汽车SCR系统用不锈钢的冷凝液腐蚀行为研究

张哲明 刘伟

摘要： 本文针对汽车SCR系统常见腐蚀类型展开分析，内容包括点蚀类型、晶间腐蚀、均匀腐蚀等，结合冷凝液腐蚀行为的相关内容，如腐蚀电位变化、电化学阻抗谱特征、电极极化行为、表面形貌特征等，通过研究涂抹防腐涂层、定期进行养护、引入新型材料等措施，其目的在于优化汽车SCR系统，延长汽车SCR系统使用寿命。

Abstract： This article analyzes the common corrosion types of automotive SCR systems， including pitting corrosion types， intergranular corrosion， uniform corrosion， etc.， combined with related content of condensate corrosion behavior， such as corrosion potential changes， electrochemical impedance spectroscopy characteristics， electrode polarization Behavior， surface morphology， etc.

關键词： 汽车SCR系统;晶间腐蚀;均匀腐蚀

Key words： automotive SCR system;intergranular corrosion;uniform corrosion

中图分类号：U472.43                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0058-02

0  引言

现阶段汽车SCR系统所使用的主材料以奥氏体不锈钢为主，此类材料具备耐温、强度高等优势。在系统工作过程中，其高温氧化环境中包含了废气与尿素分解物，这些材料具备了较强的腐蚀性，于是不锈钢部件的服役性能也受到了广泛关注。基于此需要组建实验来分析冷凝液腐蚀行为，基于此来采取相应的处理措施，以延长系统的使用寿命。

1  汽车SCR系统常见腐蚀类型

1.1 点蚀类型

点蚀也称孔蚀，是一种聚集于金属表面极小的范围内，并逐渐深入到金属基体内部的腐蚀，属于一种局部腐蚀。已有大量研究表明，点蚀发生过程中，蚀孔内部和外部的化学反应可由式（1）～（5）表示。通常，点蚀容易发生在富含Cl-的溶液中，而且不锈钢表面点蚀也受环境温度、溶液的pH、介质的流速、活性离子浓度等因素影响。

蚀孔内主要阳极反应有：

Fe（s）→Fe2+（aq）+2e-（1）

Cr（s）→Cr2+（aq）+2e-（2）

Fe（s）+2H+（aq）→Fe2+（aq）+H2（g）（3）

Cr（s）+2H+（aq）→Cr2+（aq）+H2（g）（4）

蚀孔外主要阴极反应有：

O2（g）+2H2O（l）+4e-→4OH-（aq）（5）

1.2 晶间腐蚀

晶间腐蚀也是一种局部腐蚀。影响不锈钢晶间腐蚀的因素有不锈钢基体成分、组织、热处理工艺、服役环境因素等等。在不锈钢内部成分中，间隙C和N原子对不锈钢晶间腐蚀影响很大，主要表现为铬的碳和氮化物形成。不锈钢发生晶间腐蚀后，表面形貌呈现网状结构。在金属材料结晶过程中，晶粒内部和晶界存在着显著的物理和化学差异，晶界是钢中元素偏析或者金属化合物沉淀析出的有利区域。大多数金属材料在特定的环境下都会表现出晶间腐蚀，如受热或敏化处理对材料晶间腐蚀有很大影响。通常晶间腐蚀很难在宏观上有明显的表现，但其内部可能已经形成了沿晶界的网状裂纹，此时材料的机械性能以及其他的一些性能已经丧失。

1.3 均匀腐蚀

相较于前两种腐蚀状态，均匀腐蚀可归类于全面腐蚀，不锈钢在具体地氧化过程中，会在表面形成比较均匀的锈迹，但是主要集中在表面，而且也比较容易被发现，所带来的危害性性相对较低。而均匀腐蚀问题的出现，和电化学腐蚀之间存在较为明显地关系，或者也可能够受到纯化学腐蚀反应，导致了化学腐蚀问题的出现。对于汽车SCR系统而言，其提供的氧化环境，很容易导致均匀腐蚀问题的出现，同时在冷凝液循环腐蚀作用下，均匀腐蚀也会和点蚀或者晶间腐蚀一起出现，从而带来较大的负面影响。

2  冷凝液腐蚀行为分析

2.1 实验方法分析

在此次实验的过程中，所准备的实验样品是奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢，为了确保实验结果的统一性，会将其切割成同等大小的长方体，随后在试样表面利用砂纸进行打磨，打磨时产生的碎屑也会利用超声波、蒸馏水和丙酮对其进行清洗，最后将其吹干后留作备用。本次实验在操作中，主要分为氧化处理和冷凝液浸泡两个环节，在对其进行氧化处理时，会利用2.4%尿素水溶液来作为实验材料，对比实验为纯水。在实验过程中，会借助尿素滴加液体和配置好的模拟废气来进行实验，将其同时通入到600℃石英管当中，调整液体流速至100ml/mol，维持该状态约十分钟，随后保温100小时后以空冷的形式恢复到室温。在对试样进行冷凝液浸泡处理时，会利用环氧树脂来涂抹氧化试样的边缘位置，随后将其放入到冷凝液中来进行腐蚀实验，利用仪器来测试腐蚀数据，绘制成相应的实验曲线。

