劉敬凱

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

引言

隨著我國汽車保有量的日益增加，汽車噪聲污染越來越嚴重，發(fā)動機排氣噪聲是整車最主要的噪聲源，消聲器作為控制排氣噪聲的有效部件，其作用尤為重要。消聲器銹蝕是主要的失效形式，影響使用壽命及對噪聲的控制。作者結(jié)合實際情況，針對某款車型消聲器銹蝕問題，從失效機理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選擇、工藝過程等方面進行分析、研究與驗證。

1 問題描述

對某車型消聲器近一年售后返回件進行統(tǒng)計分析，共發(fā)生失效28例，其中銹蝕26例，占比92.86%。經(jīng)進一步觀察發(fā)現(xiàn)，銹蝕件均為局部銹蝕且有坑洞，如圖1所示。對消聲器進行拆解，內(nèi)部金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，局部有腐蝕坑，或者穿孔，銹蝕均發(fā)生在消聲器殼體內(nèi)部，并向外擴展，通過對失效件分析，確定腐蝕類型為點蝕。

2 銹蝕穿孔機理分析

排氣系統(tǒng)主要由催化轉(zhuǎn)化器、中間連接管、消聲器及尾管組成。汽車在行駛過程中，尤其是反復起/停時，尾氣經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器進入消聲器，尾氣會因溫度降低而出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，形成冷凝水，聚積在消聲器底部。冷凝水含有SO42-、CO32-、CL-、NO3-、SO32-、CH3COO-、HC00-等離子，具有較強的腐蝕性。消聲器殼體材料為 SUH409L不銹鋼，其表面不可避免的存在缺陷，使鈍化膜在這些地方較為脆弱，冷凝水中的Cl—能優(yōu)先地吸附在該點鈍化膜上，從而使表面鈍化膜發(fā)生破壞，形成小蝕孔?？變?nèi)基體金屬顯露出來呈活化狀態(tài)，電位較負（陽極），周圍呈鈍態(tài)，電位較正（陰極），形成電偶腐蝕電池。陽極面積小，電流密度很大，溶解速度進一步加快，加上受重力的作用，蝕孔不斷加速向深處發(fā)展，最終形成穿孔。

圖1 消聲器殼體銹蝕照片

圖2 消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

孔內(nèi)主要發(fā)生陽極溶解反應(yīng)：Fe→Fe2++2e Cr→Cr3++ 3e[1]

3 消聲器結(jié)構(gòu)分析

對消聲器結(jié)構(gòu)進行分析，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)出氣管進氣端口（A）距消聲器殼體底部 L=20mm。經(jīng)排水試驗測試，存水量為6.32%，要求為小于4%。消聲器存水量不達標，使用過程中，聚積在底部的冷凝水過多，容易對殼體造成腐蝕。

為使消聲器中冷凝水排出，對內(nèi)出氣管結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，進氣端口（A）距消聲器殼體底部縮短為6mm，車輛行駛過程中，進氣口處（A）壓力高于出氣口處(B)壓力，利用流體力學的空吸作用將消聲器內(nèi)聚積的冷凝水排出。對結(jié)構(gòu)改進后的消聲器進行排水試驗測試，存水量2.15%，滿足要求。

4 消聲器材料分析

消聲器殼體為不銹鋼材料，不銹鋼的耐腐蝕原理為，在其表面鉻與氧結(jié)合生成Cr2O3鈍化膜，厚度1—6nm，鈍化膜使金屬與外界的介質(zhì)隔離，阻止金屬被進一步腐蝕，起到保護作用，有效的提升材料的耐腐蝕能力。

售后件的失效形式主要為冷凝水導致的點蝕，為驗證不同材料耐冷凝水的腐蝕能力，選取排氣系統(tǒng)冷端常用的SUH409L、409、SUS436L三種材料，通過試驗室模擬汽車尾氣冷凝水成分配制的腐蝕溶液進行冷凝水腐蝕試驗。經(jīng)20周期試驗后，SUH409L、439、SUS436L表面形貌如圖3所示，點蝕深度分別為：0.513mm、0.451mm、0.387mm。SUS436L材料中含有Mo元素，材料表層鈍化膜的穩(wěn)定性、致密性更高。研究結(jié)果表明，加入適量的 Mo，可提高不銹鋼在還原性介質(zhì)中的耐腐蝕能力，抗點蝕、抗縫隙腐蝕等性能，在這方面Mo的作用相當于Cr的3倍[2]。售后件消聲器殼體材質(zhì)為SUH409L，耐點蝕能力較差，將材料更換為SUS436L可提高其抗點蝕性能。

圖3 冷凝水腐蝕試驗后材料表面形貌

5 消聲器生產(chǎn)工藝分析

對消聲器生產(chǎn)工藝進行分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)組件壓入消聲器殼體過程中，易劃傷殼體內(nèi)表面,傷及鈍化膜，影響材料耐腐蝕性。為此，內(nèi)組件壓入消聲器殼體前，在殼體入口處涂拉伸油，減小隔板與殼體摩擦，防止隔板劃傷殼體。

對內(nèi)組件壓裝前涂拉伸油與不涂拉伸油殼體樣件進行鹽霧試驗對比，試驗方法參考 GB/T10125-2012標準，試驗時間200小時。試驗結(jié)果顯示：不涂拉伸油的殼體表面發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，涂拉伸油的殼體表面未發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

6 結(jié)論

通過失效機理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選擇、工藝控制等方面分析、研究與驗證發(fā)現(xiàn)，消聲器設(shè)計排水結(jié)構(gòu)，選擇耐腐蝕性能更強的材料，并對原材料中非金屬夾雜物及工藝過程進行控制，可有效改善消聲器殼體銹蝕問題。優(yōu)化后的消聲器投入市場以來，目前無銹蝕穿孔問題發(fā)生，問題得到解決。