摘 要：研究了熱軋鋼板（SPHC）在汽車動(dòng)態(tài)行駛、鹽霧噴灑及溫濕度環(huán)境倉(cāng)下的腐蝕速率，并用掃描電子顯微鏡分析了經(jīng)過(guò)5天、7天和20天試驗(yàn)的SPHC鋼銹層的微觀形貌。結(jié)果顯示，汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下，相對(duì)濕度交變運(yùn)行下的SPHC鋼的腐蝕速率要高于相對(duì)濕度單一運(yùn)行，而兩者的腐蝕速率均隨試驗(yàn)時(shí)間呈現(xiàn)出相似的非線性變化趨勢(shì)。在試驗(yàn)的第1到5天，腐蝕速率迅速增加，銹層表面和內(nèi)部出現(xiàn)了許多裂紋，這是腐蝕過(guò)程的初期加速階段；當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第7天時(shí)，腐蝕速率開始下降，此時(shí)銹層比較密實(shí)，增強(qiáng)了SPHC鋼的抗腐蝕性能；然而，當(dāng)試驗(yàn)持續(xù)至第20天時(shí)，腐蝕速率再次上升到一個(gè)較高水平，銹層開始剝落，基體也受到嚴(yán)重腐蝕，因此耐蝕性最差。

關(guān)鍵詞：熱軋鋼 汽車 加速 腐蝕行為

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，尤其在新能源汽車方面投入了大量的研發(fā)資源，而用戶對(duì)汽車外觀、耐用性以及使用壽命等方面的關(guān)注更加強(qiáng)烈。其中，汽車腐蝕問(wèn)題是影響汽車外觀和使用周期的主要因素之一[1-4]。隨著許多汽車品牌頻繁出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，這不僅給市場(chǎng)帶來(lái)了大量的經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)汽車的使用壽命產(chǎn)生了不利影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)交通事故[5-7]。為了縮短腐蝕研發(fā)周期，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也投入了大量研發(fā)成本[8-13]，通常會(huì)委托國(guó)內(nèi)整車腐蝕測(cè)試第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，以便按照相應(yīng)的乘用車強(qiáng)化腐蝕測(cè)試規(guī)范[14-18]，該試驗(yàn)一般在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行，每天通過(guò)鹽霧通道、灰塵路、碎石路、可靠性路段以及高溫高濕環(huán)境倉(cāng)存放等工況內(nèi)容模擬車輛在實(shí)際環(huán)境中性的耐腐蝕性能，該試驗(yàn)周期至少為60天，模擬車輛在實(shí)際使用3年、6年和10年后的腐蝕狀態(tài)。

目前，絕大多數(shù)汽車選用的是鋼鐵作為主要的構(gòu)成材料。然而，在受到溫度、濕度、光照等大氣環(huán)境因素的影響下，它們很容易遭受腐蝕。許多學(xué)者進(jìn)行了靜態(tài)大氣環(huán)境下的碳鋼暴露試驗(yàn)或室內(nèi)靜態(tài)環(huán)境下碳鋼零部件的加速腐蝕試驗(yàn)[19-22]。這些方法能夠真實(shí)地反映出鋼鐵產(chǎn)品在靜態(tài)條件下的耐腐蝕性能，但無(wú)法評(píng)估碳鋼在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的腐蝕狀況。值得注意的是，在國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有研究報(bào)道碳鋼在動(dòng)態(tài)環(huán)境下相對(duì)對(duì)其腐蝕狀態(tài)的影響[23-24]。

相比靜態(tài)加速試驗(yàn)，汽車動(dòng)態(tài)行駛過(guò)程中的影響因素更加復(fù)雜。碳鋼在復(fù)雜的服役環(huán)境下，尤其GRBslw447vCcEnbZDEk0rj9XJNLUGHb3vYqu7tmQ6W8=是在頻繁且快速的行駛中，對(duì)腐蝕的影響更為顯著。本研究選擇常用于汽車的熱軋鋼板（Steel Plate Heat Commercial，SPHC）作為研究對(duì)象，本研究旨在探究模擬汽車行駛環(huán)境中相對(duì)濕度對(duì)碳鋼材料的腐蝕速率、微觀形貌、腐蝕產(chǎn)物以及銹層形貌等行為。通過(guò)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，為改善車用碳鋼材料的耐蝕性提供依據(jù)，并為將來(lái)在不同地區(qū)車輛使用過(guò)程中標(biāo)定腐蝕標(biāo)準(zhǔn)塊時(shí)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 材料

