一种汽车典型部件腐蚀当量研究方法-

MethodofEquivalentResearchofTypicalAutomotivePartsChunbinWang,ZaiqiYao,ZhihuaLi,LiLi,FangwuMa,QiangLiu,FuquanZhaoNVHandMaterialsEngineeringDivisionGeelyAutomobileResearchInstituteHangzhou,People’[e-mail]—Thesamplecorrosionshapeandappearancearecomparedbetweenvehicleacceleratedcorrosiontestandlaboratoryacceleratedcorrosiontest.Anequivalentrelationshipbetweenlaboratoryacceleratedcorrosionandactualserviceconditionisobtainedonthebasisoftheresearchofdistributioncharacteristicsfortwocorrosiondamage.Thecalculationindicatesthatthisrelationshipoftypicalcomponent:y=32.86e0.5x(where,yistimeoflaboratoryacceleratedcorrosion,xistimeofactualservicecondition),therebylayingafoundationforanti-corrosiondesignandcoatingselection.Keywords-Automobile;AcceleratedCorrosion;Equivalent;CoatingI引言随着近年来我国汽车产业的快速发展，人们对汽车品质的要求也越来越高，各汽车生产厂把汽车的可靠性、安全性、舒适性等作为考核项目，而汽车各零部件的抗腐蚀性能明显影响这些性能，因此对汽车的抗腐蚀性能的开发显得越来越重要。调查表明，除交通事故和零部件磨损外，汽车腐蚀是汽车损坏报废的最重要原因，不仅直接影响汽车的质量和使用寿命，还会导致环境污染和严重的交通事故。实际腐蚀过程如何用试验室加速腐蚀来再现，现在航空航天方面已有研究[1～7]。而在汽车行业还没有相关的进展，本文探讨汽车典型零部件在试验室加速腐蚀与实际服役腐蚀之间的当量关系，从而简化到用试验室的静态试验来模拟汽车在实际行驶中零部件的腐蚀行为。II实验方法本文主要研究汽车零部件在腐蚀较严重区域--底盘位置的腐蚀，为了较好的观察分析，制作如图1的样件12个，试验件材料为宝钢生产的冷轧钢板DC01，尺寸为60×60×1mm2，为了研究方便，使其短期出现锈蚀，选用镀锌蓝白钝化处理，其中非实验区域的一侧和边缘用防水胶涂好，以防被腐蚀。试验分为两组，选第一组6件样件放到整车底盘做挂片试验，挂片试验按照汽车行业标准QC/T732-2005《乘用车强化腐蚀试验方法》进行试验，强化腐蚀在海南试验所完成，海南所整车强化腐蚀试验由下列几部分组成[8]：试验车预处理、正式强化腐蚀试验、试后的全面检查及腐蚀结果评价。每个试验循环为24h，道路行驶时间约为160min,其余的时间均在室内或环境试验室内进行，所以外界环境条件的变化不会对试验结果造成太大影响，重复性较好。每个试验循环过程中各流程时间分配表及示意图见表1和图2。图1镀蓝白锌的试验件表1腐蚀试验循环中各流程时间分配表路行驶湿热试验自然干燥盐雾喷射试车检验总计160min16h270min20min30min24h5043978-1-4244-9438-5/11/$26.00©2011IEEE图2腐蚀试验循环示意图已有研究表明10个循环强化腐蚀量相当于实际一年的腐蚀量[8]，10个循环后取2件样品进行观察拍照，清除腐蚀产物按照GB/T16545-1999《金属和合金的腐蚀腐蚀样件上腐蚀产物的清除》中的2.1执行，按照GB/T6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的样件和样件的评级》对腐蚀进行评定。同理30个循环和50个循环各取出2件进行评定。三种时间的腐蚀形貌如图3，腐蚀保护等级分别为3、1和0级。图3强化腐蚀10、30和50循环后的腐蚀形貌第二组6件在试验室严格按照QC/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》试验，每隔一段时间观察一次腐蚀形貌，当腐蚀形貌与图3的腐蚀形貌相近时，分别取出2件拍照并记录此时腐蚀的时间，按照上述的方法进行评价腐蚀形貌，为了进一步评价两组腐蚀的相关性，对腐蚀深度进行评价、分析。腐蚀深度测量选取采用SZX12研究级显微镜与MCS-7200腐蚀损伤图像分析系统。工作过程为：通过显微镜将金相试片腐蚀断口信息转化为光学信号；再通过摄像机和图像采集装置进行光电转换；最后将电信号传入计算机，并在计算机屏幕上显示断口形貌，通过图像分析系统即可进行腐蚀损伤测量和尺寸标定。该系统精确度为0.01µm。腐蚀深度测量方法[9]：最大腐蚀深度的测量步骤：将试件的腐蚀测量区用1mm厚的铣刀平行截成5段，然后用600#水砂纸和800#金相砂纸依次对断口横截面进行打磨，抛光制成金相试片。每一金相断面在显微镜下可找到一个最大腐蚀深度Di，每一试件可测得8个最大腐蚀深度数据，一组2个试件可测得16个最大腐蚀深度数据，并将这16个数据构成一个样本。测量时通过调节显微镜和金相试片位置，以保证图像清晰度和位置最佳。对于每一金相断面在显微镜下可找到一个腐蚀深度Di，通过测量腐蚀坑部位的最小厚度L1和没有腐蚀处试件的厚度L2，则Di＝L2-L1。腐蚀深度测量如图4所示。图4腐蚀深度测量5044III试验结果分析及讨论对两组腐蚀形貌对比，试验室加速腐蚀试验腐蚀54h的形貌与强化腐蚀10循环形貌相似，即与服役1年腐蚀的图像相似，腐蚀144h和252h的形貌分别与强化腐蚀30和50循环的形貌相似，即相当于车辆服役3年和5年。