整车腐蚀试验与实验室 加速腐蚀试验关联性

摘要：文章介绍了模拟汽车腐蚀的试验方法及整车腐蚀试验与实验室加速腐蚀试验关联性研究的设计思路。以Q235 材质的标准试样为研究对象，研究了车身区域整车强化腐蚀试验的腐蚀量随腐蚀时间的变化情况；并通过对试样进行中性盐雾试验，建立了车身区域整车强化腐蚀试验与中性盐雾试验腐蚀数据的关联性，即车身区域整车试验的腐蚀速率为中性盐雾试验的腐蚀速率的1.6倍左右。

关键词：整车强化腐蚀；实验室加速腐蚀；腐蚀速率；关联性

近年来，汽车企业越来越重视整车腐蚀技术的开发，并将车身漆面及各系统零部件的腐蚀控制要求作为关键指标贯穿于整车开发全过程，在整车开发阶段进行设计，并通过盐雾试验、循环腐蚀试验及整车强化腐蚀试验等试验项目验证整车及零部件防腐性能。但是，在防腐工作开展过程中，两个基础性的问题制约腐蚀工程师开展汽车腐蚀工作。第一，对汽车材料、零部件等产品进行盐雾试验、循环腐蚀试验等试验验证时，被验证产品满足腐蚀控制要求，然而在进行整车强化腐蚀试验验证时，被验证产品不满足腐蚀控制要求，即实验室腐蚀数据与整车强化腐蚀试验的腐蚀数据关联性较差；第二，产品进行实验室试验及整车强化腐蚀试验时，未出现明显腐蚀，试验结果满足腐蚀控制要求，但当用户在使用时还会出现腐蚀问题，即试验数据与整车运行数据关联性较差。针对第一个基础性问题，长城汽车与北京科技大学、国家腐蚀平台等联合开展了整车腐蚀试验与实验室腐蚀试验数据关联性研究，为建立整车及零部件腐蚀试验提供数据支持及理论依据，为汽车产品腐蚀指标的定义提供基础数据和技术指导。

1 汽车腐蚀模拟试验方法

1.1 整车强化腐蚀试验
整车强化腐蚀试验是指汽车在指定的腐蚀试验场内进行盐雾喷射、高温高湿环境存放、盐水路行驶、碎石路行驶等工况内容的一种模拟车辆耐腐蚀性能的综合性试验方法。主要用于模拟沿海地区高盐分空气、南方地区湿热天气、北方地区下雪撒盐路面、沙石路面等气候环境及行驶道路对汽车腐蚀的影响[1]。文章依据QC/T 732—2005《乘用车强化腐蚀试验方法》进行整车强化腐蚀试验。该方法的每个循环为24 h，10 个腐蚀循环等效为1 个腐蚀年。其整车腐蚀试验流程，如图1 所示。



图1 整车腐蚀试验循环示意图

1.2 实验室加速腐蚀试验
实验室加速腐蚀试验主要用于汽车总成件、零部件及材料的腐蚀性能检测和评价，包括盐雾试验及循环腐蚀试验等项目。

1.2.1 盐雾试验
盐雾试验是通过将测试样品放于产生盐雾环境的试验箱中，以评价部件涂层的防护性能及材料耐腐蚀性能的试验方法。盐雾试验主要用于模拟海洋性大气腐蚀对测试样品的影响[2]，主要分为中性盐雾试验（NSS）、乙酸盐雾试验（AASS）和铜加速乙酸盐雾试验（CASS）。文章依据GB/T 10125—2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行试验。

1.2.2 循环腐蚀试验
循环腐蚀试验是一种用于模拟车辆在自然使用状态下的腐蚀情况而开发的一种包含盐雾喷射、湿热存放、干燥等过程的综合性试验。不同于其他单一的温度、湿度、腐蚀介质的腐蚀条件的检测方法，它是通过腐蚀介质、盐雾、湿热和干燥周期等不同组合来模拟汽车零部件在大气环境中的腐蚀[3]，试验过程依据长城汽车企业内部标准进行试验。

2腐蚀关联性试验设计

2.1 腐蚀关联性试验设计思路
采用整车腐蚀强化试验与实验室盐雾等加速试验相互验证方式，旨在针对典型材料建立整车强化试验和实验室试验数据之间的关联性，因此，在选取冷轧板、镀锌板材质的试验试片后，将每类材料分成两组，A 组随车做整车道路腐蚀强化试验；B 组在实验室内完成加速试验。当所有试验完成后，对A 组、B 组失重量进行检测和分析，得出腐蚀量及腐蚀速率，建立实验室加速试验与汽车道路强化腐蚀试验的腐蚀速率关联性模型。整车试验与实验室加速腐蚀试验关联性试验设计思路，如图2 所示。



