汽车零部件实验常见失效机理与失效模式

常见 汽车零部件实验的失效机理与失效模式

目录

1 .高温实验

2. 低温实验

3. 湿热实验

4. 盐雾实验

5. 温度冲击实验

6. 快速温变实验

7. 振动实验

8. 沙尘实验

9. 淋雨实验

10. 光照实验

11. 臭氧实验

12. 耐化学腐蚀实验

什么是失效机制呢？失效机制其实就是那些会让产品材料遭受瞬间损伤，或者造成损伤慢慢累积的物理变化过程，又或者是化学反应过程。

对于很多失效机制，我们采用定性处理的办法。简单来讲，就是看施加应力的大小程度如温度，以及应力持续的时长，实践表明，通过这种方式能够有效判断产品设计的优劣。不过呢。常见的定性测试有湿度实验、沙尘实验、盐腐蚀实验、淋水实验，还有振动实验等等。

1、高温实验

失效机理

材料性能变化：高温会使材料的物理和化学性能发生改变，如塑料件的热变形、老化，金属材料的强度下降、蠕变等。

润滑性能降低：高温会导致润滑剂黏度降低，润滑效果变差，增加零部件的磨损。

电子元件性能漂移：高温会使电子元件的参数发生变化，如电阻值、电容值改变，导致电路性能不稳定。

失效模式

零部件变形：如发动机罩在高温下可能发生翘曲变形，影响外观和装配。

材料老化、脆化：橡胶密封件在高温下易变硬、龟裂，失去密封性能。

电子元件故障：例如车载导航系统的芯片在高温下可能出现死机，黑屏、数据丢失等问题。

2、低温实验

失效机理

材料变脆：低温会使一些材料的韧性降低，变得易碎，尤其是塑料和橡胶材料。

润滑问题：低温下润滑剂黏度增大，流动性变差，甚至会凝固，导致零部件运动阻力增大。

电子元件性能异常：低温会使电子元件的启动性能变差，响应速度变慢，甚至出现短路、断路等故障。

失效模式

材料破裂：如汽车的塑料进气歧管在低温下可能出现裂纹甚至破裂。

零部件卡死：由于润滑不良和材料收缩，一些活动部件如车门铰链、座椅调节机构等可能在低温下卡死，无法正常操作。

电池性能下降：汽车电池在低温下容量降低，启动困难，甚至无法正常供电。

3、湿热实验

失效机理

腐蚀：高湿度环境会加速金属零部件的腐蚀过程，尤其是在有盐分等电解质存在的情况下。

霉变：对于一些含有有机材料的零部件，如内饰件、隔音材料等，湿热环境容易滋生霉菌，影响其性能和外观。

绝缘性能下降：湿热会使电子元件的绝缘材料性能降低，导致漏电、短路等电气故障。

失效模式

金属生锈：车身、底盘等金属部件出现锈蚀，影响强度和美观。

内饰件霉变、异味：车内的织物、皮革等内饰件出现霉变，产生难闻气味，影响驾乘体验。

电子系统故障：由于绝缘性能下降，汽车的电子控制系统可能出现误动作、故障报警等问题。

