汽車大氣腐蝕/老化試驗標準分析

任凱旭，張瑾，孫建亮

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

前言

汽車使用過程中，由于雨、雪、風、光照、溫濕度、酸堿度、沙石擊打等影響，會造成汽車的腐蝕/老化，不僅僅影響外觀，還導致零部件的老化或功能失效，降低汽車的使用壽命，甚至可能引發安全事故。金屬材料受環境腐蝕介質的作用，將發生化學和電化學腐蝕反應。金屬腐蝕的主要特征是原金屬轉化成金屬氧化物造成汽車的金屬零部件生銹、損壞及報廢。塑料、橡膠、纖維和涂料等非金屬材料經受高溫、高濕、強光輻射等環境因素的綜合作用后，一般情況下將發生溶解、溶脹、裂解、降解、擴散、滲透等物理或化學反應，導致外觀和作用性能劣化。

我國汽車保有量超過2億輛，按每輛車的腐蝕損失150-250美元計算，我國汽車腐蝕造成的損失為300-500億美元，折合人民幣2000-3300億元。因此汽車的腐蝕是汽車設計、生產過程中不可忽視的環節，汽車企業也開始重視汽車腐蝕，并開始相應的試驗。

汽車腐蝕試驗是檢驗汽車整車及其零部件和材料耐腐蝕性能的有效手段，汽車腐蝕試驗項目大致分為三類：整車戶外自然暴露試驗、整車道路強化腐蝕試驗和室內加速腐蝕試驗。由于汽車車身及各零部件表面都有涂鍍層，本身具備一定的防腐能力，在實際道路行駛和自然停放過程中，腐蝕速率較慢，無法實現短期內判斷整車和零部件腐蝕狀況的目的。為了能夠在較短時間內獲取汽車長期腐蝕情況的信息，整車道路強化腐蝕試驗和室內加速腐蝕試驗都引入了強化腐蝕和加速腐蝕的手段，采用比實用狀態更苛刻的條件，達到短期腐蝕反應長期腐蝕情況的目的。

1 整車戶外自然暴露試驗

戶外整車或零部件暴露試驗是整車或零部件在工業大氣、海洋氣候和熱帶濕熱氣候等條件下的靜止暴露試驗。國外已頒布實施的試驗標準主要有 SAEJ1976《汽車外部材料戶外自然老化試驗》、SAEJ2230《汽車內用裝飾材料戶外跟蹤太陽、溫濕度可控玻璃框下加速暴露試驗》、SAE J2229《汽車內部裝飾材料在可控溫度、可變角度玻璃裝置內的戶外加速暴露》、GM 9538P《汽車內飾件大氣暴露試驗》、VW50185《汽車零部件抗大氣暴曬性》等。

我國汽車整車戶外自然大氣環境暴露試驗的相關標準是QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗方法》，其實驗原理是：將整車置于能代表某一氣候類型區域的室外自然大氣環境條件下進行暴露試驗，讓其經受陽光、溫度、濕度、雨水、氧、臭氧及其他環境因素的綜合作用。按規定的暴露試驗期限，定期檢測整車用非金屬材料制品的外觀、力學、電學、化學或其他性能變化和金屬材料制品的腐蝕變化，從而評價整車耐大氣環境老化腐蝕性能及操作使用性能。

QC/T 17-1992《汽車零部件耐候性試驗一般規則》規定了汽車零部件耐候性試驗的內容、方法、條件及設備；適用于塑料、橡膠、人造革、纖維等制成的汽車零件和汽車金屬件。可進行以下室外試驗。

