重谈非道路应用交流发电机的盐雾试验

金巧兰

（重庆康明斯发动机有限公司，重庆 400031）

1 研究背景

近几年，随着海外市场的拓展和客户应用的多样化，发动机在整车设备上的应用环境变得越来越复杂。这样导致现有的部分产品无法适应新的环境要求，其中之一就是腐蚀问题。该问题在东南亚客户和船机应用客户当中表现得尤为突出，原因是这些应用场合的湿度和含盐量远高于其他应用地区或场地。

图1是某款交流发电机 （以下简称“发电机”）在某船机应用发动机上运行849 h的腐蚀情况，某些电器连接件直接出现腐蚀断裂的现象，而其运行的小时数远远低于发动机1 500～5 000 h的保修时间。

图1 某船机发电机的腐蚀情况

图2 是某款发电机在某工程机械应用发动机上运行1200h的腐蚀情况，严重的锈蚀直接导致爪极和定子卡死。该运行小时数也是远低于该类应用2 000 h的保修时间。这些故障最终都可能导致客户的动力设备运行不良，甚至停机。

图2 某工程机械发电机的腐蚀情况

除了上述失效模式以外，腐蚀还可能导致发电机的绝缘电阻下降和回路连接点压降增大。

虽然发电机出现上述的腐蚀失效，但是对比企业标准和供应商以往的盐雾试验结果，该类产品却符合相关的技术要求。

下面就相关的盐雾试验信息进行一下回顾。

企业标准：由于公司货源鉴定标准中没有关于发电机腐蚀和／或盐雾试验的要求，因此供应商参考了最常用的汽车行业推荐标准QC／T 729－2005《汽车用交流发电机技术条件》。该标准的方法间接引用GB 2423．17《电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法 （氯化钠）》的中性盐雾试验 （NSS）方法，并将试验时间确定为96 h。评价标准只要求外露零部件不出现腐蚀金属母体，且性能满足型式检验标准即可。

供应商的试验结果：针对产品问题，供应商按照上述试验标准对批量生产零部件进行了相应的抽检试验，结果表明符合相应的外观和输出特性要求，如表1和图3所示。显然这样的试验结果和客户抱怨问题相去甚远。

表1 供应商的试验结果

图3 96 h中性盐雾试验后的外观图

2 相关行业状态

在查找引起上述差异的根本原因之前，有必要了解一下目前行业内的相关标准。由于发动机的应用涉及工程车辆、发电机组、船舶动力，因此国家标准和船用标准都非常值得参考借鉴。

2.1 GB标准

针对交流发电机，国家标准中没有明确的盐雾试验标准或评价标准，只提供相应的试验方法和评价指导或推荐，没有确定的参数可以直接执行，例如：试验方法、试验时间、评价标准。

比较接近交流发电机的试验标准为GB 2423．17《电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法 （氯化钠）》和GB 2423．18《电工电子产品基本环境试验规程试验Kb：交变盐雾试验方法 （氯化钠）》，评价标准多参考GB／T 6461—2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件评级》。

Ka盐雾试验适用于受试样品进行抗盐雾腐蚀能力的比较试验，也适用于保护性涂层的品质评定。相对于Kb试验，Ka没有湿热贮存周期的间隔。试验Ka不适合作为通用的盐雾腐蚀试验，也不适用于在含盐大气中对单个试样的评定。但是鉴于试验的易操作性，国内很多产品标准多引用此试验方法，特别是汽车类电气电子产品。

试验Kb交变盐雾试验是一种综合盐雾试验，它实际上是中性盐雾试验加恒定湿热试验 （相对湿度为90%～95%，温度为40℃±2℃）。它主要用于空腔型的整机产品，通过潮态环境的渗透，使盐雾腐蚀不但在产品表面产生，也在产品内部产生。试验Kb将试验程序分成若干个规定的喷雾周期，每个喷雾周期之后接一个湿热贮存周期。

试验Kb有6种试验严酷等级，着重模拟各种含盐环境对受试样品的影响，GB 2423．18只提及前2种严酷等级。3～6严酷度等级适用于汽车及其零部件和通常在含盐大气和干燥大气之间频繁交替使用的产品。

