng)護、引入新型材料等措施，其目的在于優(yōu)化汽車SCR系統(tǒng)，延長汽車SCR系統(tǒng)使用壽命。

Abstract： This article analyzes the common corrosion types of automotive SCR systems， including pitting corrosion types， intergranular corrosion， uniform corrosion， etc.， combined with related content of condensate corrosion behavior， such as corrosion potential changes， electrochemical impedance spectroscopy characteristics， electrode polarization Behavior， surface morphology， etc.

關(guān)鍵詞： 汽車SCR系統(tǒng);晶間腐蝕;均勻腐蝕

Key words： automotive SCR system;intergranular corrosion;uniform corrosion

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0058-02

0? 引言

現(xiàn)階段汽車SCR系統(tǒng)所使用的主材料以奧氏體不銹鋼為主，此類材料具備耐溫、強度高等優(yōu)勢。在系統(tǒng)工作過程中，其高溫氧化環(huán)境中包含了廢氣與尿素分解物，這些材料具備了較強的腐蝕性，于是不銹鋼部件的服役性能也受到了廣泛關(guān)注。基于此需要組建實驗來分析冷凝液腐蝕行為，基于此來采取相應的處理措施，以延長系統(tǒng)的使用壽命。

1? 汽車SCR系統(tǒng)常見腐蝕類型

1.1 點蝕類型

點蝕也稱孔蝕，是一種聚集于金屬表面極小的范圍內(nèi)，并逐漸深入到金屬基體內(nèi)部的腐蝕，屬于一種局部腐蝕。已有大量研究表明，點蝕發(fā)生過程中，蝕孔內(nèi)部和外部的化學反應可由式（1）～（5）表示。通常，點蝕容易發(fā)生在富含Cl-的溶液中，而且不銹鋼表面點蝕也受環(huán)境溫度、溶液的pH、介質(zhì)的流速、活性離子濃度等因素影響。

蝕孔內(nèi)主要陽極反應有：

Fe（s）→Fe2+（aq）+2e-（1）

Cr（s）→Cr2+（aq）+2e-（2）

Fe（s）+2H+（aq）→Fe2+（aq）+H2（g）（3）

Cr（s）+2H+（aq）→Cr2+（aq）+H2（g）（4）

蝕孔外主要陰極反應有：

O2（g）+2H2O（l）+4e-→4OH-（aq）（5）

1.2 晶間腐蝕

晶間腐蝕也是一種局部腐蝕。影響不銹鋼晶間腐蝕的因素有不銹鋼基體成分、組織、熱處理工藝、服役環(huán)境因素等等。在不銹鋼內(nèi)部成分中，間隙C和N原子對不銹鋼晶間腐蝕影響很大，主要表現(xiàn)為鉻的碳和氮化物形成。不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕后，表面形貌呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在金屬材料結(jié)晶過程中，晶粒內(nèi)部和晶界存在著顯著的物理和化學差異，晶界是鋼中元素偏析或者金屬化合物沉淀析出的有利區(qū)域。大多數(shù)金屬材料在特定的環(huán)境下都會表現(xiàn)出晶間腐蝕，如受熱或敏化處理對材料晶間腐蝕有很大影響。通常晶間腐蝕很難在宏觀上有明顯的表現(xiàn)，但其內(nèi)部可能已經(jīng)形成了沿晶界的網(wǎng)狀裂紋，此時材料的機械性能以及其他的一些性能已經(jīng)喪失。

1.3 均勻腐蝕

相較于前兩種腐蝕狀態(tài)，均勻腐蝕可歸類于全面腐蝕，不銹鋼在具體地氧化過程中，會在表面形成比較均勻的銹跡，但是主要集中在表面，而且也比較容易被發(fā)現(xiàn)，所帶來的危害性性相對較低。而均勻腐蝕問題的出現(xiàn)，和電化學腐蝕之間存在較為明顯地關(guān)系，或者也可能夠受到純化學腐蝕反應，導致了化學腐蝕問題的出現(xiàn)。對于汽車SCR系統(tǒng)而言，其提供的氧化環(huán)境，很容易導致均勻腐蝕問題的出現(xiàn)，同時在冷凝液循環(huán)腐蝕作用下，均勻腐蝕也會和點蝕或者晶間腐蝕一起出現(xiàn)，從而帶來較大的負面影響。

