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汽车整车濒海热带沙漠环境失效行为研究

2019-07-01 23:03:26·  来源:《环境技术》期刊  
 
本文针对我国汽车出口沙特地区耐候性问题频发的现象,开展汽车整车濒海热带沙漠气候的自然暴露试验,研究试验过程中汽车典型失效行为,分析失效原因,为国内汽车
本文针对我国汽车出口沙特地区耐候性问题频发的现象,开展汽车整车濒海热带沙漠气候的自然暴露试验,研究试验过程中汽车典型失效行为,分析失效原因,为国内汽车企业出口产品的设计提供依据。

(沙特吉达地区与我国典型湿热及干热气候环境统计数据)

1、试验

参照QC/T 728-2005《汽车整车大气暴露试验方法》[3]的要求,将汽车整车置于沙特吉达濒海热带沙漠自然暴露试验场内进行静态自然暴露试验,并定期检查汽车的外观、光泽、色差等汽车外观性能,详细记录外观、使用功能变化现象说明。

2、结果与讨论

2.1 失效行为统计分析


吉达试验场样车的主要失效行为有发白、开裂、玻纤外露及腐蚀生锈等,图1统计了样车经过一年暴露试验后不同失效类型出现的次数占比,其中发白失效行为占比约为41%,开裂约19%,玻纤外露约11%,生锈约7%。
图1 吉达与国内典型试验场内试验车失效行为统计  吐鲁番(左) 吉达(中) 琼海(右) 

与我国湿热与干热气候环境中的汽车整车耐候性试验失效行为统计结果相对比可以看出,试验车在吉达进行自然暴露试验时,由于长期的高温作用,已经对汽车非金属零部件造成了严重的损伤,具有干热气候老化特征[4];另一方面,由于吉达属于濒海城市,空气相对湿度较高,夜晚容易在汽车外饰件表面形成凝露,且海风夹杂海盐离子,样车已出现金属件腐蚀生锈失效行为,表现出湿热气候老化特征[5]。由此看来,汽车整车在吉达开展自然暴露试验时,同时具有干热和湿热老化腐蚀特征。

2.2发白

非金属件颜色变浅、发白是汽车耐候性试验中常见的外观变化形式之一,这一现象主要来自于太阳辐射、高温等环境因素作用引发高分子材料发生的热老化。


图2 出现发白失效的典型非金属零部件 (左)横梁塑料盖板 (右)发动机塑料盖板

图2是汽车整车在吉达试验场试验过程中出现发白的典型零部件。统计结果显示,吉达试验场样车的失效行为中,非金属件发白占比约为41%,其中车头外饰件及发动机舱是出现非金属件发白最多的区域。结合车头部位及发动机舱的服役环境条件进行分析,进一步证实直接的阳光照射及长期的高温是导致汽车非金属零部件发白的重要原因之一;同时,汽车在吉达的发白失效行为与在我国吐鲁番典型干热环境下的服役行为较为相似。

2.3 开裂

吉达试验场样车的另一主要失效行为是非金属件开裂。开裂是橡胶和油漆涂层老化的后期常见的老化现象。非金属部件开裂主要是因为在环境温度循环作用下,非金属部件制造过程中产生的内应力得到释放,同时,强烈的太阳辐照使非金属部件的老化更加严重,降低了部件的强度,最终导致非金属部件的开裂,甚至断裂。


图3 典型开裂失效非金属零部件(左)喷水鼻 (右)雨刮器

图3是汽车整车在吉达试验场暴露过程中出现开裂的典型零部件。从裂纹分布的主要零部件可以看出,太阳辐照及高温也是导致非金属件开裂的主要原因;汽车在吉达的开裂失效行为与在我国吐鲁番地区的服役行为较为相似,且干热地区试验车比其它气候地区试验车更容易出现非金属件开裂现象,这一点在产品设计阶段需着重考虑。

2.4 腐蚀生锈

在通常的干热环境条件下,汽车金属部件一般不发生腐蚀生锈失效。这是因为干热地区一般空气相对湿度较低,夜晚汽车外饰件表面很难形成凝露,同时,干热地区一般离海较远,空气中几乎没有盐粒子,腐蚀等级低。然而,沙特吉达地理位置特殊,靠近红海,海风带来湿润的空气以及可导致金属腐蚀的盐粒子,从而导致吉达大气环境具有较高的空气相对湿度及较强的腐蚀性。图4是吉达试验场样车出现腐蚀失效的典型金属部件。


图4 典型生锈失效金属部件(左)冷却液金属盖  (右)固定螺丝

进一步分析汽车涂层的划痕腐蚀试验结果,如图5所示。试验前后的对比分析可以看出,经过一年的自然暴露试验后,均出现划痕部位的腐蚀失效行为。汽车外饰涂层如果出现涂层的破坏,金属基材极易发生腐蚀失效。


图5 车身涂层划痕腐蚀试验图片(左)试验前  (右)试验后

也就是说,吉达地区的大气环境具有较高的腐蚀等级,防护不当的金属基体较为容易发生腐蚀现象,因此需针对性地开展防腐工艺设计。

总结

通过沙特吉达整车自然暴露试验失效行为的统计与分析,可以得出以下结论:

☑ 沙特吉达地区的整车失效行为具有特殊性,同时具备汽车整车在我国国内典型干热和湿热环境失效行为特征。试验样车表现出的主要失效现象有非金属件发白、开裂以及金属件生锈等,分别占比约为41%、 19%、7%;

☑ 濒海沙漠干热环境条件下的开裂与腐蚀特性显著影响汽车耐候性设计。因此,设计该地区的实验室模拟加速试验方法时,必须考虑太阳辐射、高低温、湿度、盐离子浓度等典型的环境因素。
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