汽車大氣腐蝕/老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

任凱旭，張瑾，孫建亮

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

前言

汽車使用過程中，由于雨、雪、風(fēng)、光照、溫濕度、酸堿度、沙石擊打等影響，會(huì)造成汽車的腐蝕/老化，不僅僅影響外觀，還導(dǎo)致零部件的老化或功能失效，降低汽車的使用壽命，甚至可能引發(fā)安全事故。金屬材料受環(huán)境腐蝕介質(zhì)的作用，將發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。金屬腐蝕的主要特征是原金屬轉(zhuǎn)化成金屬氧化物造成汽車的金屬零部件生銹、損壞及報(bào)廢。塑料、橡膠、纖維和涂料等非金屬材料經(jīng)受高溫、高濕、強(qiáng)光輻射等環(huán)境因素的綜合作用后，一般情況下將發(fā)生溶解、溶脹、裂解、降解、擴(kuò)散、滲透等物理或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致外觀和作用性能劣化。

我國汽車保有量超過2億輛，按每輛車的腐蝕損失150-250美元計(jì)算，我國汽車腐蝕造成的損失為300-500億美元，折合人民幣2000-3300億元。因此汽車的腐蝕是汽車設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中不可忽視的環(huán)節(jié)，汽車企業(yè)也開始重視汽車腐蝕，并開始相應(yīng)的試驗(yàn)。

汽車腐蝕試驗(yàn)是檢驗(yàn)汽車整車及其零部件和材料耐腐蝕性能的有效手段，汽車腐蝕試驗(yàn)項(xiàng)目大致分為三類：整車戶外自然暴露試驗(yàn)、整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)。由于汽車車身及各零部件表面都有涂鍍層，本身具備一定的防腐能力，在實(shí)際道路行駛和自然停放過程中，腐蝕速率較慢，無法實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)判斷整車和零部件腐蝕狀況的目的。為了能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲取汽車長期腐蝕情況的信息，整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)都引入了強(qiáng)化腐蝕和加速腐蝕的手段，采用比實(shí)用狀態(tài)更苛刻的條件，達(dá)到短期腐蝕反應(yīng)長期腐蝕情況的目的。

1 整車戶外自然暴露試驗(yàn)

戶外整車或零部件暴露試驗(yàn)是整車或零部件在工業(yè)大氣、海洋氣候和熱帶濕熱氣候等條件下的靜止暴露試驗(yàn)。國外已頒布實(shí)施的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有 SAEJ1976《汽車外部材料戶外自然老化試驗(yàn)》、SAEJ2230《汽車內(nèi)用裝飾材料戶外跟蹤太陽、溫濕度可控玻璃框下加速暴露試驗(yàn)》、SAE J2229《汽車內(nèi)部裝飾材料在可控溫度、可變角度玻璃裝置內(nèi)的戶外加速暴露》、GM 9538P《汽車內(nèi)飾件大氣暴露試驗(yàn)》、VW50185《汽車零部件抗大氣暴曬性》等。

我國汽車整車戶外自然大氣環(huán)境暴露試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》，其實(shí)驗(yàn)原理是：將整車置于能代表某一氣候類型區(qū)域的室外自然大氣環(huán)境條件下進(jìn)行暴露試驗(yàn)，讓其經(jīng)受陽光、溫度、濕度、雨水、氧、臭氧及其他環(huán)境因素的綜合作用。按規(guī)定的暴露試驗(yàn)期限，定期檢測整車用非金屬材料制品的外觀、力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)或其他性能變化和金屬材料制品的腐蝕變化，從而評(píng)價(jià)整車耐大氣環(huán)境老化腐蝕性能及操作使用性能。

QC/T 17-1992《汽車零部件耐候性試驗(yàn)一般規(guī)則》規(guī)定了汽車零部件耐候性試驗(yàn)的內(nèi)容、方法、條件及設(shè)備；適用于塑料、橡膠、人造革、纖維等制成的汽車零件和汽車金屬件?？蛇M(jìn)行以下室外試驗(yàn)。

①室外耐候試驗(yàn)：測定長期曝露在大氣中的車外零部件的耐候性。

②室外耐光試驗(yàn)：測定長期曝露在大氣中不受雨水影響的車內(nèi)零部件的耐光性。

③室外遮蔽試驗(yàn)：測定長期曝露在大氣中避開日光直射和雨水影響的零部件抗臭氧性。

④室外浸液試驗(yàn)等：將試樣置于試驗(yàn)液中，考核汽車內(nèi)、外表面油漆圖層的耐候性。

戶外自然大氣暴露試驗(yàn)?zāi)軌蚍从称噷?shí)際使用過程的腐蝕情況，所得到的數(shù)據(jù)可靠，可以獲得戶外自然環(huán)境下材料的腐蝕特征和規(guī)律，可用來評(píng)估試驗(yàn)環(huán)境下材料的使用壽命，為合理選材、有效設(shè)計(jì)和產(chǎn)品防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。但是大氣腐蝕暴露試驗(yàn)花費(fèi)時(shí)間較長，不利于快速評(píng)價(jià)材料的耐蝕性能，且試驗(yàn)結(jié)果具有顯著的區(qū)域性特點(diǎn)。

