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鹽霧腐蝕試驗箱 | 汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗方法研究

發布於:2021-07-07

大氣腐蝕&促進腐蝕的環境因素

腐蝕的定義

歐洲卷材塗料協會(hui) 給出腐蝕的定義(yi) :使物質達到其自然的,最低能量狀態的力量。腐蝕是一個(ge) 電化學過程,它使提煉的金屬恢複到其自然的氧化狀態。

大氣腐蝕

在ISO 9223標準中對大氣腐蝕作出了定義(yi) :大氣腐蝕是在金屬表麵形成一層水膜的過程。水膜可能很薄以至於(yu) 肉眼很難看清。

影響腐蝕的環境因素

水(相對濕度,與(yu) 水物質的影響),氧(氧化反應),離子

影響腐蝕的關鍵離子種類及其來源

離子環境中的來源
Chlorides (Cl-) 氯離子海水
Sulfates (SO42-)硫酸根離子化石燃料,海水
Ammonium (NH4+) 銨離子牲畜,肥料
Nitrogen Oxides (NOx) 氮氧化合物高溫燃燒產物
O3臭氧氮氧化物和有機揮發物在陽光下的反應物

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。

海水離子的組成

假設在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%,然後是硫酸鹽占比7.7%,還含有鈣,鉀等一些離子。

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗方法研究背景和目標

● 汽車輕量化的快速發展

● 鋁合金塗層耐腐蝕性能檢測方法行業(ye) 內(nei) 沒有明確要求,為(wei) 汽車腐蝕風險帶來巨大隱患

● 開展實驗室循環腐蝕與(yu) 戶外腐蝕對比試驗,實現:

-適用於(yu) 鋁合金塗層耐腐蝕性能的驗證

-適用於(yu) 開發應用於(yu) 鋁合金基材的塗料及前處理材料性能驗證

-適用於(yu) 鋁合金塗層防腐性能的質量控製

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗樣板

樣板:53種,1200多片

樣板的差異包括:

●底材:內(nei) 板5000係列,外板6000係列,型材

●前處理:矽烷,磷化,鋯化

●電泳:3種

●麵漆:2種

如下圖是汽車塗層體(ti) 係,可以看到包括了前處理,電泳,中塗,色漆,清漆等塗層。

汽車塗層體(ti) 係

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗設計

在53種試驗樣板中,選取其中一種進行試驗,如N0.46,樣板寬為(wei) 100mm,長為(wei) 200mm。底材是鋁板,進行磷化前處理,電泳塗層厚度是18um,麵漆是白色的,其中中塗塗層厚度為(wei) 30um,色漆塗層厚度為(wei) 15um,清漆塗層厚度為(wei) 35um。在試驗前對樣板進行劃痕(劃痕應透過塗層達到金屬底材)。

樣板製備(劃痕)

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗設計----腐蝕試驗

腐蝕試驗方法介紹

試驗方法
CASS
(銅加速乙酸鹽霧)
AASS
(乙酸鹽霧)
Filiform方法
(絲狀腐蝕)
CATCH 方法*壓力鍋測試鹽水加速
道路強化
腐蝕試驗
參照標準
GB/T 10125
/ISO 9227
GB/T 10125
/ISO 9227
SAE J2635T/CSAE 71
GB/T 5237.4
GB/T 9286
ASTM D6675QC/T 732
溶液,
pH值
和沉降量
氯化鈉50g/L和氯化銅0.26g/L
pH= 3.1~3.3/冰乙酸
在80cm21~2mL/h
氯化鈉50g/L
pH= 3.1~3.3/冰乙酸
在80cm21~2mL/h
同CASS
1%氯化鈉
pH = 4.0/硫酸
在80cm2(16min/day)>39~79mL/h
GB/T 6682 三級水
溶液:5%氯化鈉
PH值:中性
每周兩次
溶液:5%氯化鈉
中性
溫濕度等指標50℃35℃
6 hours CASS
+
60℃, 85%RH,
風速 6-24 m/min
25℃, 45%;
50℃, 90%;
50℃, 70%;
35℃, 20%
試驗壓力:
100kpa ± 10Kpa
--
試驗總時間240h1980h6 h CASS+ 672 h2980 h1h12個月120天

其中CASS,AASS,Filiform,CATCH方法是實驗室腐蝕試驗方法。壓力鍋測試是在腐蝕測試之前進行的,測試塗層的附著力,如果塗層附著力不好,腐蝕很快就達到了底材,此時沒必要進行下一步的腐蝕試驗。

