消聲器用不銹鋼的冷凝液耐磨行為研究

  為了滿足日益嚴格的汽車尾氣排放標準以及消費者對產(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、耐高溫氧化和耐耐磨的方向發(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,其中消聲器由于結構較為復雜,其服役環(huán)境具有較強的耐磨性,是汽車排氣系統(tǒng)中較易發(fā)生耐磨失效的部件之一。

  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耐磨性能會有較大差異。為了認識消聲器用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)作用下的耐磨行為。

  實驗材料為商用409、429、439、436和441鐵素體不銹鋼,表1給出了5種鋼的主要化學成分。所有試樣的尺寸均為20mm×10mm×1mm。實驗前,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。

  一次循環(huán)實驗包括兩個步驟:(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吹干。實驗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。總共進行100次循環(huán)實驗,并在循環(huán)實驗期間測量試樣在冷凝液中的耐磨點位和EIS譜。100次循環(huán)實驗結束后,對各試樣表面進行形貌觀察和成分分析,然后清洗掉試樣表面的氧化/耐磨產(chǎn)物。使用KEYENCE VHX-100型數(shù)碼顯微鏡測量試樣上耐磨坑的深度,測量精度為1μm。

  結果表明:5種不銹鋼表面氧化/耐磨產(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。耐磨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不銹鋼的耐磨深度相差很小,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。