①室外耐候試驗：測定長期曝露在大氣中的車外零部件的耐候性。

②室外耐光試驗：測定長期曝露在大氣中不受雨水影響的車內零部件的耐光性。

③室外遮蔽試驗：測定長期曝露在大氣中避開日光直射和雨水影響的零部件抗臭氧性。

④室外浸液試驗等：將試樣置于試驗液中，考核汽車內、外表面油漆圖層的耐候性。

戶外自然大氣暴露試驗能夠反映汽車實際使用過程的腐蝕情況，所得到的數據可靠，可以獲得戶外自然環境下材料的腐蝕特征和規律，可用來評估試驗環境下材料的使用壽命，為合理選材、有效設計和產品防護標準提供依據。但是大氣腐蝕暴露試驗花費時間較長，不利于快速評價材料的耐蝕性能，且試驗結果具有顯著的區域性特點。

2 整車道路強化腐蝕試驗

整車道路強化腐蝕試驗是在特定試驗場內進行高速路行駛、駐坡試驗、碎石路行駛、鹽水路行駛、水泥路行駛、鹽霧噴射、溫濕環境艙停放等工況內容的汽車道路綜合試驗，是目前考核汽車防腐性能的最快速、最有效的手段。該試驗主要模擬北方地區下雪撒鹽路面、沿海地區高鹽分空氣、南方地區濕熱天氣、沙石路面等氣候環境及行駛道路對汽車腐蝕的影響。通常，整車腐蝕試驗每個循環為24小時，每10個腐蝕循環相當于客戶使用1年的腐蝕量。

目前，汽車整車道路強化腐蝕試驗沒有國際標準或國家標準，國外各大汽車企業如大眾、通用、豐田等制定了自己的企業標準，且各企業標準之間有所不同。國內各主機廠主要參照QC/T 732-2005《乘用車強化腐蝕試驗方法》，或依據通用、大眾等企業標準進行整車試驗。

汽車整車道路強化腐蝕試驗能有效的模擬真實大氣環境中的太陽輻射、沙塵暴、溫度濕度、腐蝕介質變化等因素，能夠很好的反映整車及零部件的防銹性能，通過試驗結果驗證可以有針對性的解決汽車產品的結構設計、涂膠及噴蠟、表面處理工藝、材料選用等方面的不足，從而不斷提升汽車產品的品質。

相比于國外60年代就開始汽車防腐研究，國內整車腐蝕試驗的開展較國外要晚許多。海南汽車試驗場作為國內最早開展整車防腐檢測的機構，從事整車道路腐蝕試驗有十幾年，積累了一些的經驗，2005年牽頭制定了目前的行業標準QC/T 732-2005《乘用車強化腐蝕試驗方法》。目前已經完成的腐蝕試驗涵蓋了自主、合資企業上百臺車型。在持續的試驗過程中，伴隨著數據的積累和認識的深入，該試驗方法也暴露出來一定的問題。一是不少企業技術代表反饋試驗條件過于苛刻，不能較好地反映汽車在實際道路行駛過程中出現的腐蝕情況，部分零部件銹蝕嚴重但實際道路行駛過程中未出現相關問題。二是試驗流程的設計顯得冗雜而不易操作，連續地進行試驗時存在一定操作難度。

圖1 QC/T 732 乘用車強化腐蝕試驗循環示意圖

目前的試驗規范下車輛外觀銹蝕強化試驗結果表現出較好的符合趨勢，但內部一些功能性和結構性部件的強化腐蝕結果與實際腐蝕老化情況無可靠的對應關系。這是由強化腐蝕試驗的性質所決定，強化時間越短，增值因子越差，與實際情況的擬合度越差，某些功能性零部件需要在模擬汽車實際工況下做上萬次的運動以及長時間的暴露才能達到部件在實際情況下的銹蝕磨損強度，致使試驗結果的可靠性下降。

3 汽車零部件及材料腐蝕試驗

3.1 鹽霧試驗

鹽霧試驗主要用于汽車系統總成件及零部件防腐性能的評價，是一種主要利用鹽霧試驗設備的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗。主要有中性鹽霧試驗（NSS）、醋酸鹽霧試驗（AASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS）等，其中應用最廣的是中性鹽霧試驗。GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》規定了試驗方法。