严酷等级 （1）：4个喷雾周期，每个喷雾周期2 h，每个喷雾周期后有一个为期7天的湿热贮存周期。

严酷等级 （2）：3个喷雾周期，每个喷雾周期2 h，每个喷雾周期后有一个为期20～22 h的湿热贮存周期。

严酷等级 （3）：一个试验循环含有4个喷雾周期，每个喷雾周期2 h，每个喷雾周期之后有一个20～22 h的湿热贮存周期。此后，有一个在试验用标准大气 （温度23℃±2℃，相对湿度为45%～55%）下为期3天的贮存周期。

严酷等级 （4）：严酷等级 （3）所规定的2个试验循环。

严酷等级 （5）：严酷等级 （3）所规定的4个试验循环。

严酷等级 （6）：严酷等级 （3）所规定的8个试验循环。

2.2 CCS标准

中国船级社 （CCS）规定：低压电气设备必须满足《电气电子产品型式认可指南》的相关规定。该指南针对防腐蚀问题，要求同时执行2种盐雾试验标准：Ka和Kb交变盐雾试验。针对不同的金属和镀层，Ka盐雾试验提供不同试验时长，详见表2。试验完成后也只需要满足产品性能要求和无肉眼可见的腐蚀。

表2 Ka盐雾试验时间 （CCS）

中国船级社规定Kb试验直接执行严酷等级为 （1）的试验方法，但在试验后，除了检查性能外，额外需要对比试验前后的绝缘电阻，并要求符合相关的规定。

2.3 国外标准

国外通常采用ISO和ASTM两类试验和评价标准，国内很多的盐雾试验标准大多引用或等效ISO标准，因此国内外的试验标准差别较小。典型的试验方法见表3，试验评价标准见表4。

表3 国外常见的盐雾试验方法

表4 国外常见的盐雾试验评价标准

3 当前试验存在的问题

需要特别指出的是：虽然盐雾试验是一种有效的腐蚀测试方法，但是由于影响腐蚀的因素很多，单一的抗盐雾性能不能代表抗其他介质的性能，所以盐雾试验结果不能作为被试材料在所有环境下抗腐蚀性能的直接指南，同时材料在试验中的性能也不能作为在使用中耐蚀性的直接指南。即便如此，只要选择好恰当的试验方法和评价标准，尽可能接近客户的实际使用情况，其相应的试验结果仍具有很强的参考价值。

通常，人工模拟的盐雾试验种类包括中性盐雾试验（NSS，国内常用的方法）、醋酸盐雾试验 （AASS，腐蚀速度大约是NSS的3倍左右）、铜盐加速醋酸盐雾试验 （CASS，腐蚀速度大约是NSS的8倍左右）。

3.1 试验方法

3.1.1 试验种类

工程技术人员都希望所选择的试验既能更准确地模拟客户的实际情况，又能经济省时。但是，工程人员很难抉择采用哪种盐雾试验，如果经验不足，可能忽视了产品本身的特点，例如：本文讨论的交流发电机属于空腔型产品，应用于多种腐蚀环境，因此前文中只进行Ka盐雾试验就值得讨论。

3.1.2 试验时长或周期

假设中性盐雾试验方法被采用，通过不同标准的描述和比较，标准中一般不会描述确切的时长要求，仅推荐几种常见的时间，多为24 h的整数倍。即使某些标准中存在时长的描述，但其时间长短或周期差异较大，通常也是范围，例如：48～96 h。对于产品设计而言，具体的客户使用环境或要求也需要考虑其中，这样更使得如何选择合适的试验时长变得模糊。

3.1.3 被测试总成和独立子零部件的选择

交流发电机是数个金属和非金属的子零件的装配体，内部空间复杂多变。显然如果采用总成进行短时间的测试是很难使得内部零部件与腐蚀大气进行充分结合，进而难以接近真实的情况。而如果只针对其子零部件进行独立的盐雾测试，那么就无法模拟不同材质的零部件连接在一起产生的电化学腐蚀情况，最终可能导致单个零部件通过测试，而总体连接装配后防腐能力无法通过测试。

此外，采用未定型的试制样件或样件与批量生产的工艺不同也是常被忽视的问题。

3.1.4 产品的放置

由于大多数的标准只针对试验产品的样片进行测试，因此强调被试表面与盐雾试验箱的垂直方向成20°左右的夹角。对于交流发电机而言，产品形状不规则、测试表面方向不一致，且还存在内部空腔以及内部零部件等，因此很难确定选择哪个表面与垂直方向形成夹角。

