几种汽车循环腐蚀试验方法对比分析

杨 旋，李 玮 （通标标准技术服务（上海）有限公司，上海 201302）

0 引言

汽车金属零部件的腐蚀破坏已经成为当今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所造成的损失就高达200亿美元［1］，因此对汽车抗腐蚀性能的研发显得越来越重要。

循环腐蚀试验可以提供自然腐蚀的最佳实验室模拟环境。最新的研究成果表明，循环腐蚀试验的结果在腐蚀结构、表面形态和相对腐蚀速率等方面与户外自然腐蚀非常接近。

目前各大汽车主机厂采用的循环腐蚀试验标准有：大众汽车标准PV 1210、通用汽车标准GMW 14872、克莱斯勒汽车标准SAE J2334、奔驰汽车标准DBL 7381、宝马汽车标准GS 90011、雷诺汽车标准D17 2028，菲亚特汽车标准50493.04、捷豹路虎汽车标准TPJLR-52-256和日产汽车标准NES M0158。

国内的循环腐蚀试验能力还处于起步阶段，因此，通过了解循环腐蚀的机理，分析目前主流循环腐蚀试验标准之间的差异，准确把握试验过程中的关键点，将有助于让试验更接近户外自然腐蚀状态。

1 循环腐蚀的机理

腐蚀一般分为2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作用而引起的腐蚀，这类腐蚀没有水介入；电化学腐蚀则是在电解质和水的共同作用下发生的，反应时产生电流，形成电池。在电化学腐蚀中，电极电位较负的金属为阳极，阳极失去电子成为金属离子而进入电解液，发生氧化反应；电极电位高的为阴极，阴极接受电子，把电子转移给电解质溶液中的介质离子，发生还原反应，使得电化学反应持续进行［2］。

循环腐蚀模拟的是大气腐蚀，是金属处于表面薄层电解液膜下的腐蚀过程，主要是电化学腐蚀。根据腐蚀金属表面的潮湿程度可把腐蚀分为“干的”、“潮的”、“湿的”3种类型。循环腐蚀试验过程中，上述3种腐蚀情况是交替发生的。

腐蚀初期，当金属表面形成了连续的电解液薄膜时，就开始了电化学腐蚀过程，阴极发生了氧的去极化反应。锈层形成后，处于湿润条件下的铁锈层可以起到强氧化剂的作用。

阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上：

阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上：

即锈层内发生了Fe3+→Fe2+的还原反应，锈层参与了阴极反应过程。

当锈层干燥时，即外部气体相对湿度下降时，锈层和底部基体金属的局部电池成为开路，在大气中氧的作用下锈层内的Fe2+重新氧化成为Fe3+，即发生如下反应：

因此，在干湿交替的情况下，带有锈层的金属的腐蚀被加速［3］。

2 不同循环腐蚀试验方法

2.1 大众汽车标准PV 1210

PV 1210是德国大众汽车车身及其配件循环腐蚀试验标准，适用于具有涂层的车身、车身钢板、结构组合件和构件等。标准分为喷雾、老化存放、冷凝和室温4个试验阶段。

（1） 4 h喷雾阶段。

根据标准DIN EN ISO 9227—2010，盐溶液：浓度（50±5）g/L的NaCl溶液；试验箱温度：（35±2）℃；沉降量：（1.5±0.5）mL/（80 cm2·h）；pH［（25±2）℃］：6.5~7.2。

（2） 4 h老化存放阶段。

环境条件根据标准 ISO 554—23/50—1976，温度 ：（23±2）℃ ；相对湿度 ：（50±5）%。

（3） 16 h冷凝阶段。

根据标准DIN EN ISO 6270—2—2017，试验箱温度：（40±3）℃；相对湿度：100%。

步骤1~步骤3循环5次。

（4） 48 h室温阶段。

在（23±2）℃，（50±5）%相对湿度条件下存放2 d。

2.2 通用汽车标准GMW 14872

GMW 14872是美国通用汽车公司的循环腐蚀试验标准，是目前应用最为广泛的循环腐蚀试验标准之一。适用于底盘件、发动机件、内饰件、外饰件、第二表面件等。标准分为室温环境、湿度环境、干燥环境3个试验阶段：