所選實(shí)驗(yàn)材料為SPHC，該種鋼屬于低碳鋼，通常應(yīng)用于汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域。其化學(xué)成分見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)采用線切割方式對(duì)材料進(jìn)行加工，制備出50.8mm×25.4mm×3.18mm（長(zhǎng)×寬×厚）的試樣板。為便于固定，試樣板中心鉆有直徑為6.4mm的孔，如圖1所示。采用SiC粗砂紙去除表面氧化皮，接著使用細(xì)砂紙反復(fù)打磨，最后將打磨好的樣品分別進(jìn)行丙酮除油、酒精清洗和烘干，并存放于干燥箱中備用。使用精度為0.0001g的分析天平稱量干燥后樣品的初始質(zhì)量。

1.2 測(cè)試過(guò)程及參數(shù)選擇

根據(jù)QC/T 732—2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》[16]進(jìn)行了模擬汽車動(dòng)態(tài)行駛道路工況。試驗(yàn)方案如圖2a所示，首先在汽車底盤下方粘貼支架，然后將上述SPHC鋼放置在支架上，隨車進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)每24小時(shí)作為一個(gè)周期進(jìn)行，車輛在耐久性強(qiáng)化道路上行駛約4小時(shí)，行駛里程大約為140公里。之后將試驗(yàn)板材分為兩份分別放置在如圖2b所示的溫濕度環(huán)境倉(cāng)內(nèi)20小時(shí)。第一份SPHC鋼在溫度50℃和相對(duì)濕度95%RH的環(huán)境倉(cāng)中運(yùn)行20小時(shí)，此時(shí)的濕度是單一的；第二份SPHC鋼的環(huán)境倉(cāng)運(yùn)行程序是溫度全程都是50℃和，而相對(duì)濕度為60%RH-95%RH交變運(yùn)行，即先運(yùn)行4小時(shí)95%RH，然后運(yùn)行10小時(shí)60%RH，最后再運(yùn)行6小時(shí)80%RH。在試驗(yàn)過(guò)程中，共進(jìn)行了20天的觀察，分別在第3天、第5天、第7天、第10天和第20天收取了碳鋼板材。然后使用噴砂機(jī)除去了板材表面的銹層，并在酒精清洗后使用精度為0.000 1克的分析天平稱量了腐蝕后的質(zhì)量。我們將腐蝕前后的質(zhì)量差ΔM作為腐蝕失質(zhì)量的衡量指標(biāo)，計(jì)算出了腐蝕速率Wr：

式中，S為試樣的暴露面積；t為暴露時(shí)間；ρ為試樣密度。

1.3 腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物測(cè)試

針對(duì)腐蝕過(guò)的碳鋼樣品，運(yùn)用JSM-7001F型掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表面和亞表面的形貌及微觀區(qū)域成分分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 SPHC鋼的腐蝕速率

圖3為SPHC鋼在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率變化圖，可以看出，SPHC鋼在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下，交變相對(duì)濕度下的腐蝕速率高于單一相對(duì)濕度，兩者都隨著試驗(yàn)時(shí)間呈現(xiàn)非線性變化。

在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下無(wú)論是單一相對(duì)濕度還是交變相對(duì)濕度的條件下，SPHC鋼的腐蝕速率隨著時(shí)間變化的趨勢(shì)幾乎相同。經(jīng)過(guò)3至5天的試驗(yàn)，SPHC鋼的腐蝕速率不斷上升。這表明在試驗(yàn)初期，SPHC鋼表面發(fā)生了局部腐蝕，形成了薄薄的或不完全覆蓋的腐蝕產(chǎn)物。這些腐蝕產(chǎn)物進(jìn)一步增加了表面粗糙度，并為鹽水等腐蝕介質(zhì)的沉積提供了條件。因此，基體受到了破壞，加速了腐蝕過(guò)程。試驗(yàn)進(jìn)行到第5到7天時(shí)，腐蝕速率呈下降趨勢(shì)，暗示腐蝕產(chǎn)物在這段時(shí)間內(nèi)積聚，銹層厚度也逐漸增加，從而在一定程度上阻礙了腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步擴(kuò)散到基體內(nèi)部?？梢哉J(rèn)為，在某種程度上，銹層對(duì)基體起到了保護(hù)作用。最后，在試驗(yàn)進(jìn)行到20天時(shí)，SPHC鋼的腐蝕速率開始急劇上升。這主要是因?yàn)楦g產(chǎn)物不斷堆積導(dǎo)致表面銹層變得稀松，甚至可能發(fā)生剝落現(xiàn)象。這樣一來(lái)，鹽水等雜質(zhì)更容易進(jìn)入SPHC鋼表面，加上完全腐蝕后的粗糙碳鋼表面進(jìn)一步誘發(fā)了腐蝕現(xiàn)象。

