消聲器用不銹鋼的冷凝液腐蝕行為研究
為了滿足日益嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)以及消費(fèi)者對產(chǎn)品質(zhì)量和美觀的要求，汽車排氣系統(tǒng)用材正向輕量化、長壽命、耐高溫氧化和耐腐蝕的方向發(fā)展，這對排氣系統(tǒng)用鋼的服役性能提出了更高的要求。汽車排氣系統(tǒng)一般包括岐管、前管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和尾管等，其中消聲器由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其服役環(huán)境具有較強(qiáng)的腐蝕性，是汽車排氣系統(tǒng)中較易發(fā)生腐蝕失效的部件之一。
目前，汽車消聲器用鋼主要有409、439和436等鐵素體系列無錫不銹鋼，由于這些鋼中合金元素的種類和含量不一樣，它們的抗氧化能力和耐腐蝕性能會有較大差異。為了認(rèn)識消聲器用無錫不銹鋼在汽車長距離行駛中的服役性能，研究了5種常用鐵素體不銹鋼在氧化-冷凝液浸泡循環(huán)作用下的腐蝕行為。
實(shí)驗(yàn)材料為商用409、429、439、436和441鐵素體不銹鋼，表1給出了5種鋼的主要化學(xué)成分。所有試樣的尺寸均為20mm×10mm×1mm。實(shí)驗(yàn)前，試樣用SiC水磨砂紙逐漸打磨至1000#，然后用丙酮及蒸餾水清洗，最后快速吹干。
表1 實(shí)驗(yàn)用無錫不銹鋼材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
|
鋼 |
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Mo |
Nb |
Ti |
N |
Fe |
|
409 |
0.009 |
0.35 |
0.21 |
0.001 |
0.023 |
11.40 |
0.09 |
0.005 |
0.14 |
0.14 |
0.0074 |
余量 |
|
429 |
0.011 |
0.94 |
0.93 |
0.001 |
0.025 |
14.26 |
0.22 |
0.45 |
0.40 |
0.20 |
0.0092 |
余量 |
|
439 |
0.011 |
0.40 |
0.25 |
0.002 |
0.017 |
16.76 |
0.08 |
0.004 |
0.021 |
0.23 |
0.0076 |
余量 |
|
436 |
0.012 |
0.42 |
0.28 |
0.002 |
0.018 |
17.61 |
0.08 |
0.75 |
0.01 |
0.22 |
0.0095 |
余量 |
|
441 |
0.009 |
0.44 |
0.27 |
0.001 |
0.028 |
18.18 |
0.13 |
0.005 |
0.42 |
0.17 |
0.0063 |
余量 |
一次循環(huán)實(shí)驗(yàn)包括兩個步驟：（1）氧化步驟：將試樣置于400℃加熱爐內(nèi)恒溫氧化2h，接著取出試樣空冷至室溫；（2）冷凝液浸泡步驟：將氧化后的試樣半浸泡于80℃的冷凝液中2h，然后取出試樣并用熱風(fēng)吹干。實(shí)驗(yàn)所用的冷凝液成分為：2.8×10-3mol/LNH4Cl+5.21×10-2mol/L（NH4）2SO4+1.6×10-3mol/LNH4NO3，溶液的pH值用稀硫酸調(diào)節(jié)到3?？偣策M(jìn)行100次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，并在循環(huán)實(shí)驗(yàn)期間測量試樣在冷凝液中的腐蝕點(diǎn)位和EIS譜。100次循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對各試樣表面進(jìn)行形貌觀察和成分分析，然后清洗掉試樣表面的氧化/腐蝕產(chǎn)物。使用KEYENCEVHX-100型數(shù)碼顯微鏡測量試樣上腐蝕坑的深度，測量精度為1μm。
結(jié)果表明：5種無錫不銹鋼表面氧化/腐蝕產(chǎn)物膜均主要由Cr2O3和Fe2O3組成。合金元素Cr與Mo對不銹鋼表面產(chǎn)物膜電阻及電荷轉(zhuǎn)移電阻的影響最為顯著。腐蝕坑深度從大到小依次為409、439、441、429和436不銹鋼，但439與441不銹鋼以及429與436不銹鋼的腐蝕深度相差很小，并且5種不銹鋼在汽車長距離行駛條件下均表現(xiàn)出良好的耐蝕性。