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典型汽车板加速腐蚀试验方法对比研究

2019-03-17 15:43:41·  来源:普乐斯  
 
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汽车金属零部件长期暴露在复杂的大气环境中,与大气中的气体(O2、CO2、NO2、SO2)、水分、盐类、尘土和其他污染物等腐蚀成分长期接触,金属材料表面易产生腐蚀[1-
    汽车金属零部件长期暴露在复杂的大气环境中,与大气中的气体(O2、CO2、NO2、SO2)、水分、盐类、尘土和其他污染物等腐蚀成分长期接触,金属材料表面易产生腐蚀[1-7],而镀锌钢板的使用,能有效避免和减轻车身及零部件在各种恶劣环境下的侵蚀,提高汽车整车的抗腐蚀性能,从而延长其使用寿命[6,8-9]。镀锌板耐蚀性主要与表面镀锌量(锌层厚度)及锌层质量有关。

    汽车用钢的耐腐蚀试验种类繁多,如静态盐雾试验、循环腐蚀试验、整车道路强化腐蚀试验等,相关测试标准也多种多样。根据产品的使用环境,通过选择合适的试验方法,可较好地模拟汽车零部件在使用环境中的腐蚀情况,从而评价汽车用钢的耐蚀性,并为汽车用钢的腐蚀寿命评估提供数据支撑[10-12]。在此,通过静态盐雾试验和循环腐蚀试验评价了典型汽车板(普通冷轧板、热镀锌板)的耐蚀性能,并对2种加速腐蚀试样方法进行了对比分析。

    1、试验方法

    试验材料为某钢厂生产的普通冷轧汽车板和双面热镀纯锌汽车板,镀锌板镀锌量为50/50g/m2,试验材料钢种、厚度及镀锌板镀锌量见表1。
 

 
    1.1 静态盐雾试验

    静态盐雾试验使用Q-FOG CCT 600循环腐蚀试验箱进行。将表1所示汽车板剪切加工成75mm×150mm的长方形试样,用无水乙醇擦洗去除表面油脂后吹干,使用透明胶带包边并在背面标注钢种及平行试样编号,每种汽车板使用3片平行试样。试验选取ASTM B117-03盐雾试验标准,试验温度为35℃,溶液为5% NaCl(质量分数),采用连续喷雾方式进行测试。

    1.2 循环腐蚀试验

    循环腐蚀试验使用Atlas CCX 2000循环腐蚀试验箱进行,试样尺寸和制备过程与静态盐雾试验相同。选用德国大众PV 1210循环腐蚀试验标准,该试验方法1个循环为24h,每个循环包括4h的盐雾试验、4h标准气候(包括冷却阶段)下的存放、16h的湿热存放(温度为40℃,空气湿度为100 %)。5个循环后,在标准气候下静置2天。

    2、试验结果

    2.1 静态盐雾试验

 
    静态盐雾试验进行18h后,2种普通冷轧板(DC06-A和WH180B)表面被红锈完全覆盖,试样表面形貌如图1 所示。而2 种镀锌板(DX56D+Z-C和WH180BDZ)经18h静态盐雾试验后,试样表面出现白锈,部分仍保留金属光泽,其表面形貌如图2所示。随着静态盐雾试验时间的增加,2种镀锌板表面生成的白色及灰色腐蚀产物逐渐增多、增厚,试样表面金属光泽逐渐消失。经过约500h连续盐雾试验后,2种镀锌板表面可见少量红锈产生,说明锌层在盐雾环境中生成的腐蚀产物对基板的保护作用逐渐消失,导致基板发生腐蚀而生成红锈。经过约900h连续盐雾试验后,2种镀锌板表面可见大量红锈产生,红锈面积超过试样表面积50%,此时将试样从盐雾箱中取出,经冲洗吹干后保存,待进一步分析。2种普通冷轧板及镀锌板在静态盐雾条件下出现白锈及红锈的时间对比见表2。
 

