汽车材料大气腐蚀和实验室加速循环腐蚀试验方法的相关性研究

孙杏蕾，王振尧，王纳新，张 恒，瞿华盛

（1.美国Q-Lab公司中国代表处，上海 201114；2.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳 110016；3.众泰汽车工程研究院，浙江杭州 310000）

0 引言

汽车零部件及其所使用的材料在长期服役过程中，受到自然环境的温度、湿度、氯离子等作用，会逐渐出现锈蚀、起泡、开裂等腐蚀现象，并伴随有汽车零部件性能的衰减，最终影响车辆的使用和安全，所以汽车腐蚀问题日益受到大家的重视。

随着新能源汽车的飞速发展和汽车向轻量化方向的发展，使汽车的防腐蚀问题面临新的挑战。

过去，汽车行业使用较多的是中性稳态盐雾测试方法［1］，该方法在之前的很多研究中被证明和实际情况的相关性较差［2］。后来汽车行业越来越多采用循环加速盐雾腐蚀方法［3-6］。因为每个主机厂的每款产品的成本、应用群体、整车的防腐蚀目标都不尽相同，所以，各个主机厂自行开发的试验方法的设计理念各不相同，导致现在汽车行业的腐蚀试验方法极其不统一。另外，一家供应商给不同的主机厂供货，同一种材料，需要使用不同的标准来测试，造成很多资源浪费，更不利于行业对标和发展。而且，企业标准都有保密性质，往往一些试验条件交代得不够明确，这也造成测试结果的重复性和再现性较差。第三，这些不同理念下设计出的实验室盐雾腐蚀方法，和户外实际腐蚀结果的相关性也有待验证。

基于以上三点，汽车行业迫切需要一个快速的、相关性较好的测试方法来统一各个主机厂的循环腐蚀试验方法。中国汽车工程学会汽车防腐蚀与老化分会已将这一任务列入SAE-China首批标准制定计划，以快速响应市场需求。

为了制定《汽车零部件及材料实验室循环腐蚀试验方法》标准，组织进行了实验室循环腐蚀试验与户外腐蚀试验的对比研究，以找出相关性更好、测试速度更快的实验室加速腐蚀试验方法。

1 户外腐蚀测试与实验室循环腐蚀测试试验

由于现场大气腐蚀采集数据的试验周期长、影响因素多，在金属材料的耐大气腐蚀性能评价以及腐蚀锈层的演化研究中，借助实验室模拟加速腐蚀或户外模拟加速腐蚀的方法就显得十分重要。这些方法能在短时间内较快地得到试验结果，并可在一定程度上推测材料的长期腐蚀行为，也可分析研究某一个或几个典型的环境因素对材料腐蚀的影响及其作用规律。为了获取相关对比试验数据的支持，不仅要开展实验室循环腐蚀试验，还应开展户外腐蚀测试。因为户外腐蚀测试是实验室循环腐蚀试验的基础，可用于指导实验室循环腐蚀试验方法的制定。

1.1 户外腐蚀测试

户外腐蚀测试分别安排在厦门海边自然条件，以及海南琼海按ASTM D 6675—2001（2011）《汽车钢板有机涂层盐加速户外表面腐蚀试验方法》人工喷洒盐水［7］。厦门属于亚热带海洋性气候环境、海南属于亚热带高温、高湿气候环境，在户外环境和腐蚀性测试方面，两地在国内具有一定的典型性和代表性。

1.2 实验室循环腐蚀测试

实验室循环腐蚀测试一共有6个不同的试验方法，见表1，其中Q-Lab CATCH-24（Q-Lab Corrosion Accelerated Test with Controlled Humidity）是由Q-Lab公司设计的新方法，它是在目前汽车行业主要采用的试验方法基础上进行了改进而形成的，具体测试步骤及条件见表2。

表1 汽车行业主要实验室循环腐蚀试验方法的比较Table 1 Comparison of main laboratory cyclic corrosion test methods in automotive industry

表2 CATCH-24试验方法Table 2 CATCH-24 test method

1.3 试验样品

试验收集了来自不同单位、不同工艺条件下制备的19种车身样板。样板基材有冷轧钢板、镀锌板、铝板等，前处理工艺有传统磷化、新型锆化和硅烷化处理等，涂层体系有传统的三涂层体系和一体化的免中涂涂层体系。所用涂料包括粉末涂料、水性涂料和溶剂型涂料。