2 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)

整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)是在特定試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行高速路行駛、駐坡試驗(yàn)、碎石路行駛、鹽水路行駛、水泥路行駛、鹽霧噴射、溫濕環(huán)境艙停放等工況內(nèi)容的汽車道路綜合試驗(yàn)，是目前考核汽車防腐性能的最快速、最有效的手段。該試驗(yàn)主要模擬北方地區(qū)下雪撒鹽路面、沿海地區(qū)高鹽分空氣、南方地區(qū)濕熱天氣、沙石路面等氣候環(huán)境及行駛道路對(duì)汽車腐蝕的影響。通常，整車腐蝕試驗(yàn)每個(gè)循環(huán)為24小時(shí)，每10個(gè)腐蝕循環(huán)相當(dāng)于客戶使用1年的腐蝕量。

目前，汽車整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)沒有國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，國外各大汽車企業(yè)如大眾、通用、豐田等制定了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且各企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間有所不同。國內(nèi)各主機(jī)廠主要參照QC/T 732-2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》，或依據(jù)通用、大眾等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整車試驗(yàn)。

汽車整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)?zāi)苡行У哪M真實(shí)大氣環(huán)境中的太陽輻射、沙塵暴、溫度濕度、腐蝕介質(zhì)變化等因素，能夠很好的反映整車及零部件的防銹性能，通過試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證可以有針對(duì)性的解決汽車產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂膠及噴蠟、表面處理工藝、材料選用等方面的不足，從而不斷提升汽車產(chǎn)品的品質(zhì)。

相比于國外60年代就開始汽車防腐研究，國內(nèi)整車腐蝕試驗(yàn)的開展較國外要晚許多。海南汽車試驗(yàn)場作為國內(nèi)最早開展整車防腐檢測的機(jī)構(gòu)，從事整車道路腐蝕試驗(yàn)有十幾年，積累了一些的經(jīng)驗(yàn)，2005年?duì)款^制定了目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 732-2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》。目前已經(jīng)完成的腐蝕試驗(yàn)涵蓋了自主、合資企業(yè)上百臺(tái)車型。在持續(xù)的試驗(yàn)過程中，伴隨著數(shù)據(jù)的積累和認(rèn)識(shí)的深入，該試驗(yàn)方法也暴露出來一定的問題。一是不少企業(yè)技術(shù)代表反饋試驗(yàn)條件過于苛刻，不能較好地反映汽車在實(shí)際道路行駛過程中出現(xiàn)的腐蝕情況，部分零部件銹蝕嚴(yán)重但實(shí)際道路行駛過程中未出現(xiàn)相關(guān)問題。二是試驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)顯得冗雜而不易操作，連續(xù)地進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)存在一定操作難度。

圖1 QC/T 732 乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)循環(huán)示意圖

目前的試驗(yàn)規(guī)范下車輛外觀銹蝕強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出較好的符合趨勢，但內(nèi)部一些功能性和結(jié)構(gòu)性部件的強(qiáng)化腐蝕結(jié)果與實(shí)際腐蝕老化情況無可靠的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是由強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的性質(zhì)所決定，強(qiáng)化時(shí)間越短，增值因子越差，與實(shí)際情況的擬合度越差，某些功能性零部件需要在模擬汽車實(shí)際工況下做上萬次的運(yùn)動(dòng)以及長時(shí)間的暴露才能達(dá)到部件在實(shí)際情況下的銹蝕磨損強(qiáng)度，致使試驗(yàn)結(jié)果的可靠性下降。

3 汽車零部件及材料腐蝕試驗(yàn)

3.1 鹽霧試驗(yàn)

鹽霧試驗(yàn)主要用于汽車系統(tǒng)總成件及零部件防腐性能的評(píng)價(jià)，是一種主要利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。主要有中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）、醋酸鹽霧試驗(yàn)（AASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS）等，其中應(yīng)用最廣的是中性鹽霧試驗(yàn)。GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》規(guī)定了試驗(yàn)方法。

