汽车大气腐蚀/老化试验标准分析

任凯旭，张瑾，孙建亮

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

前言

汽车使用过程中，由于雨、雪、风、光照、温湿度、酸碱度、沙石击打等影响，会造成汽车的腐蚀/老化，不仅仅影响外观，还导致零部件的老化或功能失效，降低汽车的使用寿命，甚至可能引发安全事故。金属材料受环境腐蚀介质的作用，将发生化学和电化学腐蚀反应。金属腐蚀的主要特征是原金属转化成金属氧化物造成汽车的金属零部件生锈、损坏及报废。塑料、橡胶、纤维和涂料等非金属材料经受高温、高湿、强光辐射等环境因素的综合作用后，一般情况下将发生溶解、溶胀、裂解、降解、扩散、渗透等物理或化学反应，导致外观和作用性能劣化。

我国汽车保有量超过2亿辆，按每辆车的腐蚀损失150-250美元计算，我国汽车腐蚀造成的损失为300-500亿美元，折合人民币2000-3300亿元。因此汽车的腐蚀是汽车设计、生产过程中不可忽视的环节，汽车企业也开始重视汽车腐蚀，并开始相应的试验。

汽车腐蚀试验是检验汽车整车及其零部件和材料耐腐蚀性能的有效手段，汽车腐蚀试验项目大致分为三类：整车户外自然暴露试验、整车道路强化腐蚀试验和室内加速腐蚀试验。由于汽车车身及各零部件表面都有涂镀层，本身具备一定的防腐能力，在实际道路行驶和自然停放过程中，腐蚀速率较慢，无法实现短期内判断整车和零部件腐蚀状况的目的。为了能够在较短时间内获取汽车长期腐蚀情况的信息，整车道路强化腐蚀试验和室内加速腐蚀试验都引入了强化腐蚀和加速腐蚀的手段，采用比实用状态更苛刻的条件，达到短期腐蚀反应长期腐蚀情况的目的。

1 整车户外自然暴露试验

户外整车或零部件暴露试验是整车或零部件在工业大气、海洋气候和热带湿热气候等条件下的静止暴露试验。国外已颁布实施的试验标准主要有 SAEJ1976《汽车外部材料户外自然老化试验》、SAEJ2230《汽车内用装饰材料户外跟踪太阳、温湿度可控玻璃框下加速暴露试验》、SAE J2229《汽车内部装饰材料在可控温度、可变角度玻璃装置内的户外加速暴露》、GM 9538P《汽车内饰件大气暴露试验》、VW50185《汽车零部件抗大气暴晒性》等。

我国汽车整车户外自然大气环境暴露试验的相关标准是QC/T 728-2005《汽车整车大气暴露试验方法》，其实验原理是：将整车置于能代表某一气候类型区域的室外自然大气环境条件下进行暴露试验，让其经受阳光、温度、湿度、雨水、氧、臭氧及其他环境因素的综合作用。按规定的暴露试验期限，定期检测整车用非金属材料制品的外观、力学、电学、化学或其他性能变化和金属材料制品的腐蚀变化，从而评价整车耐大气环境老化腐蚀性能及操作使用性能。

QC/T 17-1992《汽车零部件耐候性试验一般规则》规定了汽车零部件耐候性试验的内容、方法、条件及设备；适用于塑料、橡胶、人造革、纤维等制成的汽车零件和汽车金属件。可进行以下室外试验。

①室外耐候试验：测定长期曝露在大气中的车外零部件的耐候性。

②室外耐光试验：测定长期曝露在大气中不受雨水影响的车内零部件的耐光性。

③室外遮蔽试验：测定长期曝露在大气中避开日光直射和雨水影响的零部件抗臭氧性。

④室外浸液试验等：将试样置于试验液中，考核汽车内、外表面油漆图层的耐候性。

户外自然大气暴露试验能够反映汽车实际使用过程的腐蚀情况，所得到的数据可靠，可以获得户外自然环境下材料的腐蚀特征和规律，可用来评估试验环境下材料的使用寿命，为合理选材、有效设计和产品防护标准提供依据。但是大气腐蚀暴露试验花费时间较长，不利于快速评价材料的耐蚀性能，且试验结果具有显著的区域性特点。

2 整车道路强化腐蚀试验

整车道路强化腐蚀试验是在特定试验场内进行高速路行驶、驻坡试验、碎石路行驶、盐水路行驶、水泥路行驶、盐雾喷射、温湿环境舱停放等工况内容的汽车道路综合试验，是目前考核汽车防腐性能的最快速、最有效的手段。该试验主要模拟北方地区下雪撒盐路面、沿海地区高盐分空气、南方地区湿热天气、沙石路面等气候环境及行驶道路对汽车腐蚀的影响。通常，整车腐蚀试验每个循环为24小时，每10个腐蚀循环相当于客户使用1年的腐蚀量。

目前，汽车整车道路强化腐蚀试验没有国际标准或国家标准，国外各大汽车企业如大众、通用、丰田等制定了自己的企业标准，且各企业标准之间有所不同。国内各主机厂主要参照QC/T 732-2005《乘用车强化腐蚀试验方法》，或依据通用、大众等企业标准进行整车试验。

