排氣消聲器銹蝕問題分析

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(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)噪聲的控制。作者結(jié)合實(shí)際情況，針對(duì)某款車型消聲器銹蝕問題，從失效機(jī)理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選擇、工藝過程等方面進(jìn)行分析、研究與驗(yàn)證。

1 問題描述

對(duì)某車型消聲器近一年售后返回件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，共發(fā)生失效28例，其中銹蝕26例，占比92.86%。經(jīng)進(jìn)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(duì)消聲器進(jìn)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(kuò)展，通過對(duì)失效件分析，確定腐蝕類型為點(diǎn)蝕。

2 銹蝕穿孔機(jī)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(fù)起/停時(shí)，尾氣經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)入消聲器，尾氣會(huì)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(qiáng)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(diǎn)鈍化膜上，從而使表面鈍化膜發(fā)生破壞，形成小蝕孔。孔內(nèi)基體金屬顯露出來呈活化狀態(tài)，電位較負(fù)（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(jìn)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(duì)消聲器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)出氣管進(jìn)氣端口（A）距消聲器殼體底部 L=20mm。經(jīng)排水試驗(yàn)測(cè)試，存水量為6.32%，要求為小于4%。消聲器存水量不達(dá)標(biāo)，使用過程中，聚積在底部的冷凝水過多，容易對(duì)殼體造成腐蝕。

為使消聲器中冷凝水排出，對(duì)內(nèi)出氣管結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)氣端口（A）距消聲器殼體底部縮短為6mm，車輛行駛過程中，進(jìn)氣口處（A）壓力高于出氣口處(B)壓力，利用流體力學(xué)的空吸作用將消聲器內(nèi)聚積的冷凝水排出。對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的消聲器進(jìn)行排水試驗(yàn)測(cè)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(jìn)一步腐蝕，起到保護(hù)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(dǎo)致的點(diǎn)蝕，為驗(yàn)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(yàn)室模擬汽車尾氣冷凝水成分配制的腐蝕溶液進(jìn)行冷凝水腐蝕試驗(yàn)。經(jīng)20周期試驗(yàn)后，SUH409L、439、SUS436L表面形貌如圖3所示，點(diǎn)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(diǎn)蝕、抗縫隙腐蝕等性能，在這方面Mo的作用相當(dāng)于Cr的3倍[2]。售后件消聲器殼體材質(zhì)為SUH409L，耐點(diǎn)蝕能力較差，將材料更換為SUS436L可提高其抗點(diǎn)蝕性能。

圖3 冷凝水腐蝕試驗(yàn)后材料表面形貌

5 消聲器生產(chǎn)工藝分析

對(duì)消聲器生產(chǎn)工藝進(jìn)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(duì)內(nèi)組件壓裝前涂拉伸油與不涂拉伸油殼體樣件進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)方法參考 GB/T10125-2012標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)時(shí)間200小時(shí)。試驗(yàn)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(jī)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(yàn)證發(fā)現(xiàn)，消聲器設(shè)計(jì)排水結(jié)構(gòu)，選擇耐腐蝕性能更強(qiáng)的材料，并對(duì)原材料中非金屬夾雜物及工藝過程進(jìn)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(chǎng)以來，目前無銹蝕穿孔問題發(fā)生，問題得到解決。