鹽水加速和道路強化腐蝕試驗是2種戶外腐蝕試驗方法。

CATCH腐蝕試驗方法

CATCH腐蝕試驗方法是Q-LAB開發的,是一種相對濕度控製的實驗室加速腐蝕測試方法,采用的是鹽霧噴淋方法,具體(ti) 試驗方法如下:

試驗步驟循環箱體內溫度 (℃)相對濕度 (%)每步驟時間 (hh:mm)步驟間 轉換轉換時間 (hh:mm)
第1步噴淋25 0:04  
第2步相對濕度25451:56線性1:26
第3步重複第1步至第2步4次     
第4步相對濕度50902:00線性1:00
第5步相對濕度50702:00線性1:00
第6步重複第4步至第5步3次     
第7步相對濕度50902:00線性1:00
第8步相對濕度35202:00線性1:30

注:鹽溶液為(wei) 1 %氯化鈉溶液,用0.5 mol/L的硫酸調整溶液的pH值為(wei) 4.0,在第1步到第3步中的16分鍾噴淋時間內(nei) ,平均鹽霧沉降率在80 cm2的水平麵積為(wei) 39 mL~79 mL。

使用Q-FOG循環腐蝕鹽霧箱CRH進行CATCH腐蝕試驗

Q-FOG CRH型鹽霧箱適用於(yu) 腐蝕研究和帶有相對濕度控製的汽車循環腐蝕試驗,符合絕大多數汽車腐蝕測試標準。

Q-FOG CRH鹽霧腐蝕試驗箱

Q-FOG循環腐蝕鹽霧箱CRH具有噴淋功能,大容量噴淋比傳(chuan) 統噴霧能更快使試樣濕潤,可控製噴淋量以調節腐蝕速率。

Q-FOG CRH鹽霧箱噴淋功能

噴嘴沿扇形弧線安裝,以提供均勻的噴淋覆蓋。

CRH鹽霧腐蝕試驗箱均勻噴淋

結果

在對樣板進行CATCH腐蝕試驗2980h小時後,試驗樣板在劃痕處出現了塗層樣板在劃痕處出現了絲(si) 狀腐蝕,形成了一些網狀腐蝕情況。

塗層樣板實驗室加速腐蝕(CATCH 2980h)

戶外腐蝕試驗---鹽水加速戶外腐蝕試驗

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

鹽水加速戶外腐蝕試驗

戶外腐蝕試驗---道路強化腐蝕試驗

把樣板貼在車身上進行120天的道路強化腐蝕試驗。如圖司塗層樣板道路強化腐蝕試驗結果,如圖可以看到劃痕處發生腐蝕。

道路強化腐蝕試驗

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗第一輪樣板測試結果

鋁合金板材複合塗層典型腐蝕形貌

腐蝕形貌描述腐蝕長度及腐蝕寬度
A單根絲狀腐蝕腐蝕寬度較小
B多根絲狀腐蝕,形成網狀,從劃線處向外擴散測量平均腐蝕長度和腐蝕寬度
C從劃線處長出單個或多個泡狀腐蝕腐蝕長度和腐蝕寬度相當
D其它形式的腐蝕,可能是以上三種形式腐蝕的組合 
注:腐蝕長度,垂直劃線方向;腐蝕寬度,平行劃線方向

鋁合金板材複合塗層典型腐蝕形貌

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗測試過程

● 部分樣板在海南進行了道路強化腐蝕試驗

– 120個(ge) 周期

– 與(yu) 實驗室加速腐蝕試驗方法進行比較

●部分樣板在海南進行了鹽水加速戶外腐蝕試驗,及壓力鍋測試

– 鹽水加速試驗12個(ge) 月

– 壓力鍋測試1 h

– 與(yu) 實驗室加速腐蝕試驗方法進行比較

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗樣板測試結果

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗樣板測試結果

從(cong) 上表中可以看出,壓力鍋測試和鹽水加速腐蝕的相關(guan) 性很好。

汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗相關性比較

相關(guan) 性介紹

● 戶外測試和實驗室加速測試,把樣品從(cong) 好到差進行排序

●使用Spearman相關(guan) 係數計算實驗室和戶外曝曬之間的相關(guan) 性rs=1-6∑di2 /[n(n2-1)]

●相關(guan) 係數最大為(wei) 1,相關(guan) 係數為(wei) 0表示兩(liang) 者不相關(guan)