3.1.1 中性鹽霧試驗（NSS）

1914年，J.A.Capp在美國材料與試驗協會第十七屆年會上提出了中性鹽霧試驗，至今已超百年。中性鹽霧試驗是目前出現最早、應用領域最廣的一種加速腐蝕試驗方法。大部分自主企業具備該項試驗能力。其噴霧液的要求：采用蒸餾水或去離子水溶解氯化鈉，配置成50g/L±5g/L的溶液，在25℃±2℃調整PH值在6.5-7.2之間，溶液密度在1.029-1.036之間。中性鹽霧試驗適用于：金屬及其合金、金屬覆蓋層、轉化膜、氧化膜以及金屬基體上的有機涂層。該方法是在恒定的溫濕度環境中進行，也可以適用于油漆涂層，但不能較為真實地反映溫度、濕度、鹽霧交替等實際使用環境對油漆的侵蝕。

中性鹽霧試驗是汽車企業進行汽車防腐設計和工藝驗證的關鍵步驟。在整車設計開發階段整車防腐目標拆解到各個子系統后，需要做到整車防腐目標和零部件防腐目標的統一，根據以往的防腐經驗和試驗數據的積累，規定車身各個區域和零部件采用相應的表面處理工藝和電泳噴涂手段，制定技術協議和技術規范；針對車上零部件在汽車工況下的特性，篩選表面鍍層種類，例如零部件表面鍍鋅會帶來表面腐蝕速率過快的問題，鋅鎳合金零部件的耐腐蝕性遠遠超過了鋅鍍層，將工藝穩定性和成本因素加入綜合考慮范疇，選擇合適工藝。按照零部件防腐要求，例如96h無白銹，180h無紅銹，采用傳統的中性鹽霧試驗方法進行檢驗。零部件中性鹽霧試驗達標后，進行整車道路強化試驗，仍有可能出現零部件銹蝕問題，這時需要根據試驗反映的問題對工藝進行整改，調整工藝參數后同時調整零部件防銹試驗要求，零部件再次達標后，再查看整車腐蝕狀態下是否達標。同時接收售后的消費者反饋，對出現銹蝕的部位進行原因分析，考慮提升該部件防腐要求，優化工藝的同時提高零部件中性鹽霧試驗要求。

國內以長城、長安、吉利為代表，屬于較早開展這方面試驗的自主企業，已經有一些中性鹽霧試驗數據的積累，再結合整車道路強化腐蝕試驗的結果，結合消費者的銹蝕問題反饋，逐步對企業零部件防銹標準進行改進和完善，希望摸索出一套與實際道路腐蝕狀態相對應的零部件總成、零部件和材料的防銹試驗要求，從源頭對銹蝕問題進行嚴格管控，而具體的試驗手段主要是中性鹽霧試驗，一旦達到零部件防銹要求的試驗循環，該零部件一定能滿足實際道路的防腐要求。

3.1.2 醋酸鹽霧試驗（AASS）

醋酸鹽霧試驗是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的。其噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入冰乙酸，使溶液的 pH值降為3.0-3.1左右。它的腐蝕程度是中性鹽霧的3倍。醋酸鹽霧試驗是適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.1.3 銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS）

銅加速乙酸鹽霧試驗，也是一種快速鹽霧腐蝕試驗，噴霧液要求：在中性鹽霧液中加入氯化銅（CuCl2﹒2H2O），濃度為0.26g/L，PH值為3.0-3.1。它的腐蝕程度是中性鹽霧的8倍。銅加速乙酸鹽霧試驗適用于銅+鎳+鉻或鎳+鉻裝飾性鍍層以及鋁的陽極氧化膜。