2.2 銹層表面微觀形貌

圖4展示了SPHC鋼在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下的表面微觀形貌。從圖4（a）可以觀察到，在經(jīng)歷5天的強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)后，SPHC鋼試樣的表面幾乎完全被腐蝕，銹層表面呈現(xiàn)出非常粗糙的特征，并且局部出現(xiàn)了裂紋。這表明在1到5天的試驗(yàn)期間，底層持續(xù)腐蝕，導(dǎo)致試樣表面生成了一層連續(xù)的銹層。然而，這種腐蝕產(chǎn)物相對(duì)疏松，不能有效阻止鹽水、灰塵等腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步滲透到底層。同時(shí)，這些腐蝕介質(zhì)的沉積也得到了有利條件，進(jìn)一步加劇了材料的腐蝕。從圖4（b）可以觀察到，經(jīng)過(guò)7天試驗(yàn)后，SPHC鋼的銹層表面似乎變得更加平滑致密，局部區(qū)域出現(xiàn)了少量的裂紋。在試驗(yàn)的5至7天期間，腐蝕產(chǎn)物持續(xù)積聚，導(dǎo)致銹層逐漸增厚且變得更加致密。這種致密光滑的銹層在一定程度上減緩了鹽水、灰塵等腐蝕介質(zhì)向基體擴(kuò)散的速度，同時(shí)減少了腐蝕介質(zhì)的沉積和吸附量。因此，銹層對(duì)基體具有一定的保護(hù)作用。這一解釋說(shuō)明了在前文中，試驗(yàn)過(guò)程的第5至7天期間，SPHC鋼的腐蝕速率逐漸減緩。從（圖4c）可以看出，經(jīng)過(guò)20天的試驗(yàn)后，SPHC鋼的銹層表面出現(xiàn)更多裂紋，腐蝕產(chǎn)物似乎開始剝落。這說(shuō)明一旦銹層達(dá)到一定厚度，由于惡劣的腐蝕環(huán)境和車輛在各種復(fù)雜路況下運(yùn)行，銹層會(huì)變得松散且不致密，因此其對(duì)基體的保護(hù)作用減弱。這樣的銹層更容易積聚鹽水、灰塵等腐蝕介質(zhì)，從而導(dǎo)致腐蝕速率出現(xiàn)急劇上升。

2.3 銹層橫截面微觀形貌分析

圖5展示了在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下銹層橫截面微觀形貌。從圖中可以看到，上方出現(xiàn)的黑亮部分代表鑲嵌樹脂材料，下方是基體部分，而中間部分顯示了銹層的橫截面。分析圖5（a）可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)5天的試驗(yàn)后，銹層表面和其中間區(qū)域出現(xiàn)大量裂紋，腐蝕非常不均勻。這種銹層表面容易吸附灰塵、鹽水等腐蝕介質(zhì)，從而加速基體的腐蝕。從圖5（b）可以得知，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至7天，銹層表面既緊密而且裂紋相對(duì)較少，這可能意味著銹層開始對(duì)材料基體起到一定的保護(hù)作用。根據(jù)圖5（c），當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至20天時(shí)，銹層表面的裂紋更為明顯且稀疏，局部區(qū)域似乎出現(xiàn)了銹層剝落的現(xiàn)象，從而減弱了其對(duì)基體的保護(hù)性能。

3 結(jié)論

SPHC鋼在汽車動(dòng)態(tài)加速腐蝕環(huán)境下，交變相對(duì)濕度下的腐蝕速率高于單一相對(duì)濕度，并且兩者的腐蝕速率均呈現(xiàn)非線性變化規(guī)律，隨著腐蝕時(shí)間的增加，腐蝕速度先增大，然后減小，最后再次增大。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，SPHC鋼在腐蝕過(guò)程中會(huì)生成一層致密的銹層，該銹層在一定程度上起到保護(hù)作用。然而，由于惡劣的腐蝕環(huán)境和車輛在復(fù)雜路況下的運(yùn)行，銹層會(huì)部分脫落且產(chǎn)生較多的裂紋，從而降低了其對(duì)基體的保護(hù)作用。

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