過程

第一步:對於(yu) 鹽水加速腐蝕試驗的樣板按照腐蝕程度進行排序

第二步:對於(yu) CATCH腐蝕試驗的樣板按照腐蝕程度進行排序

第三步:計算鹽水加速試驗排序和CATCH排序的差didi2

第四步:根據相關(guan) 性係數公式進行計算,得出兩(liang) 種方法的相關(guan) 係數0.98,說明這2種方法有非常高的相關(guan) 性

相關(guan) 性計算

相關(guan) 性分析

相關係數AASSCASSFiliformCATCH
道路強化腐蝕0.540.670.740.95
鹽水加速腐蝕0.900.940.430.95

通過計算得出道路強化腐蝕和鹽水加速腐蝕與(yu) 其他實驗室加速腐蝕試驗方法的相關(guan) 係數,可以看出道路強化腐蝕試驗和CATCH腐蝕試驗有很好的相關(guan) 性,鹽水加速腐蝕試驗和CATCH腐蝕試驗有很好的相關(guan) 性。

不同腐蝕試驗腐蝕形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕 VS CASS腐蝕試驗形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕vs. CASS腐蝕形貌對比

對比樣板41,46,44的腐蝕形貌,可以看出,進行了240個(ge) 小時的CASS腐蝕試驗後,樣板腐蝕形貌都是泡狀腐蝕。進行戶外12個(ge) 月鹽水加速腐蝕試驗後,樣板41和46形成了B型的多根絲(si) 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腐蝕試驗形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕 VS AASS腐蝕試驗形貌對比

進行1980小時的AASS腐蝕試驗,樣板都出現了泡狀腐蝕,進行12個(ge) 月鹽水加速腐蝕試驗後,樣板41和46形成了B型多根絲(si) 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腐蝕試驗形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕形貌和Filiform腐蝕試驗形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕試驗和Filiform腐蝕試驗形貌相似

鹽水加速戶外腐蝕形貌和CATCH腐蝕試驗形貌對比

鹽水加速戶外腐蝕形貌和CATCH腐蝕試驗形貌對比

CATCH腐蝕試驗和鹽水加速戶外腐蝕的形貌相似。

結論

●從(cong) CATCH和鹽水加速戶外腐蝕試驗,道路強化腐蝕試驗來看,鋁塗層的腐蝕總體(ti) 比鋼的腐蝕好很多。

●塗裝鋁板的腐蝕特性和電泳,表麵處理,板材種類關(guan) 係密切,和麵漆種類關(guan) 係不大。

●車身塗層鋁板,腐蝕試驗停止後,需要盡快評估。

●鋁的腐蝕和鋼的腐蝕形貌,相差比較大。評估方式,采用腐蝕麵積法。

●壓力鍋附著力試驗,建議使用,可以縮短研發周期

分析結果

●不同腐蝕方法的典型腐蝕形貌有差異

●CATCH 方法和試驗設計相符

●CATCH 方法和鹽水加速腐蝕形貌相當,相關(guan) 性較好

●CATCH 方法和道路強化腐蝕試驗相關(guan) 性也很好

第二輪比對試驗

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

– CATCH 2980h (~ 4個(ge) 月)

– 鹽水加速12個(ge) 月

– 道路強化腐蝕240天 (8個(ge) 月) – 注:推測數據

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

過程

第一輪CATCH腐蝕試驗中,ph值為(wei) 4.0,在第二輪CATCH腐蝕試驗中,降低ph為(wei) 3.0,計算腐蝕麵積。

CATCH腐蝕試驗降低ph值<

結果

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

– 腐蝕麵積相當

– 相關(guan) 係數為(wei) 0.87 (表明相關(guan) 性很好)

●降低鹽溶液的pH值,可提高CATCH測試方法的腐蝕速率

總結論

●CATCH測試方法與(yu) 鹽水加速戶外腐蝕試驗的樣板的腐蝕麵貌類似,兩(liang) 者的相關(guan) 性也很好

●CATCH測試方法與(yu) 道路強化腐蝕試驗的相關(guan) 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(xie) 入最終的SAE標準文本中

此次對汽車車身鋁合金板材複合塗層加速腐蝕試驗方法的研究,CATCH腐蝕試驗方法可以很好的模擬戶外腐蝕情況,Q-FOG CRH鹽霧腐蝕試驗箱可以很好的支持CATCH腐蝕測試,對汽車鋁合金板材複合塗層加速腐蝕研究發揮重要作用。188博金宝下载官网是美國Q-LAB中國指定代理商,40年專(zhuan) 業(ye) 道理美國Q-LAB係列產(chan) 品如紫外老化箱氙燈老化箱,循環腐蝕鹽霧箱Q-FOG等,歡迎致電【13202947058】谘詢。