3.2 循環加速腐蝕試驗（CCT）

循環加速腐蝕試驗可以理解為鹽霧試驗、干熱試驗和濕熱試驗等試驗方法的循環組合試驗，是近年來應用逐漸廣泛的一種試驗方法，較之傳統鹽霧試驗，其與真實環境有著更好的相關性。國外各大主機廠具有自己的標準，如大眾汽車標準 PV 1210《車身及附件腐蝕試驗》、通用汽車標準GMW14872《循環腐蝕試驗》、SAE標準SAE J2334《實驗室循環腐蝕測試》、日本汽車工業標準JASO M610《汽車零部件外涂層腐蝕試驗方法》等，國內，GB/T 24195-2009《金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環加速腐蝕試驗》和 GB/T 20854-2007《金屬和合金的腐蝕循環暴露在鹽霧、“干”和“濕”條件下的加速試驗》規定循環鹽霧標準方法。

GB/T 24195-2009包括方法A和方法B兩種方法。方法A是采用 5%的酸性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，每個循環周期為8小時，循環周期為鹽霧（35℃）2小時→干燥（60℃、＜30%RH）4小時→濕熱（50℃、＞30%RH）2小時。方法A的試驗周期一般為3-180個循環，適用于金屬及其合金；金屬陰極涂層；陽極氧化涂層和金屬材料上的有機涂層。方法B是采用6g/L酸性混合鹽溶液作為鹽霧腐蝕液，每個循環周期同樣是8小時，循環周期為鹽霧（35℃）1小時→干燥（60℃、＜30%RH）4小時→濕熱（40℃、85%RH）3小時。方法B的試驗周期一般進行12-192個循環，適用于鋼板上的陽極涂層和鋼板上帶有轉換涂層的陽極涂層。這兩種方法的特點是采用酸性溶液作為鹽霧腐蝕液，PH值控制在3.5±0.1的范圍。

GB/T 20854-2007采用中性氯化鈉溶液作為鹽霧腐蝕液，PH值控制在6.5～7.2的范圍。循環周期為鹽霧（35℃）2小時→干燥（60℃、＜30%RH）4小時→濕熱（50℃、＞30%RH）2小時；推薦的試驗周期一般為30～180個循環周期。適用于金屬及其合金；陽性和陰性金屬覆蓋層；轉化覆蓋層；陽極氧化物覆蓋層；金屬材料上的有機覆蓋層。

循環腐蝕試驗可以彌補中性鹽霧試驗對油漆涂層腐蝕速率擬合度較差的問題，干濕度變化和鹽霧的交變條件下，對油漆涂層的腐蝕速率明顯加快。該方法可以很好地模擬油漆涂層在自然環境下的腐蝕狀態，在一些零部件腐蝕試驗開展較為深入的企業，已經成功將循環加速腐蝕試驗應用于油漆涂層的腐蝕檢測。但在應用于其他涂鍍層，如金屬鍍層、鍍鉻部件等時，目前中性鹽霧試驗仍是主流試驗方法。原則上循環腐蝕試驗更貼近實際腐蝕環境，真實道路環境是腐蝕環境和干燥環境的交變作用過程，并非持續的高強度鹽霧環境，且循環加速試驗可以適當模擬砂礫沖擊、自然干燥或其他外部環境條件，甚至模擬底盤的工作狀態，該方法理應得到更大規模的推廣和應用。但目前該方法只可應用于油漆涂層，根本原因在于與傳統中性鹽霧相比，循環腐蝕試驗速率較慢，與實際腐蝕狀態的關聯度遠遠不如中性鹽霧試驗，這也制約了循環腐蝕試驗的進一步推廣。

4 結論

本文概述了汽車整車、零部件和材料的主要的腐蝕試驗，并分析其相關標準。值得注意的是，整車戶外自然暴露試驗、整車道路強化腐蝕試驗和室內加速腐蝕試驗標準之間在細節上并沒有可靠的對應關系，這也客觀導致了室內加速腐蝕試驗時零部件/材料滿足腐蝕控制要求，然而在進行整車強化腐蝕試驗驗證時，零部件/材料不滿足腐蝕控制要求。急需進行相關標準的完善與對接，使整車、零部件、材料腐蝕試驗互相之間具有參考意義，推動我國汽車腐蝕防護事業的發展。

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