3.2 结果的评价

大多数标准以测试功能参数为主要评价指标，个别标准增加了绝缘电阻和无肉眼可见的腐蚀损坏 （简单定性），这些都停留在发电机的整体性能和外观上，而内部的腐蚀情况没有明确地被提及检查。这遗漏的部位可能就是腐蚀失效的关键所在。

4 改进措施

4.1 差别化和细化试验方法

4.1.1 借鉴和改进历史的试验方法

产品设计通常会借鉴历史的试验方法，也即新产品的设计要求通常以老产品的试验方法为模板。关于老产品的防腐能力是否能满足新的要求，需要进行适当的讨论。就交流发电机而言，以往为96 h的NSS连续喷雾方法对于道路车辆而言是被验证可行的。而对于船用动力和工程机械而言，其腐蚀环境相对更加恶劣，因此有必要考虑更加苛刻的试验要求，例如：延长试验时长至168 h（通常采用的方法，无需更改试验设备和试剂）。

4.1.2 多种方法结合

考虑交流发电机为总成零部件，因此其子零部件和总成都应考虑进行盐雾试验。其次，因为该总成是空腔型产品，所以Kb交变盐雾试验应被考虑，并需结合实际情况，选择合适的严酷等级。从本文所描述的应用类型来看，可执行CCS规定的严酷等级 （1）。

交流发电机实际工作时，存在电流的输出，这可能引起某些部件的加速腐蚀。如果条件许可，应将交流发电机连接上驱动和负载，尽量模拟发电机正常工作状态。

4.1.3 具体产品和应用的分析

每个产品都有特定的产品结构和使用特点，模拟试验希望能尽可能地从实际使用出发找到产品防腐方面的薄弱点，而非简单地使产品试验通过而已。正如前文所述，交流发电机不仅属于空腔类产品 （内部还包含多种规格和材质的子零部件），还形状多变。就总成而言，困难的问题是：确定哪个受试表面与设备垂直方向成一定的放置角度从而获得满意的试验效果。

基于工程经验，交流发电机进行该试验需要考虑两个方面：一是容易产生腐蚀且腐蚀影响较大的表面，例如电器接线柱、驱动杆件；二是冷却气流进入通道的入口，如果该入口与盐雾气流方向一致，那么将使得内部子零部件的测试更加充分。

针对产品的应用而言，如果产品可能应用到多种腐蚀环境条件下，除了按照最恶劣环境进行某种单类试验外，必要时应补充其他测试方法。例如：如果产品暴露在酸雨的环境下，可增加二氧化硫盐雾循环实验。

4.2 细化评价要求

4.2.1 总成零部件分解

试验完成后，总成零部件的性能测试和外观评价只能帮助工程人员确定总体防腐情况。然而腐蚀往往是源于某些细节的开始，不同材质零部件的电化学腐蚀多起源于内部子零部件的连接处。因此，总成需要分解到无法拆分的状态下进行评估，才可能不遗漏每个失效点。

4.2.2 制定评级要求

尽管前文描述的国内外标准提供经腐蚀试验后的试样和试件的评级指标 （参考表5和表6），然而针对具体的产品和应用没有确定的等级说明。这些指标对于形状规则的试样和试件很好实施，但是具体的产品往往形状复杂。从实际工程经验出发，腐蚀面积的大小 （长×宽）、深度和数量的评价更为简便实用。此外，将每隔24 h的腐蚀变化图片加以保存和对比，可以帮助预估腐蚀的发展趋势。

表5 外观评级 （RA） 分类［1］

用这种方法评定外观评级 （RA）的示例。

1）中度起斑点，面积超过20%：－／2 mA；。

2）覆盖层 （阳极性的）轻度腐蚀，面积超过1%：－／1sC；。

3）极小的表面腐蚀点引起整个表面轻度发暗：－／0sB，vs E；。

注：外观评级可包含一个以上缺陷，在此情况下，应分别报告每一个缺陷。

表6 保护评级［1］

5 总结

按照上述试验的改进方案，案例中交流发电机的腐蚀起源部位被成功找到，并与失效零部件情况相似。目前，交流发电机已开始执行改进后的试验方案和评价方法。

不论是交流发电机还是其他产品，如果希望提早发现腐蚀失效问题点和模拟客户实际使用环境，盐雾试验的运用是需要进行一些适当的选择和改进的。这需要我们工程技术人员不断地总结和完善，并将这些经验保存和应用到新产品的开发中去，最终才能不断地接近客户的实际运行环境，提前预警潜在的腐蚀失效。