介绍了汽车循环腐蚀试验的机理,比较了大众PV1210、通用GMW14872和克莱斯勒SAE J2334等几种国内主要循环腐蚀试验方法的腐蚀量。分析了三种循环腐蚀试验标准的差异及其影响因素。准确把握试验过程中的关键点,有助于试验接近室外自然腐蚀状态。
汽车零部件的腐蚀损伤已经成为影响汽车寿命的重要原因之一。早在20世纪80年代,美国每年因汽车金属腐蚀造成的损失就高达200亿美元,因此汽车防腐性能的研发变得越来越重要。
腐蚀一般分为两种,即化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学相互作用而引起的腐蚀,这种腐蚀不涉及水。电化学腐蚀是在电解液和水的共同作用下发生的,反应过程中产生电流形成电池。电化学腐蚀中,具有负电极电位的金属为阳极,阳极失去电子,变成金属离子,进入电解液,发生氧化反应。较高的电极电位是阴极,它接收电子并将其转移到电解质溶液中的介质离子,导致还原反应,使电化学反应继续进行。
循环腐蚀模拟大气腐蚀,是金属在表面一层薄电解质膜下的腐蚀过程,主要是电化学腐蚀。根据被腐蚀金属表面的潮湿程度,腐蚀可分为“干”、“湿”和“湿”三种类型。在循环腐蚀试验过程中,上述三种腐蚀情况交替出现。
腐蚀初期,当金属表面形成连续的电解质膜时,电化学腐蚀过程开始,阴极发生氧去极化反应。锈层形成后,潮湿条件下的锈层可以起到强氧化剂的作用。
即锈层发生Fe3+→Fe2+的还原反应,锈层参与阴极反应过程。
当锈层干燥时,即外界气体相对湿度降时,锈层局部细胞与底部母材成为开路,锈层中的Fe2+在大气中氧气的作用下重新氧化成Fe3+,即发生如下反应:
因此,在干湿交替的条件下,有锈层的金属腐蚀加速。
2.不同的循环腐蚀试验方法。
2.1大众标准PV1210。
PV1210是德国大众汽车车身及其附件的循环腐蚀试验标准,适用于涂装车身、车身钢板、结构总成及零部件等。该标准分为四个试验阶段:喷涂、老化储存、冷凝和室温。
2.2通用标准GMW 14872。
GMW14872是美国通用汽车的循环腐蚀试验标准,是目前应用广泛的循环腐蚀试验标准之一。适用于底盘零件、发动机零件、内部零件、外部零件、第二表面零件等。该标准分为三个测试阶段:室温环境、湿度环境和干燥环境:
(1)室温环境阶段(8h):温度(25±3)℃,相对湿度(45±10)%。
(2)湿度环境阶段(8h):温度(49±2)℃,相对湿度%。
(3)干燥环境阶段(8h):温度(60±2)℃,相对湿度≤30%。
盐溶液组成:0.9%氯化钠、0.1%氯化钙、0.075%碳酸氢钠。试验选择了通常的条件,即每循环喷洒4次盐溶液。
2.3克莱斯勒汽车标准SAEJ2334。
克莱斯勒汽车循环腐蚀试验标准SAE J2334由国际汽车工程师学会汽车腐蚀与防护委员会制定,适用于特殊涂层系统、基材、工艺或设计涂层的腐蚀试验。
标准分为三个测试阶段:湿度环境、盐雾环境和干燥环境。
(1)湿度环境阶段(6h):温度50℃,相对湿度%。
(2)腐蚀的生长速率依次为SAEJ2334、GMW14872和PV1210。
(3)干燥环境阶段(17.75小时):温度60℃,相对湿度50%。
3、考试和加分。
3.1测试材料。
采用通用循环腐蚀试验标准GMW14872中的“CXB-12-K”标准耦合板,尺寸为25mm×51mm×3mm。
将试片板安装在支架上,然后将其放入盐雾试验箱中。
试验前,用丙酮溶液清洗试板,称重并记录质量,单位为克。试验后,采用喷砂工艺(气压:36.3千克,149μm石英砂)去除试板表面的所有铁锈。再次称量腐蚀后的息票板,记录质量,并根据以下公式计算质量损失g:
质量损失=试验前质量-试验后质量。
3.2测试结果和讨论。
影响汽车腐蚀的因素复杂多变。一般认为,实验室腐蚀试验的重要影响因素包括酸碱度、氯化物、相对湿度和温度。
SAEJ2334溶液加入弱碱性的氯化铜和碳酸氢钠。Cl-会加剧金属的腐蚀性。首先,由于其直径小,氧化膜容易渗透,表面液膜电导率增加,是点蚀的引发剂。其次,坑内Cl-具有“自催化酸化”,使坑内金属溶解。Cl-和HCO3-存在于溶液中,在碱性条件下腐蚀速度很快。虽然SAEJ2334试验中的喷涂时间只有15分钟,但喷涂后,盐溶液沉积在样品表面,然后样品处于高湿状态几乎24小时,腐蚀速率与金属表面水膜的厚度有很大关系。因此,SAEJ2334的测试条件是三种测试方法中严格的。
一区(干燥大气腐蚀区)-在较干燥的空气下,金属表面没有液膜的腐蚀称为干燥大气腐蚀。此时,金属表面吸附的水膜厚度≤10 nm,没有形成连续的电解质膜。腐蚀速率很低,化学氧化作用大。
二区(潮汐大气腐蚀区)——当大气中的相对湿度足够高,金属表面有肉眼看不见的薄液膜时,这种腐蚀称为潮汐大气腐蚀。此时水膜厚度约为10nm~1微米,形成连续的电解质膜。电化学腐蚀开始,腐蚀速率迅速增加。
三区(湿大气腐蚀区)—当空气湿度接近%,水直接落在金属表面时,金属表面会有一层肉眼可见的冷凝水膜,此时发生的腐蚀称为湿大气腐蚀。大气腐蚀的特点是水膜较厚,约为1微米~ 1毫米,随着水膜的增厚,氧扩散困难,腐蚀速率降。
四区——水膜厚度大于1 mm时,相当于金属全浸入电解液中的腐蚀,腐蚀速率基本不变。
与GMW14872相比,PV1210在潮湿环境中的时间更长,但在此阶段,GMW14872的环境温度比PV1210高9℃。温度的升高促进了金属的腐蚀。GMW 14872溶液和SAEJ2334溶液一样,是弱碱性的,加入氯化铜。在这些条件的综合作用下,GMW14872试验的腐蚀强于PV1210试验。
在三种试验方法中,腐蚀量呈非线性增加。腐蚀量在试验后期增长缓慢。这是因为随着锈层厚度的增加,锈层的电阻增大,氧气难以渗透,削弱了锈层的阴极去极化作用,减缓了腐蚀速度。