3.1.1 中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）

1914年，J.A.Capp在美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)第十七屆年會(huì)上提出了中性鹽霧試驗(yàn)，至今已超百年。中性鹽霧試驗(yàn)是目前出現(xiàn)最早、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一種加速腐蝕試驗(yàn)方法。大部分自主企業(yè)具備該項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)芰?。其噴霧液的要求：采用蒸餾水或去離子水溶解氯化鈉，配置成50g/L±5g/L的溶液，在25℃±2℃調(diào)整PH值在6.5-7.2之間，溶液密度在1.029-1.036之間。中性鹽霧試驗(yàn)適用于：金屬及其合金、金屬覆蓋層、轉(zhuǎn)化膜、氧化膜以及金屬基體上的有機(jī)涂層。該方法是在恒定的溫濕度環(huán)境中進(jìn)行，也可以適用于油漆涂層，但不能較為真實(shí)地反映溫度、濕度、鹽霧交替等實(shí)際使用環(huán)境對(duì)油漆的侵蝕。

中性鹽霧試驗(yàn)是汽車企業(yè)進(jìn)行汽車防腐設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟。在整車設(shè)計(jì)開發(fā)階段整車防腐目標(biāo)拆解到各個(gè)子系統(tǒng)后，需要做到整車防腐目標(biāo)和零部件防腐目標(biāo)的統(tǒng)一，根據(jù)以往的防腐經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，規(guī)定車身各個(gè)區(qū)域和零部件采用相應(yīng)的表面處理工藝和電泳噴涂手段，制定技術(shù)協(xié)議和技術(shù)規(guī)范；針對(duì)車上零部件在汽車工況下的特性，篩選表面鍍層種類，例如零部件表面鍍鋅會(huì)帶來表面腐蝕速率過快的問題，鋅鎳合金零部件的耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋅鍍層，將工藝穩(wěn)定性和成本因素加入綜合考慮范疇，選擇合適工藝。按照零部件防腐要求，例如96h無白銹，180h無紅銹，采用傳統(tǒng)的中性鹽霧試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。零部件中性鹽霧試驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行整車道路強(qiáng)化試驗(yàn)，仍有可能出現(xiàn)零部件銹蝕問題，這時(shí)需要根據(jù)試驗(yàn)反映的問題對(duì)工藝進(jìn)行整改，調(diào)整工藝參數(shù)后同時(shí)調(diào)整零部件防銹試驗(yàn)要求，零部件再次達(dá)標(biāo)后，再查看整車腐蝕狀態(tài)下是否達(dá)標(biāo)。同時(shí)接收售后的消費(fèi)者反饋，對(duì)出現(xiàn)銹蝕的部位進(jìn)行原因分析，考慮提升該部件防腐要求，優(yōu)化工藝的同時(shí)提高零部件中性鹽霧試驗(yàn)要求。

國內(nèi)以長城、長安、吉利為代表，屬于較早開展這方面試驗(yàn)的自主企業(yè)，已經(jīng)有一些中性鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，再結(jié)合整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合消費(fèi)者的銹蝕問題反饋，逐步對(duì)企業(yè)零部件防銹標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)和完善，希望摸索出一套與實(shí)際道路腐蝕狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的零部件總成、零部件和材料的防銹試驗(yàn)要求，從源頭對(duì)銹蝕問題進(jìn)行嚴(yán)格管控，而具體的試驗(yàn)手段主要是中性鹽霧試驗(yàn)，一旦達(dá)到零部件防銹要求的試驗(yàn)循環(huán)，該零部件一定能滿足實(shí)際道路的防腐要求。

3.1.2 醋酸鹽霧試驗(yàn)（AASS）

醋酸鹽霧試驗(yàn)是在中性鹽霧試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入冰乙酸，使溶液的 pH值降為3.0-3.1左右。它的腐蝕程度是中性鹽霧的3倍。醋酸鹽霧試驗(yàn)是適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.1.3 銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS）

銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)，也是一種快速鹽霧腐蝕試驗(yàn)，噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入氯化銅（CuCl2﹒2H2O），濃度為0.26g/L，PH值為3.0-3.1。它的腐蝕程度是中性鹽霧的8倍。銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.2 循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)（CCT）

循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)可以理解為鹽霧試驗(yàn)、干熱試驗(yàn)和濕熱試驗(yàn)等試驗(yàn)方法的循環(huán)組合試驗(yàn)，是近年來應(yīng)用逐漸廣泛的一種試驗(yàn)方法，較之傳統(tǒng)鹽霧試驗(yàn)，其與真實(shí)環(huán)境有著更好的相關(guān)性。國外各大主機(jī)廠具有自己的標(biāo)準(zhǔn)，如大眾汽車標(biāo)準(zhǔn) PV 1210《車身及附件腐蝕試驗(yàn)》、通用汽車標(biāo)準(zhǔn)GMW14872《循環(huán)腐蝕試驗(yàn)》、SAE標(biāo)準(zhǔn)SAE J2334《實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕測試》、日本汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JASO M610《汽車零部件外涂層腐蝕試驗(yàn)方法》等，國內(nèi)，GB/T 24195-2009《金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)》和 GB/T 20854-2007《金屬和合金的腐蝕循環(huán)暴露在鹽霧、“干”和“濕”條件下的加速試驗(yàn)》規(guī)定循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)方法。

