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汽車整車瀕海熱帶沙漠環(huán)境失效行為研究

2019-07-01 23:03:26·  來源：《環(huán)境技術(shù)》期刊  
　
本文針對我國汽車出口沙特地區(qū)耐候性問題頻發(fā)的現(xiàn)象，開展汽車整車瀕海熱帶沙漠氣候的自然暴露試驗(yàn)，研究試驗(yàn)過程中汽車典型失效行為，分析失效原因，為國內(nèi)汽車
本文針對我國汽車出口沙特地區(qū)耐候性問題頻發(fā)的現(xiàn)象，開展汽車整車瀕海熱帶沙漠氣候的自然暴露試驗(yàn)，研究試驗(yàn)過程中汽車典型失效行為，分析失效原因，為國內(nèi)汽車企業(yè)出口產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

（沙特吉達(dá)地區(qū)與我國典型濕熱及干熱氣候環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）

1、試驗(yàn)

參照QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》[3]的要求，將汽車整車置于沙特吉達(dá)瀕海熱帶沙漠自然暴露試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)自然暴露試驗(yàn)，并定期檢查汽車的外觀、光澤、色差等汽車外觀性能，詳細(xì)記錄外觀、使用功能變化現(xiàn)象說明。

2、結(jié)果與討論

2.1 失效行為統(tǒng)計(jì)分析


吉達(dá)試驗(yàn)場樣車的主要失效行為有發(fā)白、開裂、玻纖外露及腐蝕生銹等，圖1統(tǒng)計(jì)了樣車經(jīng)過一年暴露試驗(yàn)后不同失效類型出現(xiàn)的次數(shù)占比，其中發(fā)白失效行為占比約為41%，開裂約19%，玻纖外露約11%，生銹約7%。
圖1 吉達(dá)與國內(nèi)典型試驗(yàn)場內(nèi)試驗(yàn)車失效行為統(tǒng)計(jì)  吐魯番（左） 吉達(dá)（中） 瓊海（右） 

與我國濕熱與干熱氣候環(huán)境中的汽車整車耐候性試驗(yàn)失效行為統(tǒng)計(jì)結(jié)果相對比可以看出，試驗(yàn)車在吉達(dá)進(jìn)行自然暴露試驗(yàn)時，由于長期的高溫作用，已經(jīng)對汽車非金屬零部件造成了嚴(yán)重的損傷，具有干熱氣候老化特征[4]；另一方面，由于吉達(dá)屬于瀕海城市，空氣相對濕度較高，夜晚容易在汽車外飾件表面形成凝露，且海風(fēng)夾雜海鹽離子，樣車已出現(xiàn)金屬件腐蝕生銹失效行為，表現(xiàn)出濕熱氣候老化特征[5]。由此看來，汽車整車在吉達(dá)開展自然暴露試驗(yàn)時，同時具有干熱和濕熱老化腐蝕特征。

2.2發(fā)白

非金屬件顏色變淺、發(fā)白是汽車耐候性試驗(yàn)中常見的外觀變化形式之一，這一現(xiàn)象主要來自于太陽輻射、高溫等環(huán)境因素作用引發(fā)高分子材料發(fā)生的熱老化。


圖2 出現(xiàn)發(fā)白失效的典型非金屬零部件 （左）橫梁塑料蓋板 （右）發(fā)動機(jī)塑料蓋板

圖2是汽車整車在吉達(dá)試驗(yàn)場試驗(yàn)過程中出現(xiàn)發(fā)白的典型零部件。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，吉達(dá)試驗(yàn)場樣車的失效行為中，非金屬件發(fā)白占比約為41%，其中車頭外飾件及發(fā)動機(jī)艙是出現(xiàn)非金屬件發(fā)白最多的區(qū)域。結(jié)合車頭部位及發(fā)動機(jī)艙的服役環(huán)境條件進(jìn)行分析，進(jìn)一步證實(shí)直接的陽光照射及長期的高溫是導(dǎo)致汽車非金屬零部件發(fā)白的重要原因之一；同時，汽車在吉達(dá)的發(fā)白失效行為與在我國吐魯番典型干熱環(huán)境下的服役行為較為相似。