2.2 实验结果整理

2.2.1 腐蚀电位变化

根据腐蚀电位数据可以绘制相应的电位腐蚀图，根据腐蚀电位图可以了解到，奥氏体不锈钢会在较短的浸泡时间内达到相应的稳定状态，一般在浸泡一小时之后，其腐蚀电位便会维持在-0.805V左右，但铁素体不锈钢在浸泡过程中，其电位波动幅度相对较大，尤其是在氧化之后，电位相互之间的接触率上升，使得冷凝液中的腐蚀电位出现波动，据相关数据显示，在冷凝液浸泡一小时之后，其腐蚀电位会维持在-0.615V左右，基于此可以了解到，在废气提供的氧化环境中，在添加尿素之后，两种材料的腐蚀电位均出现一定程度的波动，这也意味着尿素溶液的加入，能够有效提高氧化膜本身的保护性，在冷凝液中材料的抗腐蚀性更强[1]。

2.2.2 电化学阻抗谱特征

根据腐蚀电位数据可以绘制相应的电化学阻抗谱图，根据电化学阻抗谱图可以了解到，奥氏体不锈钢会在较短的浸泡时间内达到相应的稳定状态，即容抗弧半径比较大，稳定性也更强。铁素体不锈钢在浸泡过程中，其容抗弧半径会以比较稳定的速度达到较大值，弧度波动范围相对较小。而分析其对比实验组可以了解到，在没有浸泡尿素溶液时，两种材料的容抗弧半径比较小，处于比较扁平的状态，这也意味着尿素溶液的加入，能够有效提高材料表面物质的抵抗性，使其可以具备更长的时间周期，满足系统抗腐蚀性的基础要求[2]。

2.2.3 电极极化行为

将氧化试样放入到pH为3的冷凝液当中，采集数据后可以绘制电极极化图，根据电极极化图可以了解到，奥氏体不锈钢会在较短的浸泡时间内，达到最佳的钝化状态，表面的养护膜也可以对材料起到良好的保护作用。铁素体不锈钢在浸泡过程中，因为其材料的特殊性，其电极极化曲线会出现偏移的情况，而且其外层产生的氧化膜并没有表现出相应的保护作用，钝化状态的稳定性较差。而分析其对比实验组可以了解到，在没有浸泡尿素溶液时，两种材料的钝化作用均处于较弱的状态，这也表明尿素溶液的加入，能夠为材料本身提供一层稳定的保护膜，使其内部可以得到良好保护，从而起到延长材料使用寿命的作用。

2.2.4 表面形貌特征

将氧化试样放入到pH为3的冷凝液当中，根据得到的电极极化图，也可以对材料表面形貌特征情况进行分析。根据实验可以了解到，奥氏体不锈钢在浸泡冷凝液之后，会在表面出现腐蚀，但是均匀腐蚀的特征相对较低，但是却存在着比较明显的局部腐蚀，由此可见，钝化作用形成的养护膜，可以对材料起到良好的保护作用。铁素体不锈钢在浸泡冷凝液之后，也会在表面出现腐蚀，主要出现的腐蚀类型为晶间腐蚀，但是局部区域的腐蚀性较低。对比两组实验数据可以了解到，冷凝液中形成的养护膜，可以对材料起到良好的保护作用，以提升金属材料的耐腐蚀性，延长材料使用寿命。

3  提高不锈钢冷凝液抗腐蚀行为的措施

3.1 涂抹防腐涂层

通过涂抹防腐涂层，能够提升不锈钢冷凝液的抗腐蚀性，从而起到延长材料使用寿命的作用。在具体实践中，应注意以下内容：第一，做好防腐材料的筛选工作，在废气处理过程中，需要对防腐材料进行优化选择，期间也需要考虑到材料的耐温性、耐腐蚀性、生命周期等内容，以提高所选材料的合规性。第二，在防腐涂层的安装过程中，也需要严格按照相关要求来展开工作，期间也需要做好细节处理工作，如基层清理、涂层厚度控制等。并且在工作结束后也需要及时对于防腐涂层作业质量进行检查，及时返工不合理的防腐部位，以提高所施工防腐涂层的合理性[5]。

3.2 定期进行养护

定期进行养护处理，可以确保系统处于稳定的工作状态，提升系统运行带来的综合价值。从具体实践情况来看，第一，对于系统参数做好分析，了解不锈钢类型、处理系统参数、运行时间等，以此为基础来拟定可靠的养护计划，计划中也会对防腐养护要求、养护内容、防腐处理方法等内容进行明确，这样也可以提升养护计划的指导价值，满足系统养护要求。第二，在养护工作执行过程中，也需要做好养护数据的采集工作，定期对养护数据进行一次统筹整理，从中筛选出价值数据补充到养护方案当中，从而提升养护内容的实用价值，满足x系统稳定运行的基础要求。

3.3 引入新型材料

通过引入新型材料，可以进一步提升系统本身的耐腐性，以延长系统的生命周期。在具体实践中，第一，做好新型材料的筛选工作，在实际应用中，可以利用信息技术来建立市场共享平台，平台中每天都会更新市场信息，根据实际需求来对材料进行优化选择，期间也需要考虑到材料的耐温性、综合强度、耐腐蚀性、生命周期等性能指标，借此来提升所筛选材料的合理性。第二，在新型材料的使用期间，也需要严格按照相关要求来顺利完成制作，而且也需要加强细节质量管理，对于发现的不足问题及时进行返工，同时也需要做好记录工作，将价值数据补充到施工体系当中，从而提高材料的应用价值。

4  结束语

综上所述，涂抹防腐涂层，能够提升不锈钢冷凝液的抗腐蚀性，定期进行养护处理，可以确保系统处于稳定的工作状态，引入新型材料，可以进一步提升系统本身的耐腐性。通过拟定可靠措施来提升SCR系统耐腐性，对于提高系统工作效率，延长系统使用寿命有着积极的意义。

参考文献：

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