Urychlené korozní zkoušky v automobilovém průmyslu - normy Volvo VCS 1027 v korozních komorách Ascott Analytical

Ing. Pavel Medvec, Mgr. Radana Brábníková

     

Urychlené korozní zkoušky patří k jedněm z nejčastějších testů při vývoji a kontrole kovových součástek s povrchovou úpravou v automobilovém průmyslu. Norma ISO 9227, která byla v minulosti nejčastěji využívanou pro testování korozní odolnosti, je dnes často nahrazována novějšími standardy, které kombinují testy solnou mlhou s jinými testovacími cykly – kondenzací, sušením nebo kontrolovanou vlhkostí s případnými teplotními testy pod bodem mrazu. Tyto tzv. cyklické testy lépe simulují reálný životní cyklus výrobku a z automobilového průmyslu, kde se začaly používat, se postupně rozšiřují i do dalších průmyslových odvětví.  Příkladem těchto testů jsou PV 1200, 1209 a 1210 (koncern VW), D17 2028 (ECC-1, Renault), 510Z-SGO-A000 (Honda), testovací předpisy CCT 1-4 (používané automobilkami Nissan, Honda a Toyota) nebo GM9540P (General Motors).

Jedny z nejpřísnějších standardů pro cyklické korozní zkoušky vyvinula automobilka Volvo společně s Fordem, tyto standardy postupně přebírá i automobilka Scania. Jedná se o normy VCS 1027-149 (ACT I), VCS 1027-1449 (ACT II) a Ford CETP 00.00-L-467, kterými se dále zabývá tento článek. Volvo, Ford a Scania již dokonce schvaluje korozní komory jednotlivých výrobců pro použití v souladu s těmito testy. 

 

Obr. 1: Oscilující trubice s tryskami dle VCS 1027-149

VCS 1027-149 (ACT I)

Tato norma definuje urychlené korozní zkoušky pro hodnocení materiálů odolných vůči korozi v prostředí, kde je výrazné množství chloridových iontů, zejména NaCl z přímořského prostředí a z posypových solí používaných v zimních měsících. Norma specifikuje průběh testu a zkušební zařízení, které je pro tento test potřeba.

Zkušební komora pro tento test musí být navržena tak, aby byla schopna udržet
nastavenou průměrnou relativní vlhkost v toleranci ±3 % RH a teplotu v toleranci ±0,6°C. Maximální momentální povolená odchylka je pak stanovena na ±5 % RH v rozsahu 50 – 95 % RH při teplotě 40°C. Komora také musí zvládnout lineární změnu vlhkosti v závislosti na čase, a to z 95 % RH na 50 % RH během 2 hodin při zvyšující se teplotě z 35 na 50°C. K tomuto je již potřeba přídavná klimatizační jednotka, která dokáže při rostoucí teplotě zbavit vzduch přebytečné relativní vlhkosti.

Obr. 2.: Korozní komora Ascott Atmosfär pro testy VCS 1027

Oproti klasickým testům solnou mlhou (ISO 9227, ASTM B177, atd.) je v normě vyžadován jiný systém distribuce solné mlhy v testovací komoře. Rozprašující zařízení musí být schopno produkovat rovnoměrnou solnou mlhu na testované díly se spadovou rychlostí 15±5 mm/hod. Testovací roztok nesmí být po testu znovu použit pro další testy. Norma striktně doporučuje využití oscilující trubice s tryskami, vyrobené z korozivzdorných materiálů, která bude nad testovanými objekty ve výšce cca 1 metr. Požadavek na oscilující trubici je uveden na obrázku č. 1. Jako alternativu tohoto systému norma povoluje kompletní ponoření testovaného objektu do solného roztoku. 

Hmotností koncentrace chloridu sodného v demineralizované vodě je stanovena na 1±0,1 % a v normě jsou stanoveny maximální přípustné množství dalších prvků v testovacím roztoku. 

Další fází testu je sušení vlhkých testovaných objektů, proto musí být testovací komora vybavena systémem pro sušení vnitřního prostoru vzduchem. Doporučen je interní klimatizovaný okruh s průtokem vzduchu 50 – 100 l/s pro komory o objemu 1 – 2 m3.

Testovací cykly jsou pak specifikovány následovně. Hlavní týdenní testovací cyklus se skládá z dvou dvanáctihodinových podcyklů. jeden s kontrolou klimatických podmínek a druhý s aplikací solného roztoku.

Cyklus 1 

  • 4 hodiny konstantní klima 35°C a 95% RH
  • 2 hodiny teplotní růst z 35 na 45°C a současný pokles vlhkosti z 95 na 50%RH
  • 4 hodiny konstantní klima 45°C a 50%RH
  • 2 hodiny pokles teploty z 45 na 35°C a současný růst vlhkosti z 50 na 95%RH

Cyklus 2 - při týdenním testování je cyklus 1 nahrazen cyklem 2 v pondělky a pátky

  • 15 minut solná mlha
  • 1 hodina 45 minut konstantní klima 35°C s relativní vlhkostí 95 – 99%RH
  • Tyto dva kroky se opakují třikrát tak, aby byla jejich délka 6 hodin
  • 2 hodiny sušení při 50%RH a rostoucí teplotě z 35 na 45°C
  • 2 hodiny konstantní klima 45°C a 50%RH
  • 2 hodiny pokles teploty ze 45 na 35°C a současně růst vlhkosti z 50 na 95%RH

Celková délka testu je pak stanovena dle testovaného materiálu od 6 do 12 týdnů.