4、盐雾实验

失效机理

电化学腐蚀：盐雾中的氯离子会破坏金属表面的氧化膜，引发电化学腐蚀，加速金属的腐蚀速度。

缝隙腐蚀：在零部件的缝隙、搭接处，盐雾容易积聚，形成浓差电池，导致局部腐蚀加剧。

应力腐蚀开裂：在拉应力和盐雾环境的共同作用下，金属材料可能发生应力腐蚀开裂，降低零部件的强度和可靠性。

失效模式

金属部件腐蚀穿孔：如汽车的燃油箱、散热器等金属外壳在盐雾环境下可能出现腐蚀穿孔，导致泄漏。

零部件表面剥落：金属表面的涂层在盐雾腐蚀下会起泡、剥落，失去保护作用，进一步加速基体金属的腐蚀。

结构件强度降低：由于腐蚀作用，汽车的车架、悬挂系统等结构件的强度下降，影响车辆的安全性。

5、温度冲击实验

失效机理

热应力集中：温度急剧变化使零部件不同材料间热膨胀系数差异显著，导致热应力集中。如金属与塑料结合部位，因膨胀收缩程度不同，产生较大内应力。

材料性能突变：极端温度冲击下，材料性能如韧性、强度等会发生突变。低温时，塑料、橡胶等材料变脆；高温时，金属材料强度下降。

电子元件参数漂移：温度冲击会使电子元件内部结构改变，导致参数如电阻、电容值发生漂移，影响电路性能。

失效模式

零部件开裂：热应力作用下，零部件薄弱部位如边角、孔周围易出现裂纹，像发动机缸体在温度冲击下可能产生裂缝。

材料分层与脱胶：不同材料结合处因热应力，出现分层或脱胶现象，如汽车挡风玻璃与胶条结合部位可能脱开。

电子系统故障：电子元件参数漂移致使电子系统出现故障，如车载收音机在温度冲击后可能出现音质变差、信号接收不稳定等问题。

6、快速温变实验

失效机理

热疲劳损伤：快速温变使零部件反复热胀冷缩，材料内部形成微观缺陷，随循环次数增加，缺陷扩展形成疲劳损伤。

水汽凝结与腐蚀：温变过程中，若零部件表面温度低于露点，水汽会凝结在表面，引发腐蚀，加速材料失效。

密封性能下降：快速温变使密封材料性能改变，如橡胶密封件变硬或变软，导致密封性能下降，外界污染物易进入零部件内部。

失效模式

表面磨损与腐蚀：零部件表面因热疲劳和水汽凝结腐蚀，出现磨损、锈斑等，如汽车轮毂在快速温变实验后表面可能出现锈迹。

密封失效：密封处出现泄漏，如发动机油底壳密封垫在快速温变后可能漏油。

功能性能下降：零部件功能性能受影响，如汽车空调系统在快速温变实验后制冷制热效果变差，响应时间变长。

7、振动实验

失效机理

疲劳破坏：长期的振动会使零部件承受交变应力，当应力超过材料的疲劳极限时，会产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，最终导致零部件断裂。