汽车整车道路强化腐蚀试验能有效的模拟真实大气环境中的太阳辐射、沙尘暴、温度湿度、腐蚀介质变化等因素，能够很好的反映整车及零部件的防锈性能，通过试验结果验证可以有针对性的解决汽车产品的结构设计、涂胶及喷蜡、表面处理工艺、材料选用等方面的不足，从而不断提升汽车产品的品质。

相比于国外60年代就开始汽车防腐研究，国内整车腐蚀试验的开展较国外要晚许多。海南汽车试验场作为国内最早开展整车防腐检测的机构，从事整车道路腐蚀试验有十几年，积累了一些的经验，2005年牵头制定了目前的行业标准QC/T 732-2005《乘用车强化腐蚀试验方法》。目前已经完成的腐蚀试验涵盖了自主、合资企业上百台车型。在持续的试验过程中，伴随着数据的积累和认识的深入，该试验方法也暴露出来一定的问题。一是不少企业技术代表反馈试验条件过于苛刻，不能较好地反映汽车在实际道路行驶过程中出现的腐蚀情况，部分零部件锈蚀严重但实际道路行驶过程中未出现相关问题。二是试验流程的设计显得冗杂而不易操作，连续地进行试验时存在一定操作难度。

图1 QC/T 732 乘用车强化腐蚀试验循环示意图

目前的试验规范下车辆外观锈蚀强化试验结果表现出较好的符合趋势，但内部一些功能性和结构性部件的强化腐蚀结果与实际腐蚀老化情况无可靠的对应关系。这是由强化腐蚀试验的性质所决定，强化时间越短，增值因子越差，与实际情况的拟合度越差，某些功能性零部件需要在模拟汽车实际工况下做上万次的运动以及长时间的暴露才能达到部件在实际情况下的锈蚀磨损强度，致使试验结果的可靠性下降。

3 汽车零部件及材料腐蚀试验

3.1 盐雾试验

盐雾试验主要用于汽车系统总成件及零部件防腐性能的评价，是一种主要利用盐雾试验设备的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。主要有中性盐雾试验（NSS）、醋酸盐雾试验（AASS）、铜加速乙酸盐雾试验（CASS）等，其中应用最广的是中性盐雾试验。GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》规定了试验方法。

3.1.1 中性盐雾试验（NSS）

1914年，J.A.Capp在美国材料与试验协会第十七届年会上提出了中性盐雾试验，至今已超百年。中性盐雾试验是目前出现最早、应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法。大部分自主企业具备该项试验能力。其喷雾液的要求：采用蒸馏水或去离子水溶解氯化钠，配置成50g/L±5g/L的溶液，在25℃±2℃调整PH值在6.5-7.2之间，溶液密度在1.029-1.036之间。中性盐雾试验适用于：金属及其合金、金属覆盖层、转化膜、氧化膜以及金属基体上的有机涂层。该方法是在恒定的温湿度环境中进行，也可以适用于油漆涂层，但不能较为真实地反映温度、湿度、盐雾交替等实际使用环境对油漆的侵蚀。

中性盐雾试验是汽车企业进行汽车防腐设计和工艺验证的关键步骤。在整车设计开发阶段整车防腐目标拆解到各个子系统后，需要做到整车防腐目标和零部件防腐目标的统一，根据以往的防腐经验和试验数据的积累，规定车身各个区域和零部件采用相应的表面处理工艺和电泳喷涂手段，制定技术协议和技术规范；针对车上零部件在汽车工况下的特性，筛选表面镀层种类，例如零部件表面镀锌会带来表面腐蚀速率过快的问题，锌镍合金零部件的耐腐蚀性远远超过了锌镀层，将工艺稳定性和成本因素加入综合考虑范畴，选择合适工艺。按照零部件防腐要求，例如96h无白锈，180h无红锈，采用传统的中性盐雾试验方法进行检验。零部件中性盐雾试验达标后，进行整车道路强化试验，仍有可能出现零部件锈蚀问题，这时需要根据试验反映的问题对工艺进行整改，调整工艺参数后同时调整零部件防锈试验要求，零部件再次达标后，再查看整车腐蚀状态下是否达标。同时接收售后的消费者反馈，对出现锈蚀的部位进行原因分析，考虑提升该部件防腐要求，优化工艺的同时提高零部件中性盐雾试验要求。

国内以长城、长安、吉利为代表，属于较早开展这方面试验的自主企业，已经有一些中性盐雾试验数据的积累，再结合整车道路强化腐蚀试验的结果，结合消费者的锈蚀问题反馈，逐步对企业零部件防锈标准进行改进和完善，希望摸索出一套与实际道路腐蚀状态相对应的零部件总成、零部件和材料的防锈试验要求，从源头对锈蚀问题进行严格管控，而具体的试验手段主要是中性盐雾试验，一旦达到零部件防锈要求的试验循环，该零部件一定能满足实际道路的防腐要求。