Obr. 3.: Proudění vzduchu kolem testovaných panelů do sběrného válce v komoře Ascott

Jak je patrné z jednotlivých kroků testu, některých podmínek nelze dosáhnout bez klimatizačního a odvlhčovacího zařízení (růst teploty při poklesu relativní vlhkosti a naopak). Proto si Volvo/Ford velmi hlídají výrobce testovacích zařízení, jestli jsou tato schopna dle jejich požadavků testovat. Jedním z mála schválených výrobců je britská společnost Ascott Analytical, která má své komory Atmosfär (obr. 2) schváleny jak Volvem, tak i společností Scania. Komory mají odvlhčovací zařízení s klimatizací, požadované proudění vzduchu (obr. 3) i oscilující trysku pro rovnoměrný spad solného roztoku přímo na vzorky. 

      

Obr. 5.: Týdenní průběh testu dle VCS 1027-1449 (ACT II)

VCS 1027-1449 (ACT II)

Tato norma, podobně jako předchozí 1027-149 (ACI) a CETP 00.00-L-467, specifikuje průběh testovacích cyklů a zařízení pro provádění těchto testů. Tento test se skládá ze 3 základních fází, které dohromady vytváří pracovní týden (5 opakování):

  • 6 hodin při pokojové teplotě s vystavením vzorků solné mlze (0,5% NaCl, 25°C)
  • 2,5 hodiny přechod (sušení) do podmínek třetí fáze
  • 15,5 hodin konstantní klima (50°C a 70% RH)

Po 5 opakováních nastává 48 hodinový cyklus simulující víkend – konstantní klima 50°C a 70%RH. Celkový průběh týdenního testu je zobrazen na obrázku 5.

Tento test, obecně označovaný jako ACT II, upravuje dříve vydanou metodu ACT I (VCS 1027-149) v několika aspektech – urychluje korozní rychlosti oceli a zinku, lze pomocí ní testovat i nalakovaný hliník, nebo je vhodnější pro korozní testování magnesia. 

Obr. 6.: Schéma komory pro testy dle VCS 1027-1449 (ACT II)

Stejně jako test ACT I, i tento test vyžaduje specifickou konstrukci testovací komory z důvodu správného proudění vzduchu a oscilující trysku pro rozprašování solného roztoku (viz obr. 6.).

Tato norma rovněž vyžaduje každoroční kalibraci spadu solné mlhy v celém prostoru komory. Odměrné válce o průměru 6 – 10 cm se rozloží v komoře ve vzdálenosti přibližně 15 cm jeden od druhého podél oscilující trubice s tryskami po celé její délce tak, aby byl vždy jeden válec přímo pod tryskou a jeden mezi jednotlivými tryskami. Na každou stranu od této trubice se z dalších odměrných válců udělají další dvě řady, tyto už nemusí být takto hustě osazeny. Rozložení odměrných válců je zobrazeno na obrázku 7, modře jsou zobrazeny odměrné válce v komoře. Množství spadu solné mlhy se pak měří v 25 – 50 ml odměrkách nebo gravimetricky.

Obr. 7.: Pohled shora na testovací prostor při kalibraci

Průměrný spad solné mlhy je dle požadavků normy za 6 hodin 5 – 10 l/m2, v žádném místě komory nesmí být spad nižší než 3 l/m2 a vyšší než 15 l/m2. Trysky na oscilující trubici musí být od sebe ve vzdálenosti 50 – 60 cm ve výšce cca 1 metr nad testovanými vzorky.

Normy VCS i CETP dále specifikují celou řadu parametrů a postupů, vyhodnocení testu, atd. Podstatné je ale použití zařízení, která jsou v souladu s těmito normami. Volvo, Ford i Scania mají jak schválené
externí laboratoře, které smí provádět testy dle jejich požadavků (většina za nich je ve Švédsku a Francii), tak i výrobce samotných zařízení, které splňují jejich požadavky. Celá řada světových výrobců nabízí komory v souladu s těmito normami, i když ve skutečnosti není konstrukce a systém rozprašování solné mlhy dle těchto norem. Tito výrobci pak spoléhají na toleranci zákazníků, kteří se s testy spokojí. Zejména Scania je ale na toto již velmi háklivá a jakýkoliv jiný systém pro tyto testy netoleruje. Vzhledem k vyšší ceně těchto testovacích komor je potřeba dbát při výběru zařízení na řešení, které opravdu splňuje požadavky těchto norem.

 

Použitá literatura:

Volvo Car Corporation Standard VCS 1027, 149

Volvo Car Corporation Standard VCS 1027, 1449

Ford Corporate Engineering Test Procedure CETP: 00.00-L-467 

Mgr. Radana Brábníková

Ing. Pavel Medvec

Ing. Michaela Pospíšilová

Renáta Sabolová