當(dāng)前常用于汽車材料循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)有：GMW14872-2013、PV 1210-2010、Renault D17-2028，那么試驗標(biāo)準(zhǔn)中濕度、溫度、各環(huán)節(jié)時間占比、鹽霧種類等試驗條件設(shè)置的異同點(diǎn)有哪些？
目前常見的循環(huán)腐蝕試驗的環(huán)節(jié)包括鹽霧、冷凝、恒溫恒濕、室溫存儲、干燥等環(huán)節(jié)。通過不同環(huán)節(jié)的組合、交替循環(huán)，模擬實(shí)際使用條件下中一天內(nèi)溫濕度及路況等條件的變化。在循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)中，各環(huán)節(jié)試驗參數(shù)的設(shè)計主要涉及以下幾方面：
1、溫度、濕度參數(shù)設(shè)置；
2、各階段的時間占比及各階段轉(zhuǎn)換時間要求；
3、鹽溶液的種類，包括氯化鈉濃度、pH值、是否添加其他腐蝕因子等；
4、噴霧方式、沉降量等要求。
通過分析各循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)在以上幾個方面的異同點(diǎn)，可以對目前主流的汽車行業(yè)常用的循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納，并預(yù)測其未來發(fā)展趨勢。
溫度、濕度參數(shù)設(shè)置
在實(shí)際場景中，一天內(nèi)的溫濕度存在階段性變化，通常中午溫度最高、濕度最低，凌晨至清晨溫度最低、濕度最高。除單日內(nèi)溫濕度的變化之外，一年內(nèi)的溫濕度也存在周期性變化趨勢。
因此在循環(huán)鹽霧試驗參數(shù)的設(shè)計中，需綜合考慮地域及季節(jié)變化等因素的影響。
鹽霧、干燥、潮濕、室溫存儲是循環(huán)腐蝕試驗中最常見的四種條件設(shè)置，通常鹽霧環(huán)節(jié)的溫度為(35±2)℃，干燥環(huán)節(jié)的溫度為40-60℃，濕度為30%-50%RH，室溫存儲環(huán)節(jié)的溫度為(23±2)℃，濕度為(50±20)%RH，潮濕環(huán)節(jié)（如冷凝）的溫度為40-60℃，濕度為95%-100%RH。
腐蝕通常發(fā)生在材料表面的一層肉眼不可見的水膜中，與其中溶解的腐蝕因子有關(guān)。
大氣環(huán)境中常見的腐蝕因子氯化鈉的潮解濕度為76%，即當(dāng)環(huán)境中的濕度達(dá)到76%及以上時，氯化鈉可完全溶在材料表面的水膜中，通過電化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)對材料的腐蝕。
而在濕度較低的情況下（低于50%），氯化鈉未發(fā)生潮解，此時氯化鈉是以固體的形式存在于材料的表面上的，腐蝕發(fā)生緩慢。在50%-80%的中濕度范圍內(nèi)，材料表面開始潤濕，此時可發(fā)生腐蝕。實(shí)際環(huán)境中溫濕度的變化在循環(huán)鹽霧試驗中有對應(yīng)的環(huán)節(jié)。
在噴霧階段，鹽霧彌漫在試驗箱內(nèi)，試樣表面的腐蝕介質(zhì)可不斷更新，從而使腐蝕持續(xù)發(fā)展。
在冷凝、噴霧等階段中，在鹽霧期間積累在試樣表面的腐蝕介質(zhì)可繼續(xù)存在于水膜中，并通過擴(kuò)散、毛細(xì)作用等形式在表面保護(hù)層被破壞部位、缺陷部位等處縱深發(fā)展。
在干燥階段，試樣表面的水膜不斷變薄，而腐蝕介質(zhì)仍存在于試樣表面，由于濕度過低，腐蝕進(jìn)展緩慢。但是對于涂鍍層材料，材料經(jīng)表面處理后存在多層結(jié)構(gòu)，循環(huán)腐蝕試驗中干燥和冷凝環(huán)節(jié)交替所積累的熱應(yīng)力可破壞涂層結(jié)構(gòu)，被破壞的涂層作為缺陷在后一階段的鹽霧試驗中可被腐蝕。