松动和磨损：振动会使零部件之间的连接松动，如螺栓、螺母等连接件松动脱落，同时也会加剧零部件的磨损，影响其配合精度和性能。

共振：当振动频率与零部件的固有频率相接近时，会发生共振现象，振幅急剧增大，导致零部件受到更大的冲击力，加速失效过程。

失效模式

零部件断裂：如发动机的曲轴、连杆等在长期振动作用下可能出现疲劳断裂。

连接件松动脱落：车门、发动机罩等部位的固定螺栓松动，导致部件异响、晃动，甚至脱落。

电子元件引脚断裂：电子电路板上的元件引脚在振动下容易发生疲劳断裂，导致电路断路，电子设备失效。

8、沙尘实验


失效机理

磨粒磨损：沙尘颗粒进入零部件的配合间隙或表面，在相对运动时像磨粒一样对表面进行切削和研磨，导致材料逐渐磨损。

堵塞与淤积：沙尘颗粒堆积在零部件的通道、小孔或缝隙中，阻碍流体流动或影响零部件的正常动作，如堵塞发动机进气道，使进气量减少。

密封破坏：沙尘磨损密封件表面，使其失去密封性能，外界沙尘和杂质容易进入零部件内部，造成进一步损坏。

失效模式

零部件表面磨损：零部件与沙尘接触的表面出现明显的磨损痕迹，如发动机活塞环表面磨损，导致密封性下降，动力输出减弱。

性能下降：因沙尘堵塞或磨损，零部件性能逐渐降低，如空气滤清器被沙尘堵塞后，过滤效率下降，发动机进气质量变差。

卡死或动作不灵活：沙尘进入运动部件的间隙，使部件之间的摩擦力增大，导致卡死或动作不灵活，如车门铰链处进入沙尘后，开关门变得困难。

9、淋雨实验

失效机理

水渗透：雨水通过零部件的缝隙、孔洞或密封不良处进入内部，与电气元件接触，引发短路、漏电等问题；或使内部的金属部件生锈腐蚀。

水压破坏：在淋雨过程中，较大的水压可能对零部件的结构造成破坏，如使薄壁件变形、密封件移位等，从而失去密封功能。

水的冲刷作用：长期淋雨时，水流的冲刷会逐渐侵蚀零部件表面的防护涂层，使底层金属暴露，进而发生腐蚀。

失效模式

漏水与渗水：零部件出现明显的漏水或渗水现象，如汽车车身在淋雨实验后，内饰出现水渍，表明车身密封存在问题。

电气故障：水进入电气系统，导致电气元件损坏、短路，如汽车大灯进水后，灯泡烧毁或电路短路，影响照明功能。

腐蚀生锈：金属零部件表面因接触水而生锈腐蚀，如车门边框的金属部分在淋雨实验后出现锈斑，降低了零部件的强度和使用寿命。

10、光照实验

失效机理

光降解：紫外线等高能光线会引发材料分子链的断裂和交联，破坏材料的化学结构，使材料的性能逐渐下降。

热效应：光照产生的热量会加速材料内部的化学反应，同时使材料处于热胀冷缩的循环状态，导致材料内部产生应力，加速老化过程。

氧化反应：光照条件下，材料表面与空气中的氧气发生氧化反应，生成氧化物等物质，改变材料的表面性质和性能。

失效模式

颜色变化：零部件表面颜色发生改变，如褪色、变黄等，影响汽车的外观美观度，如内饰塑料件在光照实验后颜色变浅。

材料龟裂与脆化：材料表面出现裂纹，随着实验时间延长，裂纹扩展，材料变得脆弱易碎，如橡胶密封条在长期光照后出现龟裂，失去弹性和密封性能。

力学性能下降：材料的强度、韧性等力学性能降低，如座椅皮革在光照实验后拉伸强度下降，容易出现撕裂现象。

11、臭氧实验

臭氧氧化：臭氧具有强氧化性，会与橡胶、塑料等高分子材料中的双键、不饱和键等发生化学反应，生成羰基、羟基等极性基团，破坏材料的分子结构，导致材料性能劣化。

自由基反应：臭氧分解产生的自由基会引发材料内部的链式反应，进一步加速材料的老化过程，使材料的交联度降低，分子链断裂，从而使材料变软、发粘或变硬、变脆。

失效模式

表面裂纹：零部件表面出现细小的裂纹，随着臭氧暴露时间的增加，裂纹逐渐扩展和加深，如汽车轮胎表面在臭氧实验后出现龟裂纹。

性能改变：橡胶制品的硬度、拉伸强度、伸长率等性能发生明显变化，失去原有的弹性和柔韧性；塑料制品可能出现脆化、变形等现象，如橡胶密封件在臭氧实验后变硬，密封效果变差。

颜色变化：材料表面颜色可能发生改变，如变黄、变褐等，影响零部件的外观质量。

12、耐化学腐蚀实验

失效机理

化学溶解：化学物质与零部件材料发生溶解作用，使材料中的某些成分被溶解掉，导致材料的组成和结构发生变化，性能下降。

化学反应：化学物质与材料发生化学反应，生成新的化合物，改变材料的化学性质和物理性能，如酸、碱等物质会与金属发生腐蚀反应，生成金属盐和氢气。

溶胀与脆化：有机溶剂等化学物质会使高分子材料发生溶胀，破坏材料的分子链间作用力，使材料变软、强度降低；而某些化学物质也可能使材料失去增塑剂等成分，导致材料变脆。

失效模式

腐蚀与生锈：金属零部件表面出现腐蚀坑、锈斑，严重时会出现穿孔、断裂等现象，如发动机缸体在接触到腐蚀性的冷却液后，表面发生腐蚀。

溶胀与变形：高分子材料零部件发生溶胀，尺寸变大，形状改变，影响其与其他部件的配合，如塑料燃油箱在接触到燃油后可能发生溶胀变形。

性能丧失：零部件因化学腐蚀导致力学性能、电气性能等完全丧失，如被化学物质侵蚀的电子元件，其导电性、绝缘性等性能被破坏，无法正常工作。