2? 冷凝液腐蝕行為分析

2.1 實驗方法分析

在此次實驗的過程中，所準備的實驗樣品是奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼，為了確保實驗結(jié)果的統(tǒng)一性，會將其切割成同等大小的長方體，隨后在試樣表面利用砂紙進行打磨，打磨時產(chǎn)生的碎屑也會利用超聲波、蒸餾水和丙酮對其進行清洗，最后將其吹干后留作備用。本次實驗在操作中，主要分為氧化處理和冷凝液浸泡兩個環(huán)節(jié)，在對其進行氧化處理時，會利用2.4%尿素水溶液來作為實驗材料，對比實驗為純水。在實驗過程中，會借助尿素滴加液體和配置好的模擬廢氣來進行實驗，將其同時通入到600℃石英管當中，調(diào)整液體流速至100ml/mol，維持該狀態(tài)約十分鐘，隨后保溫100小時后以空冷的形式恢復到室溫。在對試樣進行冷凝液浸泡處理時，會利用環(huán)氧樹脂來涂抹氧化試樣的邊緣位置，隨后將其放入到冷凝液中來進行腐蝕實驗，利用儀器來測試腐蝕數(shù)據(jù)，繪制成相應的實驗曲線。

2.2 實驗結(jié)果整理

2.2.1 腐蝕電位變化

根據(jù)腐蝕電位數(shù)據(jù)可以繪制相應的電位腐蝕圖，根據(jù)腐蝕電位圖可以了解到，奧氏體不銹鋼會在較短的浸泡時間內(nèi)達到相應的穩(wěn)定狀態(tài)，一般在浸泡一小時之后，其腐蝕電位便會維持在-0.805V左右，但鐵素體不銹鋼在浸泡過程中，其電位波動幅度相對較大，尤其是在氧化之后，電位相互之間的接觸率上升，使得冷凝液中的腐蝕電位出現(xiàn)波動，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在冷凝液浸泡一小時之后，其腐蝕電位會維持在-0.615V左右，基于此可以了解到，在廢氣提供的氧化環(huán)境中，在添加尿素之后，兩種材料的腐蝕電位均出現(xiàn)一定程度的波動，這也意味著尿素溶液的加入，能夠有效提高氧化膜本身的保護性，在冷凝液中材料的抗腐蝕性更強[1]。

2.2.2 電化學阻抗譜特征

根據(jù)腐蝕電位數(shù)據(jù)可以繪制相應的電化學阻抗譜圖，根據(jù)電化學阻抗譜圖可以了解到，奧氏體不銹鋼會在較短的浸泡時間內(nèi)達到相應的穩(wěn)定狀態(tài)，即容抗弧半徑比較大，穩(wěn)定性也更強。鐵素體不銹鋼在浸泡過程中，其容抗弧半徑會以比較穩(wěn)定的速度達到較大值，弧度波動范圍相對較小。而分析其對比實驗組可以了解到，在沒有浸泡尿素溶液時，兩種材料的容抗弧半徑比較小，處于比較扁平的狀態(tài)，這也意味著尿素溶液的加入，能夠有效提高材料表面物質(zhì)的抵抗性，使其可以具備更長的時間周期，滿足系統(tǒng)抗腐蝕性的基礎(chǔ)要求[2]。

2.2.3 電極極化行為

將氧化試樣放入到pH為3的冷凝液當中，采集數(shù)據(jù)后可以繪制電極極化圖，根據(jù)電極極化圖可以了解到，奧氏體不銹鋼會在較短的浸泡時間內(nèi)，達到最佳的鈍化狀態(tài)，表面的養(yǎng)護膜也可以對材料起到良好的保護作用。鐵素體不銹鋼在浸泡過程中，因為其材料的特殊性，其電極極化曲線會出現(xiàn)偏移的情況，而且其外層產(chǎn)生的氧化膜并沒有表現(xiàn)出相應的保護作用，鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性較差。而分析其對比實驗組可以了解到，在沒有浸泡尿素溶液時，兩種材料的鈍化作用均處于較弱的狀態(tài)，這也表明尿素溶液的加入，能夠為材料本身提供一層穩(wěn)定的保護膜，使其內(nèi)部可以得到良好保護，從而起到延長材料使用壽命的作用。

