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汽车用轻量化材料的腐蚀

通过德拉Anggabrata |的审查,Raghvendra Gopal选择目录
发布日期:2021年5月11日
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纤维增强复合材料是汽车应用的坚固和轻量化材料,但它们可能导致电偶腐蚀。

整个汽车行业人们的兴趣越来越大以轻质建筑材料达到更好的燃油经济性并满足法规要求。大多数汽车制造商利用最近在高强度钢、超高强度钢、铝合金、镁合金复合材料.从历史上看,是否受欢迎是因为它提供了卓越耐蚀性与传统的钢铁相比。这篇文章将探索追求更轻的材料,可能或可能不提供同样好的耐腐蚀性。

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汽车工业中的镁腐蚀和腐蚀保护解决方案

最轻的工程金属是什么用于结构应用.然而,镁在汽车行业的增长相对来说是有限的由于镁及其合金的耐蚀性较差。镁的含量最低高贵的电化学势任何用于汽车零件的金属与铝相比,这也是一种活性金属在美国,镁具有多孔和无保护的表面氧化层这并不提供钝化从腐蚀。

提高镁合金耐蚀性的一个主要步骤是引入高纯合金,但这并不改变镁合金的耐蚀性电化学腐蚀当镁与另一种金属和一种电解液.(了解更多关于电偶腐蚀的文章为什么两种不同的金属会引起腐蚀?

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a的使用障涂层是防止镁合金腐蚀的一种可行方法。然而,阻挡层也有可能产生不利的阳极/阴极面积比在涂层缺陷网站。以往的经验表明目前,大部分有机涂料epoxy-based涂料不能永久地防止含水电解质渗透到下面的镁基板。一旦水电解质到达任何镁基板,腐蚀反应可以在不需要氧气的情况下开始,并导致氢生成。氢就会形成水泡最终破坏了防腐系统。

腐蚀工程师通常不参与汽车设计的早期阶段,而后者通常更专注于有限元分析(FEA)为结构要求和流动模拟铸造的过程。为解决上述问题,应考虑以下要点:

  • 短期内,发展一个强健的,自愈,经济实惠,对环境友好涂层系统镁合金应该优先考虑。涂装系统应有抗划伤并满足现有行业要求,如GMW/SAE/ iso相关标准。为了在经济上具有竞争力,理想的目标成本应该低于1美元/百万美元2
  • 从长期来看,耐腐蚀镁合金应具有腐蚀速率小于0.1 mm/年(通常在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡7天后)或具有等同于或优于行业标准竞争铝合金(如Silafont 36, A356,甚至AA5xxx和AA6xxx合金)的腐蚀性能腐蚀测试.这可以通过添加合金元素形式来实现,以提高耐蚀性或促进致密的发展钝化膜表面上。
  • 表面涂层可以扩大镁在汽车上的应用范围。等离子体电解氧化(PEO)作为表面涂层是汽车工程师的解决方案吗设计和指定汽车零部件。PEO的独特技术使用电解液浴和等离子体,通过三个不同的阶段形成类似陶瓷的材料双涂层镁合金。该工艺可以在每个阶段进行调整,以根据精确的需求定制涂层。多层涂层的顶层也很高多孔并且可以将电解液的内容包含在表面涂层中,以包含额外的性能。

碳纤维增强聚合物与金属之间的电偶腐蚀

碳被用作一种强化相碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP).cfrp对工程师有吸引力,因为它们具有高比强度是汽车应用的轻量化材料。

只有纤维增强复合材料被认为是耐腐蚀的。然而,当与金属结合时,这会产生腐蚀问题.碳纤维增强塑料是导电在电化学上也很高贵。因此,当金属或合金与cfrp不适当地连接(如有电气连接)时,金属很容易受到电偶腐蚀。(欲了解更多信息,请阅读碳纤维增强聚合物连接金属的电偶腐蚀.)