下面對幾種常見循環(huán)腐蝕試驗中溫濕度實(shí)驗的參數(shù)設(shè)計方案進(jìn)行分析，繪制下圖1。該圖為循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)各濕度階段時間占比（轉(zhuǎn)換時間按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及實(shí)際情況，未計算周末）。
從圖中可以較直觀地看到，近年來新發(fā)布的循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)中，干燥實(shí)驗的時長呈現(xiàn)下降趨勢，而潮濕、冷凝等中濕度、高濕度環(huán)節(jié)的實(shí)驗時長有增高趨勢。將常用的國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對比，可發(fā)現(xiàn)企業(yè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的中低高濕度環(huán)節(jié)的時間分布更加均勻，且近年來，中高濕度環(huán)節(jié)時長占比的增加趨勢更明顯。
轉(zhuǎn)換時間的設(shè)置
循環(huán)腐蝕試驗中，各階段之間（如潮濕、干燥、鹽霧等）的轉(zhuǎn)換時間對于腐蝕速度有顯著影響，以上的轉(zhuǎn)換過程涉及到溫濕度的變化。
本文主要以濕度為例進(jìn)行分析，恒定溫濕度環(huán)節(jié)的濕度通常處于50-70%RH，屬于中濕度；干燥環(huán)節(jié)的濕度通常規(guī)定小于30%RH，屬于低濕度；鹽霧及冷凝期間的濕度通常在95-100%RH，屬于高濕度。在各階段的轉(zhuǎn)換過程中，由于轉(zhuǎn)換時間的不一致，導(dǎo)致低、中、高濕度階段的時間占比出現(xiàn)明顯變化。
（a）不計算過渡階段的理想曲線；（b）實(shí)際曲線
圖2 GMW 14872周邊階段噴霧四次的濕度曲線
圖3 （a）GMW 14872的低中高濕度各階段時間占比（藍(lán)色為理想情況，紅色為實(shí)際情況）；（b）GMW 14872周邊階段噴霧四次的理想濕度曲線（不計算過渡階段）和實(shí)際曲線對比圖，其中陰影部分為兩者差別
如圖3a所示，以GMW 14872-2013標(biāo)準(zhǔn)為例，計算了不同轉(zhuǎn)換時間所得到的低、中、高濕度階段的時間占比。理想曲線為假設(shè)各階段之間可以迅速發(fā)生轉(zhuǎn)換，不存在過渡，繪制依據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各階段時間（圖2a）。
在實(shí)際實(shí)驗中，由于箱體差別和人工操作等問題，各階段的轉(zhuǎn)換存在延時。在周邊階段的8個小時內(nèi)，根據(jù)試樣在車內(nèi)安裝位置的不同，設(shè)置了不同次數(shù)的鹽霧噴淋，每次噴淋都要求樣品表面完全濕潤，這通常需要3-5分鐘的時間。在噴淋結(jié)束后重新進(jìn)入周邊階段時，濕度需要從95%-100%RH重新下降至45%RH左右。
我們以該標(biāo)準(zhǔn)中最常用的每個周邊階段進(jìn)行4次噴淋為例（每2小時噴淋一次，第一次噴淋為周邊階段開始時），每次噴淋后，在試驗箱的調(diào)節(jié)下，需要約1.2小時的時間才可以使試驗箱內(nèi)的濕度重新達(dá)到45%RH，在每個過渡階段，濕度基本呈線性變化。
本標(biāo)準(zhǔn)中對從周邊階段進(jìn)入冷凝階段和從冷凝階段進(jìn)入干燥階段的時間進(jìn)行規(guī)定：周邊階段和冷凝之間的轉(zhuǎn)換時間不高于1小時，冷凝和干燥階段的轉(zhuǎn)換時間不高于3小時。如圖2b所示為典型的周邊階段進(jìn)行四次噴淋的濕度時間變化曲線。
我們將理想曲線（圖2a）與實(shí)際試驗曲線（圖2b）進(jìn)行對比得到圖3b，圖3b中的陰影部分即為兩者在各濕度環(huán)節(jié)所占時長的差別。通過計算，我們得到在理想情況下的低濕度、中濕度、高濕度階段的時間比為1:1:1，分別占總時長的33.3%（不計算周末時間）；在實(shí)際情況下（以周邊階段進(jìn)行四次噴霧計算），低濕度、中濕度、高濕度階段的時間比為0.46:0.16:0.38，即分別占總時長的46%、16%、38%（圖3a）。