图2 腐蚀关联性试验设计

因整车与零部件腐蚀关联性研究项目包含中性盐雾试验、循环腐蚀试验、整车强化腐蚀试验等多种腐蚀试验项目，涉及车身、底盘、机舱等各个区域的研究，课题研究的相关数据量较大，因此，欲通过对中性盐雾试验与汽车道路强化腐蚀试验的关联性研究，建立车身典型区域的腐蚀数据的关联性。

2.2 数据检测与分析
本实验选取了Q235 材质的标准试片分别进行中性盐雾试验及汽车道路强化腐蚀试验，标准试片的长度、宽度及厚度分别为50.08，25.25，1.45 mm，其主要化学成分，如表1 所示。
表1 Q235 标准试片化学成分表（质量分数）



根据整车12 年不出现腐蚀穿孔的要求，整车强化腐蚀试验共进行120 循环，整车试验选取前50 循环的试验结果进行研究。试验前在发动机罩盖、侧围后轮罩上部分别放置10 个试样（左、右两侧各放置5 个），每10 个循环左、右两侧各取下1 个试样进行数据检测（整车试验过程车身挂片试验照片，如图3 所示）；同时，在实验室进行中性盐雾试验，每隔48 h 或72 h 取出3 个试验样品进行腐蚀量的测试及分析。



图3 整车不同区域试验样片搭载

3结果分析与讨论

通过腐蚀量数据分析，建立中性盐雾试验与整车强化腐蚀试验的数据关联性。完成预定周期试验后，按照IS0 8407 规定的化学清洗的方法去除腐蚀产物。采用失重法测试试验后的标准试样的腐蚀量，腐蚀量的计算按照以下公式进行：
ΔM = M1 - M2
式中：ΔM———腐蚀量，g；
M1———试样初始质量，g；
M2———除锈后试样的质量，g。
3.1 腐蚀试验结果与分析
机盖与侧围处Q235 试样进行整车强化腐蚀试验时的腐蚀量随试验周期变化情况，如图4 所示。从图4中可以看出，随着试验时间的延长，试样的腐蚀量增加，且机盖区域试样的腐蚀量略微大于侧围区域试样的腐蚀量。可能原因为：整车在进行盐雾、高温高湿试验时，处于水平方向的机盖与竖直方向的侧围相比，盐雾、水汽等腐蚀介质易最先接触部位较高的机盖区域，该部位腐蚀介质积存量更大，腐蚀环境更为苛刻；另外，机盖处于车辆前方，车辆在道路试验时，更易受到来自外界腐蚀环境的侵蚀，且机舱内部的高温环境也会对机盖区域产生一定影响，故车身不同区域呈现出不同腐蚀量，机盖区域比侧围区域腐蚀略微严重。



图4 Q235 整车强化腐蚀试验过程不同部位的腐蚀量
Q235 试样进行中性盐雾试验时的腐蚀量随试验周期变化情况，如图5 所示，图5 中的腐蚀量数据为试样腐蚀量的平均值。从图5 中可以看出，随着腐蚀时间的增加，腐蚀量呈现增加的趋势。从240～432 h，腐蚀量随时间增加变化较快，432 h 以后，腐蚀量随时间的增加有变慢的趋势，即腐蚀速率随试验时间的增加由大变小。主要原因为，随着腐蚀时间的增加，试样的腐蚀加重，到达一定时间后，试样表面形成的锈层一定程度上阻隔了盐雾等腐蚀介质，导致腐蚀速率变慢。



图5 Q235 中性盐雾试验过程的腐蚀量
3.2 腐蚀关联性建立
通过对机盖处Q235 试样整车强化腐蚀试验及中性盐雾试验数据分析，发现试样进行240，480 h 整车试验时的腐蚀量分别与进行384，768 h 中性盐雾试验的腐蚀量近似相等，达到相同的腐蚀量，进行中性盐雾试验所需的时间是进行整车强化腐蚀试验所需时间的1.6 倍。因整车试验与实验室试验采用规格完全相同的试样，故车身区域整车试验的腐蚀速率为中性盐雾试验的腐蚀速率的1.6 倍左右。Q235 经整车试验及中性盐雾试验后腐蚀量，如图6 所示。



图6 Q235 经整车试验及中性盐雾试验后腐蚀量

4结论

文章介绍了模拟汽车腐蚀的试验方法及整车试验与实验室加速腐蚀试验关联性研究的设计思路，以Q235 材质的标准试样为研究对象，通过开展整车强化腐蚀试验、中性盐雾试验，研究了试验过程中腐蚀量随腐蚀时间的变化情况，建立了车身区域整车强化腐蚀试验与中性盐雾试验腐蚀数据的关联性，主要结论如下：
1）进行整车强化腐蚀试验过程中，车身不同区域呈现出不同腐蚀量，机盖区域比侧围区域腐蚀略微严重；
2）进行中性盐雾试验时，随试验时间的增加，腐蚀速率出现由大变小的趋势；
3）车身区域整车强化腐蚀试验的腐蚀速率为中性盐雾试验的腐蚀速率的1.6 倍左右。
作者：王鹏李冬梅
（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）