2.2.4 表面形貌特征

將氧化試樣放入到pH為3的冷凝液當中，根據(jù)得到的電極極化圖，也可以對材料表面形貌特征情況進行分析。根據(jù)實驗可以了解到，奧氏體不銹鋼在浸泡冷凝液之后，會在表面出現(xiàn)腐蝕，但是均勻腐蝕的特征相對較低，但是卻存在著比較明顯的局部腐蝕，由此可見，鈍化作用形成的養(yǎng)護膜，可以對材料起到良好的保護作用。鐵素體不銹鋼在浸泡冷凝液之后，也會在表面出現(xiàn)腐蝕，主要出現(xiàn)的腐蝕類型為晶間腐蝕，但是局部區(qū)域的腐蝕性較低。對比兩組實驗數(shù)據(jù)可以了解到，冷凝液中形成的養(yǎng)護膜，可以對材料起到良好的保護作用，以提升金屬材料的耐腐蝕性，延長材料使用壽命。

3? 提高不銹鋼冷凝液抗腐蝕行為的措施

3.1 涂抹防腐涂層

通過涂抹防腐涂層，能夠提升不銹鋼冷凝液的抗腐蝕性，從而起到延長材料使用壽命的作用。在具體實踐中，應注意以下內(nèi)容：第一，做好防腐材料的篩選工作，在廢氣處理過程中，需要對防腐材料進行優(yōu)化選擇，期間也需要考慮到材料的耐溫性、耐腐蝕性、生命周期等內(nèi)容，以提高所選材料的合規(guī)性。第二，在防腐涂層的安裝過程中，也需要嚴格按照相關(guān)要求來展開工作，期間也需要做好細節(jié)處理工作，如基層清理、涂層厚度控制等。并且在工作結(jié)束后也需要及時對于防腐涂層作業(yè)質(zhì)量進行檢查，及時返工不合理的防腐部位，以提高所施工防腐涂層的合理性[5]。

3.2 定期進行養(yǎng)護

定期進行養(yǎng)護處理，可以確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，提升系統(tǒng)運行帶來的綜合價值。從具體實踐情況來看，第一，對于系統(tǒng)參數(shù)做好分析，了解不銹鋼類型、處理系統(tǒng)參數(shù)、運行時間等，以此為基礎(chǔ)來擬定可靠的養(yǎng)護計劃，計劃中也會對防腐養(yǎng)護要求、養(yǎng)護內(nèi)容、防腐處理方法等內(nèi)容進行明確，這樣也可以提升養(yǎng)護計劃的指導價值，滿足系統(tǒng)養(yǎng)護要求。第二，在養(yǎng)護工作執(zhí)行過程中，也需要做好養(yǎng)護數(shù)據(jù)的采集工作，定期對養(yǎng)護數(shù)據(jù)進行一次統(tǒng)籌整理，從中篩選出價值數(shù)據(jù)補充到養(yǎng)護方案當中，從而提升養(yǎng)護內(nèi)容的實用價值，滿足x系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)要求。

3.3 引入新型材料

通過引入新型材料，可以進一步提升系統(tǒng)本身的耐腐性，以延長系統(tǒng)的生命周期。在具體實踐中，第一，做好新型材料的篩選工作，在實際應用中，可以利用信息技術(shù)來建立市場共享平臺，平臺中每天都會更新市場信息，根據(jù)實際需求來對材料進行優(yōu)化選擇，期間也需要考慮到材料的耐溫性、綜合強度、耐腐蝕性、生命周期等性能指標，借此來提升所篩選材料的合理性。第二，在新型材料的使用期間，也需要嚴格按照相關(guān)要求來順利完成制作，而且也需要加強細節(jié)質(zhì)量管理，對于發(fā)現(xiàn)的不足問題及時進行返工，同時也需要做好記錄工作，將價值數(shù)據(jù)補充到施工體系當中，從而提高材料的應用價值。

4? 結(jié)束語

綜上所述，涂抹防腐涂層，能夠提升不銹鋼冷凝液的抗腐蝕性，定期進行養(yǎng)護處理，可以確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，引入新型材料，可以進一步提升系統(tǒng)本身的耐腐性。通過擬定可靠措施來提升SCR系統(tǒng)耐腐性，對于提高系統(tǒng)工作效率，延長系統(tǒng)使用壽命有著積極的意義。

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