3.1.2 醋酸盐雾试验（AASS）

醋酸盐雾试验是在中性盐雾试验的基础上发展起来的。其喷雾液要求：在中性盐雾液中加入冰乙酸，使溶液的 pH值降为3.0-3.1左右。它的腐蚀程度是中性盐雾的3倍。醋酸盐雾试验是适用于铜+镍+铬或镍+铬装饰性镀层以及铝的阳极氧化膜。

3.1.3 铜加速乙酸盐雾试验（CASS）

铜加速乙酸盐雾试验，也是一种快速盐雾腐蚀试验，喷雾液要求：在中性盐雾液中加入氯化铜（CuCl2﹒2H2O），浓度为0.26g/L，PH值为3.0-3.1。它的腐蚀程度是中性盐雾的8倍。铜加速乙酸盐雾试验适用于铜+镍+铬或镍+铬装饰性镀层以及铝的阳极氧化膜。

3.2 循环加速腐蚀试验（CCT）

循环加速腐蚀试验可以理解为盐雾试验、干热试验和湿热试验等试验方法的循环组合试验，是近年来应用逐渐广泛的一种试验方法，较之传统盐雾试验，其与真实环境有着更好的相关性。国外各大主机厂具有自己的标准，如大众汽车标准 PV 1210《车身及附件腐蚀试验》、通用汽车标准GMW14872《循环腐蚀试验》、SAE标准SAE J2334《实验室循环腐蚀测试》、日本汽车工业标准JASO M610《汽车零部件外涂层腐蚀试验方法》等，国内，GB/T 24195-2009《金属和合金的腐蚀酸性盐雾、“干燥”和“湿润”条件下的循环加速腐蚀试验》和 GB/T 20854-2007《金属和合金的腐蚀循环暴露在盐雾、“干”和“湿”条件下的加速试验》规定循环盐雾标准方法。

GB/T 24195-2009包括方法A和方法B两种方法。方法A是采用 5%的酸性氯化钠溶液作为盐雾腐蚀液，每个循环周期为8小时，循环周期为盐雾（35℃）2小时→干燥（60℃、＜30%RH）4小时→湿热（50℃、＞30%RH）2小时。方法A的试验周期一般为3-180个循环，适用于金属及其合金；金属阴极涂层；阳极氧化涂层和金属材料上的有机涂层。方法B是采用6g/L酸性混合盐溶液作为盐雾腐蚀液，每个循环周期同样是8小时，循环周期为盐雾（35℃）1小时→干燥（60℃、＜30%RH）4小时→湿热（40℃、85%RH）3小时。方法B的试验周期一般进行12-192个循环，适用于钢板上的阳极涂层和钢板上带有转换涂层的阳极涂层。这两种方法的特点是采用酸性溶液作为盐雾腐蚀液，PH值控制在3.5±0.1的范围。

GB/T 20854-2007采用中性氯化钠溶液作为盐雾腐蚀液，PH值控制在6.5～7.2的范围。循环周期为盐雾（35℃）2小时→干燥（60℃、＜30%RH）4小时→湿热（50℃、＞30%RH）2小时；推荐的试验周期一般为30～180个循环周期。适用于金属及其合金；阳性和阴性金属覆盖层；转化覆盖层；阳极氧化物覆盖层；金属材料上的有机覆盖层。

循环腐蚀试验可以弥补中性盐雾试验对油漆涂层腐蚀速率拟合度较差的问题，干湿度变化和盐雾的交变条件下，对油漆涂层的腐蚀速率明显加快。该方法可以很好地模拟油漆涂层在自然环境下的腐蚀状态，在一些零部件腐蚀试验开展较为深入的企业，已经成功将循环加速腐蚀试验应用于油漆涂层的腐蚀检测。但在应用于其他涂镀层，如金属镀层、镀铬部件等时，目前中性盐雾试验仍是主流试验方法。原则上循环腐蚀试验更贴近实际腐蚀环境，真实道路环境是腐蚀环境和干燥环境的交变作用过程，并非持续的高强度盐雾环境，且循环加速试验可以适当模拟砂砾冲击、自然干燥或其他外部环境条件，甚至模拟底盘的工作状态，该方法理应得到更大规模的推广和应用。但目前该方法只可应用于油漆涂层，根本原因在于与传统中性盐雾相比，循环腐蚀试验速率较慢，与实际腐蚀状态的关联度远远不如中性盐雾试验，这也制约了循环腐蚀试验的进一步推广。

4 结论

本文概述了汽车整车、零部件和材料的主要的腐蚀试验，并分析其相关标准。值得注意的是，整车户外自然暴露试验、整车道路强化腐蚀试验和室内加速腐蚀试验标准之间在细节上并没有可靠的对应关系，这也客观导致了室内加速腐蚀试验时零部件/材料满足腐蚀控制要求，然而在进行整车强化腐蚀试验验证时，零部件/材料不满足腐蚀控制要求。急需进行相关标准的完善与对接，使整车、零部件、材料腐蚀试验互相之间具有参考意义，推动我国汽车腐蚀防护事业的发展。

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