GB/T 24195-2009包括方法A和方法B兩種方法。方法A是采用 5%的酸性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，每個(gè)循環(huán)周期為8小時(shí)，循環(huán)周期為鹽霧（35℃）2小時(shí)→干燥（60℃、＜30%RH）4小時(shí)→濕熱（50℃、＞30%RH）2小時(shí)。方法A的試驗(yàn)周期一般為3-180個(gè)循環(huán)，適用于金屬及其合金；金屬陰極涂層；陽極氧化涂層和金屬材料上的有機(jī)涂層。方法B是采用6g/L酸性混合鹽溶液作為鹽霧腐蝕液，每個(gè)循環(huán)周期同樣是8小時(shí)，循環(huán)周期為鹽霧（35℃）1小時(shí)→干燥（60℃、＜30%RH）4小時(shí)→濕熱（40℃、85%RH）3小時(shí)。方法B的試驗(yàn)周期一般進(jìn)行12-192個(gè)循環(huán)，適用于鋼板上的陽極涂層和鋼板上帶有轉(zhuǎn)換涂層的陽極涂層。這兩種方法的特點(diǎn)是采用酸性溶液作為鹽霧腐蝕液，PH值控制在3.5±0.1的范圍。

GB/T 20854-2007采用中性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，PH值控制在6.5～7.2的范圍。循環(huán)周期為鹽霧（35℃）2小時(shí)→干燥（60℃、＜30%RH）4小時(shí)→濕熱（50℃、＞30%RH）2小時(shí)；推薦的試驗(yàn)周期一般為30～180個(gè)循環(huán)周期。適用于金屬及其合金；陽性和陰性金屬覆蓋層；轉(zhuǎn)化覆蓋層；陽極氧化物覆蓋層；金屬材料上的有機(jī)覆蓋層。

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)可以彌補(bǔ)中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)油漆涂層腐蝕速率擬合度較差的問題，干濕度變化和鹽霧的交變條件下，對(duì)油漆涂層的腐蝕速率明顯加快。該方法可以很好地模擬油漆涂層在自然環(huán)境下的腐蝕狀態(tài)，在一些零部件腐蝕試驗(yàn)開展較為深入的企業(yè)，已經(jīng)成功將循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)應(yīng)用于油漆涂層的腐蝕檢測。但在應(yīng)用于其他涂鍍層，如金屬鍍層、鍍鉻部件等時(shí)，目前中性鹽霧試驗(yàn)仍是主流試驗(yàn)方法。原則上循環(huán)腐蝕試驗(yàn)更貼近實(shí)際腐蝕環(huán)境，真實(shí)道路環(huán)境是腐蝕環(huán)境和干燥環(huán)境的交變作用過程，并非持續(xù)的高強(qiáng)度鹽霧環(huán)境，且循環(huán)加速試驗(yàn)可以適當(dāng)模擬砂礫沖擊、自然干燥或其他外部環(huán)境條件，甚至模擬底盤的工作狀態(tài)，該方法理應(yīng)得到更大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。但目前該方法只可應(yīng)用于油漆涂層，根本原因在于與傳統(tǒng)中性鹽霧相比，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)速率較慢，與實(shí)際腐蝕狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如中性鹽霧試驗(yàn)，這也制約了循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的進(jìn)一步推廣。

4 結(jié)論

本文概述了汽車整車、零部件和材料的主要的腐蝕試驗(yàn)，并分析其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，整車戶外自然暴露試驗(yàn)、整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)和室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之間在細(xì)節(jié)上并沒有可靠的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這也客觀導(dǎo)致了室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)時(shí)零部件/材料滿足腐蝕控制要求，然而在進(jìn)行整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，零部件/材料不滿足腐蝕控制要求。急需進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善與對(duì)接，使整車、零部件、材料腐蝕試驗(yàn)互相之間具有參考意義，推動(dòng)我國汽車腐蝕防護(hù)事業(yè)的發(fā)展。

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[24] GB/T 31973-2015汽車非金屬材料及部件自然曝露試驗(yàn)方法[S].

[25] GB/T 32088-2015汽車非金屬材料部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法[S].

[26] GB/T 31881-2015汽車非金屬材料部件及材料紫外加速老化試驗(yàn)方法[S].