 
    由表中数据可知,相比于普通冷轧板,镀锌板的应用能很大程度上提升汽车板的抗腐蚀能力。镀锌钢板表面的镀锌层一方面可以阻隔腐蚀环境与钢板的直接接触,另一方面镀锌层在钢板表面形成的腐蚀产物也能起到屏蔽作用,从而可以阻止腐蚀进一步发展。更主要的是,锌的电极电位相比铁较小,属于阳极性镀层,对钢铁基体具有牺牲阳极的保护作用。而2种镀锌板中,DX56D+Z-C表面出现红锈时间较晚,因此其耐蚀性优于WH180BDZ,这种耐蚀性差异与镀锌量(锌层厚度)、镀锌层质量等有关。

    2.2 循环腐蚀试验

    循环腐蚀试验进行1个循环(24h)后,2种普通冷轧板(DC06-A和WH180B)表面被红锈完全覆盖,试样表面形貌如图3所示。
 

    而2 种镀锌板(DX56D + Z-C 和WH180BDZ)经过1个循环(24h)的循环腐蚀试验后,试样表面仅出现少量白锈,试样部分表面仍保留金属光泽。随着试验的继续进行,2种镀锌板表面白色及灰色腐蚀产物逐渐增多、增厚,试样表面金属光泽消失,但仍无红锈生成,这表明镀锌板表面锌层在循环腐蚀条件下生成的腐蚀产物对基板产生了良好的保护作用,2种镀锌板经4个循环(96h)的循环腐蚀试验后的表面形貌如图4所示。

    经过5个循环(120h)的循环腐蚀试验和2天(48h)在标准气候下静置后,2种镀锌板中间部位可见少量红锈产生,说明锌层生成的腐蚀产物对基板的保护作用逐渐消失,导致基板发生腐蚀而生成红锈。经过15个循环(360h)的循环腐蚀试验和6天(144h)在标准气候下静置后,2种镀锌板表面红锈面积均超过试样表面积的50%。

    将试样从循环腐蚀试验箱中取出,试样经冲洗吹干后保存,待进一步分析。2种普通冷轧板及镀锌板在循环腐蚀条件下出现白锈及红锈的时间对比见表3。
 

    将表3与表2数据进行对比可以发现,在循环腐蚀试验中,镀锌板表面红锈出现时间相比静态盐雾试验大幅缩短,表明对于相同试样,循环腐蚀试验具有比静态盐雾试验更好的加速性。这与循环腐蚀试验包含了盐雾喷射、湿热存放、干燥等过程有关。在进行循环腐蚀试验时,湿热过程中,锈层会出现松软,这为随后进行的盐雾过程提供了条件,加速了盐雾过程的腐蚀,而单纯的静态盐雾试验则不经历上述过程。因此,循环腐蚀试验加剧了对材料表面的腐蚀,拥有更好的加速特性。

    另外,对比2种实验室加速腐蚀试验后试样表面腐蚀产物的形貌(图1~图4),静态盐雾试验中,因盐雾溶液沉降并聚集在试板上,试样表面出现了沿竖直方向的流痕,沿流痕产生较强腐蚀,而经循环腐蚀试验后,试样表面生成的腐蚀产物较均匀,这与循环腐蚀试验包含了干燥及湿热过程有关。同时,循环腐蚀试验比静态盐雾试验更加接近汽车户外自然状态下的腐蚀情况。因此,目前许多世界先进的汽车制造公司都将循环腐蚀试验作为评价汽车零部件耐腐蚀性能的测试方法。

    3、结论

    1)通过静态盐雾和循环腐蚀试验对比了典型汽车板(普通冷轧板、热镀锌板)的耐蚀性能,结果表明循环腐蚀试验具有更好的加速性,且更接近汽车户外自然状态下的腐蚀情况,因此更适用于汽车用钢的耐蚀性评价。

    2)对实验室加速腐蚀试验后汽车板表面腐蚀产物形貌进行了对比分析,发现静态盐雾试验中,试样表面容易产生沿竖直方向的流痕,且沿流痕产生的腐蚀较强,而循环腐蚀试验中试样表面生成的腐蚀产物较为均匀。