大氣腐蝕&促進(jìn)腐蝕的環(huán)境因素

腐蝕的定義

歐洲卷材涂料協(xié)會(huì)給出腐蝕的定義：使物質(zhì)達(dá)到其自然的，zui低能量狀態(tài)的力量。腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程，它使提煉的金屬恢復(fù)到其自然的氧化狀態(tài)。

大氣腐蝕

在ISO 9223標(biāo)準(zhǔn)中對大氣腐蝕作出了定義：大氣腐蝕是在金屬表面形成一層水膜的過程。水膜可能很薄以至于肉眼很難看清。

影響腐蝕的環(huán)境因素

水（相對濕度，與水物質(zhì)的影響），氧（氧化反應(yīng)），離子

影響腐蝕的關(guān)鍵離子種類及其來源

海水中廣泛存在氯離子，鈉離子，硫酸鹽和鎂離子，下圖是海水離子的組成。

假設(shè)在1kg的海水中，96.5%（965g）是水，3.5%（35g）是鹽。在3.5%的鹽中，占比最大的是氯化物占55%，其次是鈉占30.6%，然后是硫酸鹽占比7.7%，還含有鈣，鉀等一些離子。

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)方法研究背景和目標(biāo)

● 汽車輕量化的快速發(fā)展

● 鋁合金涂層耐腐蝕性能檢測方法行業(yè)內(nèi)沒有明確要求，為汽車腐蝕風(fēng)險(xiǎn)帶來巨大隱患

● 開展實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕與戶外腐蝕對比試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)：

-適用于鋁合金涂層耐腐蝕性能的驗(yàn)證

-適用于開發(fā)應(yīng)用于鋁合金基材的涂料及前處理材料性能驗(yàn)證

-適用于鋁合金涂層防腐性能的質(zhì)量控制

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)樣板

樣板：53種，1200多片

樣板的差異包括：

●底材：內(nèi)板5000系列，外板6000系列，型材

●前處理：硅烷，磷化，鋯化

●電泳：3種

●面漆：2種

如下圖是汽車涂層體系，可以看到包括了前處理，電泳，中涂，色漆，清漆等涂層。

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在53種試驗(yàn)樣板中，選取其中一種進(jìn)行試驗(yàn)，如N0.46，樣板寬為100mm，長為200mm。底材是鋁板，進(jìn)行磷化前處理，電泳涂層厚度是18um，面漆是白色的，其中中涂涂層厚度為30um，色漆涂層厚度為15um，清漆涂層厚度為35um。在試驗(yàn)前對樣板進(jìn)行劃痕（劃痕應(yīng)透過涂層達(dá)到金屬底材）。

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)計(jì)----腐蝕試驗(yàn)

腐蝕試驗(yàn)方法介紹

其中CASS，AASS，F(xiàn)iliform，CATCH方法是實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法。壓力鍋測試是在腐蝕測試之前進(jìn)行的，測試涂層的附著力，如果涂層附著力不好，腐蝕很快就達(dá)到了底材，此時(shí)沒必要進(jìn)行下一步的腐蝕試驗(yàn)。

鹽水加速和道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)是2種戶外腐蝕試驗(yàn)方法。

CATCH腐蝕試驗(yàn)方法

CATCH腐蝕試驗(yàn)方法是Q-LAB開發(fā)的，是一種相對濕度控制的實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕測試方法，采用的是鹽霧噴淋方法，具體試驗(yàn)方法如下：

注：鹽溶液為1 %氯化鈉溶液，用0.5 mol/L的硫酸調(diào)整溶液的pH值為4.0，在第1步到第3步中的16分鐘噴淋時(shí)間內(nèi)，平均鹽霧沉降率在80 cm²的水平面積為39 mL~79 mL。

使用Q-FOG循環(huán)腐蝕鹽霧箱CRH進(jìn)行CATCH腐蝕試驗(yàn)

Q-FOG CRH型鹽霧箱適用于腐蝕研究和帶有相對濕度控制的汽車循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，符合絕大多數(shù)汽車腐蝕測試標(biāo)準(zhǔn)。

Q-FOG循環(huán)腐蝕鹽霧箱CRH具有噴淋功能，大容量噴淋比傳統(tǒng)噴霧能更快使試樣濕潤，可控制噴淋量以調(diào)節(jié)腐蝕速率。

噴嘴沿扇形弧線安裝，以提供均勻的噴淋覆蓋。

結(jié)果

在對樣板進(jìn)行CATCH腐蝕試驗(yàn)2980h小時(shí)后，試驗(yàn)樣板在劃痕處出現(xiàn)了涂層樣板在劃痕處出現(xiàn)了絲狀腐蝕，形成了一些網(wǎng)狀腐蝕情況。

戶外腐蝕試驗(yàn)---鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)

鹽水戶外加速腐蝕試驗(yàn)每周用鹽溶液(5%氯化鈉）噴霧2次，符合ASTM D6675,ISO 11474。

戶外腐蝕試驗(yàn)---道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)

把樣板貼在車身上進(jìn)行120天的道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)。如圖司涂層樣板道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，如圖可以看到劃痕處發(fā)生腐蝕。

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)第一輪樣板測試結(jié)果

鋁合金板材復(fù)合涂層典型腐蝕形貌

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)測試過程

● 部分樣板在海南進(jìn)行了道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)