2 实验室循环腐蚀试验与户外腐蚀试验的相关性分析

对19种试验样板，分别进行了实验室循环腐蚀试验和户外腐蚀试验，除了试验结束时，试验中期也对样板进行了观察和测量。根据已有的试验结果，针对样板的外观，分析了实验室循环腐蚀试验方法与户外腐蚀方法的相关性。

表3是6种比较有代表性的试验样板试验一段时间后的外观评级排序，其中“1”表示最好，“6”表示最差。根据表3外观评级，得出实验室循环腐蚀试验方法与户外腐蚀试验方法之间的Spearman（斯皮尔曼）相关系数［8］，见表4。从表4可以看出，Q-Lab CATCH-24实验室循环腐蚀试验结果与户外腐蚀试验结果的相关性最好。

图1是几种典型样板经实验室循环腐蚀与户外腐蚀后的外观对比照片。从中可以看出，对于这4种典型样板，Q-Lab CATCH-24的结果与海南户外腐蚀的结果排序一致，都是试样D最好，其次为试样B和试样A，而试样F最差。

表3 试验样板外观评级的排序Table 3 Visual rank-ordered of test panels

表4 实验室循环腐蚀试验方法与户外腐蚀试验方法的相关系数Table 4 Correlation coefficient between the laboratory cyclic corrosion and outdoor corrosion test methods

图1 试验方法CATCH-24与户外腐蚀的样板对比照片Figure 1 Comparison photographs of CATCH-24 test method and outdoor corrosion test

3 结语

通过实验室循环腐蚀试验与户外腐蚀试验的对比，得出Q-Lab公司新研发的试验方法Q-Lab CATCH-24腐蚀速率更快，与户外腐蚀的相关性更高。标准工作组决定将试验方法CATCH-24写入即将发布的SAE-China《汽车零部件及材料实验室循环腐蚀试验方法》中。

致谢：感谢以下单位对实验室循环腐蚀试验与户外腐蚀测试提供的服务及技术支持（排名不分先后）：中国第一汽车股份有限公司技术中心；重庆长安汽车股份有限公司；东风商用车有限公司东风商用车技术中心；神龙汽车有限公司技术中心；比亚迪汽车工业有限公司；南京汽车集团有限公司汽车工程研究院；安徽江淮汽车股份有限公司；广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院；上海汽车集团股份有限公司乘用车公司；长安福特汽车有限公司；一汽-大众汽车有限公司；泛亚汽车技术中心有限公司；芜湖凯翼汽车有限公司；奇瑞上海技术中心；中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司；观致汽车；海南热带汽车试验有限公司；中国船舶重工集团公司第七二五研究所厦门分部；中国兵器工业第五九研究所；通标标准技术服务（上海）有限公司；上海华测品正检测技术有限公司；上海天祥质量技术服务有限公司；苏州市信测标准技术服务有限公司；上海瀚海检测技术有限公司；阿克苏诺贝尔粉末涂料（宁波）有限公司；上海凯密特尔化学品有限公司；武汉科技大学；北京科技大学等。

［1］ASTM B 117—2016 Standard Practice for Operating Salt Spray（Fog）Apparatus［S］，2016-03-15.

［2］Cremer N D. Procession Compared to Salt Spray an Outdoors：Cyclic Methods of Accelerated Corrosion Testing［C］.Federation of Societies for Coatings Technology，1989.

［3］ISO 11997—2005 Paints and Varnishes-Determination of Resistance to Cyclic Corrosion Conditions-Part 1：Wet（Salt Fog）/Dry/Humidity［S］，2005-03-15.

［4］GMW 14872—2013 Cyclic Corrosion Laboratory Test［S］，2013-03.

［5］Ford CETP ：00.00—L—467—2009 Global Laboratory Accelerated Cyclic Corrosion Test［S］，2009-03.

［6］PV 1210—2010 Body and Add-on Parts Corrosion Test［S］，2010-02.

［7］ASTM D 6675—2001 Standard Practice for Salt-Accelerated Outdoor Cosmetic Corrosion Testing of Organic Coatings on Automotive Sheet Steel［S］，2001-05-10.

［8］ASTM G 169—2001 Standard Guide for Application of Basic Statistical Methods to Weathering Tests［S］，2001-01-10.