兩種情況下的高濕度環(huán)節(jié)時間占比差別較小，在低濕度和中濕度環(huán)節(jié)的時間占比上存在較大差別，在圖3b中的直觀表現(xiàn)為兩條曲線不重合的陰影部分的主要面積集中在中濕度區(qū)域。
隨過渡時間的延長，中濕度階段的占比下降而低濕度階段的時間占比增加。由于在循環(huán)鹽霧試驗中，對腐蝕加速結(jié)果其主要作用的是中濕度和高濕度環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)換時間的延長所導(dǎo)致的中高濕度環(huán)節(jié)所占時長的縮短不利于實(shí)現(xiàn)循環(huán)鹽霧試驗加速腐蝕的目的。
除此之外，研究表明，腐蝕在不同濕度下和交變條件下的進(jìn)展速度和腐蝕形貌存在較大差別。因此縮短各階段之間的轉(zhuǎn)換時間可有效實(shí)現(xiàn)加速試樣腐蝕進(jìn)程的目的，控制試驗進(jìn)程。除GMW 14872-2013標(biāo)準(zhǔn)外，我么也計算了GM 940P-1997標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際低中高濕度時間占比和理想值差別，見表1，計算結(jié)果同樣證明，轉(zhuǎn)換時間的延長對于中濕度階段的影響較大。
表1 循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)低中高濕度環(huán)節(jié)及鹽霧時間占比
進(jìn)一步分析早期循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)以來循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)中與濕度參數(shù)設(shè)計相關(guān)的要求，包括低中高濕度環(huán)節(jié)的時間占比、各標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時間等，具體結(jié)果見表1、表2和圖1。按時間軸分析，最初的循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)中主要包含了高濕度和低濕度環(huán)節(jié)，未考慮中濕度環(huán)節(jié)對試樣腐蝕的影響。
21世紀(jì)后發(fā)布的循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)中具有以下兩個特點(diǎn)：
中濕度環(huán)節(jié)的時間占比不斷增加，中濕度和高濕度環(huán)節(jié)的總時長占比增加，目前常用于涂層材料耐腐蝕能力的評估。
對各階段的轉(zhuǎn)換時間提出了嚴(yán)格要求，并建議在一個循環(huán)腐蝕試驗箱中完成全部試驗。
早期的循環(huán)鹽霧標(biāo)準(zhǔn)支持換箱操作，即在鹽霧試驗箱中完成鹽霧試驗，在溫濕度環(huán)境箱中完成溫濕度交替變化的試驗。但在各階段的轉(zhuǎn)換中存在由于人為因素和外界環(huán)境因素導(dǎo)致的溫濕度變化速度的不確定性，使循環(huán)腐蝕試驗的重復(fù)性和可信度下降。
在后期的循環(huán)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)中，如VOLVO VCS 1027,1499等，給出了標(biāo)準(zhǔn)推薦的各階段轉(zhuǎn)換速度和溫濕度的線性變化要求，這就要求循環(huán)腐蝕試驗的全過程均要在同一個試驗箱中完成，如使用循環(huán)腐蝕試驗箱完成實(shí)驗，在實(shí)驗過程中需要檢測溫濕度的變化曲線，保證實(shí)際的腐蝕試驗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，這也是近年來循環(huán)腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)逐漸走向成熟化的證明。
表2 見循環(huán)鹽霧發(fā)布年份及更新年份