2.3 開裂

吉達(dá)試驗(yàn)場樣車的另一主要失效行為是非金屬件開裂。開裂是橡膠和油漆涂層老化的后期常見的老化現(xiàn)象。非金屬部件開裂主要是因?yàn)樵诃h(huán)境溫度循環(huán)作用下，非金屬部件制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得到釋放，同時，強(qiáng)烈的太陽輻照使非金屬部件的老化更加嚴(yán)重，降低了部件的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致非金屬部件的開裂，甚至斷裂。


圖3 典型開裂失效非金屬零部件（左）噴水鼻 （右）雨刮器

圖3是汽車整車在吉達(dá)試驗(yàn)場暴露過程中出現(xiàn)開裂的典型零部件。從裂紋分布的主要零部件可以看出，太陽輻照及高溫也是導(dǎo)致非金屬件開裂的主要原因；汽車在吉達(dá)的開裂失效行為與在我國吐魯番地區(qū)的服役行為較為相似，且干熱地區(qū)試驗(yàn)車比其它氣候地區(qū)試驗(yàn)車更容易出現(xiàn)非金屬件開裂現(xiàn)象，這一點(diǎn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段需著重考慮。

2.4 腐蝕生銹

在通常的干熱環(huán)境條件下，汽車金屬部件一般不發(fā)生腐蝕生銹失效。這是因?yàn)楦蔁岬貐^(qū)一般空氣相對濕度較低，夜晚汽車外飾件表面很難形成凝露，同時，干熱地區(qū)一般離海較遠(yuǎn)，空氣中幾乎沒有鹽粒子，腐蝕等級低。然而，沙特吉達(dá)地理位置特殊，靠近紅海，海風(fēng)帶來濕潤的空氣以及可導(dǎo)致金屬腐蝕的鹽粒子，從而導(dǎo)致吉達(dá)大氣環(huán)境具有較高的空氣相對濕度及較強(qiáng)的腐蝕性。圖4是吉達(dá)試驗(yàn)場樣車出現(xiàn)腐蝕失效的典型金屬部件。


圖4 典型生銹失效金屬部件（左）冷卻液金屬蓋  （右）固定螺絲

進(jìn)一步分析汽車涂層的劃痕腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示。試驗(yàn)前后的對比分析可以看出，經(jīng)過一年的自然暴露試驗(yàn)后，均出現(xiàn)劃痕部位的腐蝕失效行為。汽車外飾涂層如果出現(xiàn)涂層的破壞，金屬基材極易發(fā)生腐蝕失效。


圖5 車身涂層劃痕腐蝕試驗(yàn)圖片（左）試驗(yàn)前  （右）試驗(yàn)后

也就是說，吉達(dá)地區(qū)的大氣環(huán)境具有較高的腐蝕等級，防護(hù)不當(dāng)?shù)慕饘倩w較為容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，因此需針對性地開展防腐工藝設(shè)計(jì)。

總結(jié)

通過沙特吉達(dá)整車自然暴露試驗(yàn)失效行為的統(tǒng)計(jì)與分析，可以得出以下結(jié)論：

? 沙特吉達(dá)地區(qū)的整車失效行為具有特殊性，同時具備汽車整車在我國國內(nèi)典型干熱和濕熱環(huán)境失效行為特征。試驗(yàn)樣車表現(xiàn)出的主要失效現(xiàn)象有非金屬件發(fā)白、開裂以及金屬件生銹等，分別占比約為41%、 19%、7%；

? 瀕海沙漠干熱環(huán)境條件下的開裂與腐蝕特性顯著影響汽車耐候性設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)該地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)方法時，必須考慮太陽輻射、高低溫、濕度、鹽離子濃度等典型的環(huán)境因素。
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