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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，最低能量狀態(tài)的力量。腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(lái)源
| 離子 | 環(huán)境中的來(lái)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(chǎn)物 |
| O3臭氧 | 氮氧化物和有機(jī)揮發(fā)物在陽(yáng)光下的反應(yīng)物 |
海水中廣泛存在氯離子，鈉離子，硫酸鹽和鎂離子。
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(cè)方法行業(yè)內(nèi)沒(méi)有明確要求，為汽車腐蝕風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)巨大隱患
● 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕與戶外腐蝕對(duì)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(kāi)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(zhǎng)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(duì)樣板進(jìn)行劃痕（劃痕應(yīng)透過(guò)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
| 試驗(yàn)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(cè)試 | 鹽水加速 |
道路強(qiáng)化 腐蝕試驗(yàn) |
| 參照標(biāo)準(zhǔn) |
GB/T 10125 /ISO 9227 |
GB/T 10125 /ISO 9227 |
SAE J2635 | T/CSAE 71 |
GB/T 5237.4 GB/T 9286 |
ASTM D6675 | QC/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(jí)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(biāo) | 50℃ | 35℃ |
6 hours CASS + 60℃, 85%RH, 風(fēng)速 6-24 m/min |
25℃, 45%; 50℃, 90%; 50℃, 70%; 35℃, 20% |
試驗(yàn)壓力： 100kpa ± 10Kpa |
- | - |
| 試驗(yàn)總時(shí)間 | 240h | 1980h | 6 h CASS+ 672 h | 2980 h | 1h | 12個(gè)月 | 120天 |
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(cè)試是在腐蝕測(cè)試之前進(jìn)行的，測(cè)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(méi)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(kāi)發(fā)的，是一種相對(duì)濕度控制的實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕測(cè)試方法，采用的是鹽霧噴淋方法，具體試驗(yàn)方法如下：
| 試驗(yàn)步驟 | 循環(huán) | 箱體內(nèi)溫度 (℃) | 相對(duì)濕度 (%) | 每步驟時(shí)間 (hh:mm) | 步驟間 轉(zhuǎn)換 | 轉(zhuǎn)換時(shí)間 (hh:mm) |
| 第1步 | 噴淋 | 25 | ? | 0:04 | ? | ? |
| 第2步 | 相對(duì)濕度 | 25 | 45 | 1:56 | 線性 | 1:26 |
| 第3步 | 重復(fù)第1步至第2步4次 | ? | ? | ? | ? | ? |
| 第4步 | 相對(duì)濕度 | 50 | 90 | 2:00 | 線性 | 1:00 |
| 第5步 | 相對(duì)濕度 | 50 | 70 | 2:00 | 線性 | 1:00 |
| 第6步 | 重復(fù)第4步至第5步3次 | ? | ? | ? | ? | ? |
| 第7步 | 相對(duì)濕度 | 50 | 90 | 2:00 | 線性 | 1:00 |
| 第8步 | 相對(duì)濕度 | 35 | 20 | 2:00 | 線性 | 1:30 |
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(duì)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(cè)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(rùn)，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(duì)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(cè)試結(jié)果
鋁合金板材復(fù)合涂層典型腐蝕形貌
| 腐蝕形貌 | 描述 | 腐蝕長(zhǎng)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(wǎng)狀，從劃線處向外擴(kuò)散 | 測(cè)量平均腐蝕長(zhǎng)度和腐蝕寬度 |
| C | 從劃線處長(zhǎng)出單個(gè)或多個(gè)泡狀腐蝕 | 腐蝕長(zhǎng)度和腐蝕寬度相當(dāng) |
| 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(zhǎng)度，垂直劃線方向；腐蝕寬度，平行劃線方向
汽車車身鋁合金板材復(fù)合涂層加速腐蝕試驗(yàn)測(cè)試過(guò)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(cè)試
– 鹽水加速試驗(yàn)12個(gè)月
– 壓力鍋測(cè)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(cè)試結(jié)果
從上表中可以看出，壓力鍋測(cè)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(cè)試和實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)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rs=1-6∑di2 /［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(guò)程
第一步：對(duì)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(duì)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di，di2
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(shuō)明這2種方法有非常高的相關(guān)性
相關(guān)性分析
| 相關(guān)系數(shù) | AASS | CASS | Filiform | CATCH |
| 道路強(qiáng)化腐蝕 | 0.54 | 0.67 | 0.74 | 0.95 |
| 鹽水加速腐蝕 | 0.90 | 0.94 | 0.43 | 0.95 |
通過(guò)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(duì)比
鹽水加速戶外腐蝕 VS CASS腐蝕試驗(yàn)形貌對(duì)比
對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(lái)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(duì)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(guò)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(cè)數(shù)據(jù)
●第二輪比對(duì)試驗(yàn)通過(guò)降低CATCH方法鹽溶液的pH值， 看是否會(huì)提高腐蝕速率
過(guò)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(cè)試方法，pH值3.0測(cè)試600h與pH值4.0測(cè)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(cè)試方法的腐蝕速率
總結(jié)論
●CATCH測(cè)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(cè)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(cè)試方法的腐蝕速率
●推薦CATCH測(cè)試方法 （pH = 3.0）寫(xiě)入最終的SAE標(biāo)準(zhǔn)文本中
此次對(duì)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(cè)試，對(duì)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。翁開(kāi)爾是美國(guó)Q-LAB中國(guó)指定代理商，40年專業(yè)道理美國(guó)Q-LAB系列產(chǎn)品如紫外老化箱QUV，氙燈老化箱Q-SUN，循環(huán)腐蝕鹽霧箱Q-FOG等。
責(zé)任編輯：tzh
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