消声器用不锈钢的冷凝液腐蚀行为研究

为了满足日益严格的汽车尾气排放标准以及消费者对产品质量和美观的要求，汽车排气系统用材正向轻量化、长寿命、耐高温氧化和耐腐蚀的方向发展，这对排气系统用钢的服役性能提出了更高的要求。汽车排气系统一般包括岐管、前管、催化转换器、消声器和尾管等，其中消声器由于结构较为复杂，其服役环境具有较强的腐蚀性，是汽车排气系统中较易发生腐蚀失效的部件之一。
目前，汽车消声器用钢主要有409、439和436等铁素体系列不锈钢，由于这些钢中合金元素的种类和含量不一样，它们的抗氧化能力和耐腐蚀性能会有较大差异。为了认识消声器用不锈钢在汽车长距离行驶中的服役性能，研究了5种常用铁素体不锈钢在氧化-冷凝液浸泡循环作用下的腐蚀行为。
    实验材料为商用409、429、439、436和441铁素体不锈钢，表1给出了5种钢的主要化学成分。所有试样的尺寸均为20mm×10mm×1mm。实验前，试样用SiC水磨砂纸逐渐打磨至1000#，然后用丙酮及蒸馏水清洗，最后快速吹干。
表1 实验用不锈钢材料的化学成分（质量分数，%）
钢CSiMnSPCrNiMoNbTiNFe
4090.0090.350.210.0010.02311.400.090.0050.140.140.0074余量
4290.0110.940.930.0010.02514.260.220.450.400.200.0092余量
4390.0110.400.250.0020.01716.760.080.0040.0210.230.0076余量
4360.0120.420.280.0020.01817.610.080.750.010.220.0095余量
4410.0090.440.270.0010.02818.180.130.0050.420.170.0063余量

一次循环实验包括两个步骤：（1）氧化步骤：将试样置于400℃加热炉内恒温氧化2h，接着取出试样空冷至室温；（2）冷凝液浸泡步骤：将氧化后的试样半浸泡于80℃的冷凝液中2h，然后取出试样并用热风吹干。实验所用的冷凝液成分为：2.8×10-3mol/LNH4Cl+5.21×10-2mol/L（NH4）2SO4+1.6×10-3mol/LNH4NO3，溶液的pH值用稀硫酸调节到3。总共进行100次循环实验，并在循环实验期间测量试样在冷凝液中的腐蚀点位和EIS谱。100次循环实验结束后，对各试样表面进行形貌观察和成分分析，然后清洗掉试样表面的氧化/腐蚀产物。使用KEYENCE VHX-100型数码显微镜测量试样上腐蚀坑的深度，测量精度为1μm。
结果表明：5种不锈钢表面氧化/腐蚀产物膜均主要由Cr2O3和Fe2O3组成。合金元素Cr与Mo对不锈钢表面产物膜电阻及电荷转移电阻的影响最为显著。腐蚀坑深度从大到小依次为409、439、441、429和436不锈钢，但439与441不锈钢以及429与436不锈钢的腐蚀深度相差很小，并且5种不锈钢在汽车长距离行驶条件下均表现出良好的耐蚀性。