（1） 室温环境阶段（8 h）：温度（25±3）℃，相对湿度（45±10）%。

（2） 湿度环境阶段（8 h）：温度（49±2）℃，相对湿度100%。

（3） 干燥环境阶段（8 h）：温度（60±2）℃，相对湿度≤30%。

盐溶液组成 ：0.9% NaCl，0.1% CaCl2，0.075%NaHCO3。试验选用常做的条件，即每个周期喷4次盐溶液。

2.3 克莱斯勒汽车标准 SAE J2334

克莱斯勒汽车循环腐蚀试验标准SAE J2334是由国际汽车工程师学会汽车腐蚀与防护委员会制定的，适用于特殊的涂装系统、基材、工艺或设计性涂装腐蚀试验。

标准分为湿度环境，盐雾环境，干燥环境3个试验阶段：

（1） 湿度环境阶段（6 h）：温度50℃，相对湿度100%。

（2） 盐雾环境阶段（15 min）：盐溶液组成：0.5%NaCl，0.1% CaCl2，0.075% NaHCO3。

（3） 干燥环境阶段（17.75 h）：温度60℃，相对湿度50%。

3 试验与分析

3.1 试验材料

采用通用循环腐蚀试验标准GMW 14872中的“CXB-12-K”标准Coupon板（图1），尺寸25 mm×51 mm×3 mm。

将Coupon板安装在支架上，再放置于盐雾试验箱中。Coupon板及支架的安装图见图2，图3。

图1 Coupon板示意图Figure 1 The schematic of Coupon hardware

图2 Coupon板安装图Figure 2 Coupon hardware assembly illustration

图3 Coupon板支架安装图Figure 3 Coupon hardware bracket assembly illustration

试验前用丙酮溶液清洗Coupon板，称重并记录质量，以g为单位。试验结束后，采用喷砂工艺（气压：36.3 kg，149 μm石英砂）清除Coupon板表面所产生的全部锈蚀。对清除锈蚀后的Coupon板再次进行称重，并记录质量，以g为单位，按下式计算质量损失：

质量损失=试验前质量-试验后质量

3.2 试验结果及讨论

3种不同测试方法的测试周期数与腐蚀量的关系分别见表1~3。由表1~3可见，腐蚀量增长速率大小依次为 ：SAE J2334，GMW 14872，PV1210。

表1 GMW 14872测试周期数与腐蚀量的关系Table 1 The relationship between the number of test cycles of GMW 14872 and the corrosion amount

表2 PV 1210测试周期数与腐蚀量的关系Table 2 The relationship between the number of test cycles of PV 1210 and the corrosion amount

表3 SAE J2334测试周期数与腐蚀量的关系Table 3 The relationship between the number of test cycles of SAE J2334 and the corrosion amount

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：pH、氯化物、相对湿度、温度。

SAE J2334溶液中添加了CuCl2和NaHCO3，呈弱碱性。Cl-加剧了金属的腐蚀性，一则，由于Cl-的直径小、极易穿透氧化膜，使表面液膜导电性增加，是孔蚀的诱发剂；二则，蚀坑中的Cl-具有“自催化酸化作用”［4］，使坑内金属活化溶解。溶液中存在Cl-和HCO3-，在碱性条件下，腐蚀速度非常快［3］。虽然SAE J2334试验中的喷淋时间仅为15 min，但经过喷淋之后，盐溶液沉积在样品表面，随后几乎24 h试样都处于高湿状态下，而腐蚀速度与金属表面水膜的厚度有很大关系，如图4所示［3］。因此，SAE J2334试验条件是3种试验方法中最为严苛的。

图4 腐蚀速度与金属表面水膜厚度之间的关系Figure 4 The relationship between corrosion rate and water film thickness on metal surface

PV1210与GMW 14872相比，虽然湿度环境阶段的时间要长一些，但在此阶段下，GMW 14872的环境温度要比PV1210高9 ℃。温度的升高促进了金属的腐蚀。且GMW 14872溶液同SAE J2334溶液一样，呈弱碱性且添加了CuCl2。在这些条件的综合作用下，GMW 14872试验的腐蚀性要比PV1210试验强。

3种试验方法中，腐蚀量均呈非线性增长，从表1~3中的数据可以看出，在试验后期腐蚀量增长速度趋缓。这是由于随着锈层厚度的增加，锈层电阻增大，氧的渗入较困难，使锈层的阴极去极化作用减弱而减缓了腐蚀速度。

4 结语

（1） 试验表明，目前常用的3种汽车循环腐蚀试验方法，腐蚀量大小依次为：SAE J2334>GMW 14872>PV1210。

（2） 腐蚀初期，锈层形成后，处于湿润条件下的铁锈层可以起到强氧化剂的作用，而随着锈层厚度的增加，锈层电阻增大，氧的深入较困难，使锈层的阴极去极化作用减弱而减缓了腐蚀速度。

（3） 循环腐蚀是一个非常复杂的过程，腐蚀速度及腐蚀量受多重因素影响，因此在试验过程中，应严格控制各试验条件，因为一个变量引起的变化将会使试验结果出现较大的误差。