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当加上紧固件由于CFRP的大表面积与小的金属部件耦合在一起,情况变得更糟。在这种情况下,由于阴极与阳极的高表面积比(Ac/Aa),电偶腐蚀的速度可能会加快。

金属对碳复合材料的电偶腐蚀据报道自1970年代以来。然而,合适的材料和合适的材料连接方法的设计还有待确定。

汽车应用中对cfrp的持续需求要求对碳纤维复合材料和汽车工程材料之间的电偶腐蚀进行进一步系统的研究,包括一系列钢(经过一系列表面处理)和许多铝合金。尤其重要的是,不同的材料组合、几何形状和连接方法对随后的腐蚀强度的影响。

混合材料在车身白色阶段的电偶腐蚀策略

白车身阶段(The body in white, BIW)是指汽车制造过程中车身各部件被连接在一起的阶段。传统上,整车由混合材料制成,在最终组装期间,这些混合材料依次连接到主要为钢的车身上。为了实现更轻、刚度更高的车辆,车身结构需要更复杂的不同材料的“混合”。(相关阅读:新材料科学研究对未来腐蚀控制的启示.)

凯迪拉克CT6是通用汽车第一款混合材料制造的汽车,它采用了不同等级的钢板、铝板、铸件和挤压件,如图1所示。雪佛兰迈锐宝(Chevrolet Malibu)等其他车型也遵循了类似的趋势。

混合材料车体凯迪拉克CT6和雪佛兰迈锐宝图1所示。混合材料车身为白色雪佛兰迈锐宝和凯迪拉克CT6
来源:汽车用轻质材料的防腐蚀


不同的材料合金在电偶腐蚀和它们的不同方面带来了挑战热膨胀系数.数值模拟方法已经证明了预测的潜力化电流分布。

在汽车应用中,这种材料可以被认为是在一种电解质环境的薄膜下。因此,由于电化学体系和电导率路径的不断演变或变化,腐蚀行为(和电偶腐蚀行为)将变得复杂。

最近,建立了薄膜模型由一家软件公司模拟薄膜电解质下的电偶腐蚀,进一步的逻辑追求是广泛的实验验证这样的模型。初步研究表明,该方法具有良好的应用前景盐雾试验组件级别的结果。随着进一步的发展,这种建模-实验相结合的方法可能有助于模拟整个混合材料车辆的总电流和潜在分布。

模拟为腐蚀建模提供了一种更简单的方法

腐蚀建模允许工程师在给定的时间内预测任何组件的腐蚀可能性。等参数相对湿度盐载密度可作为参数输入。的仿真结果可以进行比较结合实际的盐雾试验,从耐腐蚀的角度检查涂层的寿命,并检查结果的相关性。

新技术启发下的腐蚀防护的未来

如今,汽车已经融入了大量的“智能”功能,如胎压监测和其他智能诊断系统,这些功能已成为行业标准。因此,可以预期a腐蚀监测该系统在将来可能会实现。例如,适当的传感器能够实时监测关键位置的腐蚀速率,可能在系统故障前提供警告。

此外,机器学习和人工智能可能会收集现场腐蚀数据并进行处理远程数据分析以产生更精确的实验室与现场的关联。这是至关重要的,与腐蚀的更广泛领域相关,可以补充和增加个别工程师的经验。

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Della Anggabrata的头像

德拉是一名土木工程师,在咨询行业拥有丰富的发展经验,具有将土木和岩土工程结合起来的独特技术技能。她的工作主要集中在加拿大不列颠哥伦比亚省下大陆的地下基础设施项目。她的一些项目包括大直径水管、水和废水处理厂、卫生设施和土地开发。她是工程设计和项目管理的关键贡献者,也为团队取得的每一次成功提供了坚实的基础。

黛拉在温哥华英属哥伦比亚大学获得土木工程学士学位,毕业时获得了优异的成绩。在她的空闲时间,她是一个烹饪的美食家,喜欢旅行和打网球。她总是渴望品尝和体验新的菜肴和食谱。

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