当腐蚀到基材达到一定深度，使基材强度缺失，剩余强度不足以满足零部件的强度，此时，需要更换零部件，所以最大腐蚀深度及分布对剩余强度的影响起到了决定性的影响，将测得的试验室腐蚀252h后的试验件腐蚀损伤数据按从小到大的次序排列，若第i号的腐蚀深度测量值为Di，按式(1)计算腐蚀点的统计概率Pi。Pi=i/(N+1)(1)式中：i＝1，2，3……N；N为腐蚀部位即测量值的总个数。把试验室腐蚀252h的腐蚀深度分布作图，腐蚀深度正态分布见下图5，拟合的线性方程：Z=-29.19338+215.67737Dm，线性相关系数0.93288，表明试验室腐蚀的腐蚀损伤的概率符合正态分布。0.1350.1360.1370.1380.1390.1400.00.20.40.60.81.0Pi/%D/mm图5实验室腐蚀252h的腐蚀损伤正态分布把强化腐蚀试验相当于5年的最大腐蚀深度分布数据作图，按正态分布，相关性不佳，所以用Gumbel分布拟合，Gumbel分布见下图6，拟合的线性方程：Z=48.15404－367.50695Dm，线性相关系数-0.9242，表明强化腐蚀的最大腐蚀损伤符合Gumbel分布。从以上两组腐蚀数据分布分析，实际腐蚀损伤与试验室腐蚀损伤分布存在差异，从分布规律可以推断试验室腐蚀损伤与强化腐蚀之间的损伤成幂指数关系，设腐蚀等级达到m时，试验室腐蚀需要y小时，实际腐蚀需要x年，则y=a×e(bx+c)，把（1,54），（3,144）和（5,252）三组数据代入上式，可以得到a=32.86，b=0.5，c=0。所以，实际腐蚀与试验室腐蚀之间的关系表达式y=32.86e0.5x。0.1280.1300.1320.1340.136-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5ln(ln(i/pi))D/mm图6实际腐蚀5年的腐蚀损伤正态分布如果设计使用6年不出现腐蚀，需要耐盐雾试验达到660h。这样在防腐设计时，只需通过试验室试验即可知道服役年限的腐蚀状态。IV结论1建立试验室加速腐蚀与“实际”腐蚀之间的当量关系，得出某典型零部件的腐蚀当量关系为y=32.86e0.5x，进而用试验室加速腐蚀试验来研究汽车实际服役的腐蚀状态，极大地节省了成本和时间。2建立起试验数据与实际服役腐蚀之间的桥梁，为防腐设计提供有力参考。REFERENCES[1]JianzhongHuang,FengZhu,JiliZhong,QinLu,JinshanPan,V.Kucera,S.Hedlund,D.Thierrry.Corrosionandcountermeasuresonautomobileanditsmaterials[J].Corrosionscienceandprotectiontechnology.Vol.11No.1,1999,pp.1-8(InChinese)[2]ZhitaoMu,WenlinLiu,ZhanqiaoYu.Researchonacceleratedcorrosionequivalentconversionmethodofaircraftserviceenvironment[J].JournalofNavalAeronauticalandAstronauticalUniversity.Vol.22.No.3,2007,pp.301-304(InChinese).[3]YueliangChen,ChengmeiDuan,PingJin,XiaohuaYang.Localenvironmentalequivalentspectrumforacceleratedcorrosionofaircraftstructure[J].JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics.Vol.31.No.3,1999,pp.338-341(InChinese).[4]EnpengSong,WentingLiu,XuYang.Studyonacceleratedcorrosiontestenvironmentspectrumforinternalaircraftstructure[J].ActaAeronauticaEtAstronauticaSinica.Vol.27.No.4,2006,pp.646-649(InChinese).[5]WentingLiu,DongbinJiang.Studyonacceleratedcorrosiontestenvironmentspectrumforcriticalarea[J].ActaAeronauticaEtAstronauticaSinica.Vol.19.No.4,1998,pp.434-438(InChinese).[6]MillerRN,SchuesslerRL.Predictingservicelifeofaircraftcoatinginvariousenvironments[J].Corrosion,Vol.45.No.4,1989,pp.17-21.[7]WanhillRJH.LucciaJJDe,RussoMT.Thefatigueinaircraftcorrosiontesting(FACT)programme.AGARDreportNo.713,Feb,1989.[8]HaitaoWang.Roadtestandassessmentmethodofautomobileacceleratedcorrosion[J].Corrosion&Protection.Vol.28No.6,2007,pp.300-303(InChinese).[9]ChunbinWang.Assessablemethodoferosiondamagetoleranceontypicalstructureofai