– 120個(gè)周期

– 與實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)方法進(jìn)行比較

●部分樣板在海南進(jìn)行了鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)，及壓力鍋測試

– 鹽水加速試驗(yàn)12個(gè)月

– 壓力鍋測試1 h

– 與實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)方法進(jìn)行比較

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)樣板測試結(jié)果

從上表中可以看出，壓力鍋測試和鹽水加速腐蝕的相關(guān)性很好。

汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)相關(guān)性比較

相關(guān)性介紹

● 戶外測試和實(shí)驗(yàn)室加速測試，把樣品從好到差進(jìn)行排序

●使用Spearman相關(guān)系數(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室和戶外曝曬之間的相關(guān)性r_s=1-6∑d_i² /[n(n²-1)]

●相關(guān)系數(shù)最大為1，相關(guān)系數(shù)為0表示兩者不相關(guān)

過程

第一步：對于鹽水加速腐蝕試驗(yàn)的樣板按照腐蝕程度進(jìn)行排序

第二步：對于CATCH腐蝕試驗(yàn)的樣板按照腐蝕程度進(jìn)行排序

第三步：計(jì)算鹽水加速試驗(yàn)排序和CATCH排序的差d_i，d_i²

第四步：根據(jù)相關(guān)性系數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算，得出兩種方法的相關(guān)系數(shù)0.98，說明這2種方法有非常高的相關(guān)性

相關(guān)性分析

通過計(jì)算得出道路強(qiáng)化腐蝕和鹽水加速腐蝕與其他實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)方法的相關(guān)系數(shù)，可以看出道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和CATCH腐蝕試驗(yàn)有很好的相關(guān)性，鹽水加速腐蝕試驗(yàn)和CATCH腐蝕試驗(yàn)有很好的相關(guān)性。

不同腐蝕試驗(yàn)腐蝕形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕 VS CASS腐蝕試驗(yàn)形貌對比

對比樣板41,46,44的腐蝕形貌，可以看出，進(jìn)行了240個(gè)小時(shí)的CASS腐蝕試驗(yàn)后，樣板腐蝕形貌都是泡狀腐蝕。進(jìn)行戶外12個(gè)月鹽水加速腐蝕試驗(yàn)后，樣板41和46形成了B型的多根絲狀腐蝕形貌，樣板44則形成了泡狀腐蝕。

鹽水加速戶外腐蝕VS AASS腐蝕試驗(yàn)形貌對比

進(jìn)行1980小時(shí)的AASS腐蝕試驗(yàn)，樣板都出現(xiàn)了泡狀腐蝕，進(jìn)行12個(gè)月鹽水加速腐蝕試驗(yàn)后，樣板41和46形成了B型多根絲狀腐蝕形貌，樣板44則形成了泡狀腐蝕。

鹽水加速戶外腐蝕形貌和Filiform腐蝕試驗(yàn)形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)和Filiform腐蝕試驗(yàn)形貌相似

鹽水加速戶外腐蝕形貌和CATCH腐蝕試驗(yàn)形貌對比

CATCH腐蝕試驗(yàn)和鹽水加速戶外腐蝕的形貌相似。

結(jié)論

●從CATCH和鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)，道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)來看，鋁涂層的腐蝕總體比鋼的腐蝕好很多。

●涂裝鋁板的腐蝕特性和電泳，表面處理，板材種類關(guān)系密切，和面漆種類關(guān)系不大。

●車身涂層鋁板，腐蝕試驗(yàn)停止后，需要盡快評(píng)估。

●鋁的腐蝕和鋼的腐蝕形貌，相差比較大。評(píng)估方式，采用腐蝕面積法。

●壓力鍋附著力試驗(yàn)，建議使用，可以縮短研發(fā)周期

分析結(jié)果

●不同腐蝕方法的典型腐蝕形貌有差異

●CATCH 方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)相符

●CATCH 方法和鹽水加速腐蝕形貌相當(dāng)，相關(guān)性較好

●CATCH 方法和道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)相關(guān)性也很好

第二輪比對試驗(yàn)

●CATCH方法與鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)，道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的相關(guān)性都很好，不過CATCH方法腐蝕加速不夠，腐蝕較慢：

– CATCH 2980h (~ 4個(gè)月)

– 鹽水加速12個(gè)月

– 道路強(qiáng)化腐蝕240天 (8個(gè)月) – 注：推測數(shù)據(jù)

●第二輪比對試驗(yàn)通過降低CATCH方法鹽溶液的pH值， 看是否會(huì)提高腐蝕速率

過程

第一輪CATCH腐蝕試驗(yàn)中，ph值為4.0，在第二輪CATCH腐蝕試驗(yàn)中，降低ph為3.0，計(jì)算腐蝕面積。

結(jié)果

●CATCH測試方法，pH值3.0測試600h與pH值4.0測試1728h比較：

– 腐蝕面積相當(dāng)

– 相關(guān)系數(shù)為0.87 (表明相關(guān)性很好)

●降低鹽溶液的pH值，可提高CATCH測試方法的腐蝕速率

總結(jié)論

●CATCH測試方法與鹽水加速戶外腐蝕試驗(yàn)的樣板的腐蝕面貌類似，兩者的相關(guān)性也很好

●CATCH測試方法與道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的相關(guān)性也很好

●降低鹽溶液的pH值，可提高CATCH測試方法的腐蝕速率

●推薦CATCH測試方法 (pH = 3.0)寫入最終的SAE標(biāo)準(zhǔn)文本中

此次對汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)方法的研究，CATCH腐蝕試驗(yàn)方法可以很好的模擬戶外腐蝕情況，Q-FOG CRH鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱可以很好的支持CATCH腐蝕測試，對汽車鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕研究發(fā)揮重要作用。