排气消声器锈蚀问题分析

引言

随着我国汽车保有量的日益增加，汽车噪声污染越来越严重，发动机排气噪声是整车最主要的噪声源，消声器作为控制排气噪声的有效部件，其作用尤为重要。消声器锈蚀是主要的失效形式，影响使用寿命及对噪声的控制。作者结合实际情况，针对某款车型消声器锈蚀问题，从失效机理、产品结构、材料选择、工艺过程等方面进行分析、研究与验证。

1 问题描述

对某车型消声器近一年售后返回件进行统计分析，共发生失效28例，其中锈蚀26例，占比92.86%。经进一步观察发现，锈蚀件均为局部锈蚀且有坑洞，如图1所示。对消声器进行拆解，内部金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，局部有腐蚀坑，或者穿孔，锈蚀均发生在消声器壳体内部，并向外扩展，通过对失效件分析，确定腐蚀类型为点蚀。

2 锈蚀穿孔机理分析

排气系统主要由催化转化器、中间连接管、消声器及尾管组成。汽车在行驶过程中，尤其是反复起/停时，尾气经过催化转化器进入消声器，尾气会因温度降低而出现冷凝现象，形成冷凝水，聚积在消声器底部。冷凝水含有SO42-、CO32-、CL-、NO3-、SO32-、CH3COO-、HC00-等离子，具有较强的腐蚀性。消声器壳体材料为 SUH409L不锈钢，其表面不可避免的存在缺陷，使钝化膜在这些地方较为脆弱，冷凝水中的Cl— 能优先地吸附在该点钝化膜上，从而使表面钝化膜发生破坏，形成小蚀孔。孔内基体金属显露出来呈活化状态，电位较负（阳极），周围呈钝态，电位较正（阴极），形成电偶腐蚀电池。阳极面积小，电流密度很大，溶解速度进一步加快，加上受重力的作用，蚀孔不断加速向深处发展，最终形成穿孔。

图1 消声器壳体锈蚀照片

图2 消声器内部结构

孔内主要发生阳极溶解反应：Fe→Fe2++2e Cr→Cr3++ 3e[1]

3 消声器结构分析

对消声器结构进行分析，内部结构如图2所示，内出气管进气端口（A）距消声器壳体底部 L=20mm。经排水试验测试，存水量为6.32%，要求为小于4%。消声器存水量不达标，使用过程中，聚积在底部的冷凝水过多，容易对壳体造成腐蚀。

为使消声器中冷凝水排出，对内出气管结构进行优化，进气端口（A）距消声器壳体底部缩短为6mm，车辆行驶过程中，进气口处（A）压力高于出气口处(B)压力，利用流体力学的空吸作用将消声器内聚积的冷凝水排出。对结构改进后的消声器进行排水试验测试，存水量2.15%，满足要求。

4 消声器材料分析

消声器壳体为不锈钢材料，不锈钢的耐腐蚀原理为，在其表面铬与氧结合生成Cr2O3钝化膜，厚度1—6nm，钝化膜使金属与外界的介质隔离，阻止金属被进一步腐蚀，起到保护作用，有效的提升材料的耐腐蚀能力。

售后件的失效形式主要为冷凝水导致的点蚀，为验证不同材料耐冷凝水的腐蚀能力，选取排气系统冷端常用的SUH409L、409、SUS436L三种材料，通过试验室模拟汽车尾气冷凝水成分配制的腐蚀溶液进行冷凝水腐蚀试验。经20周期试验后，SUH409L、439、SUS436L表面形貌如图3所示，点蚀深度分别为：0.513mm、0.451mm、0.387mm。SUS436L材料中含有Mo元素，材料表层钝化膜的稳定性、致密性更高。研究结果表明，加入适量的 Mo，可提高不锈钢在还原性介质中的耐腐蚀能力，抗点蚀、抗缝隙腐蚀等性能，在这方面Mo的作用相当于Cr的3倍[2]。售后件消声器壳体材质为SUH409L，耐点蚀能力较差，将材料更换为SUS436L可提高其抗点蚀性能。

图3 冷凝水腐蚀试验后材料表面形貌

5 消声器生产工艺分析

对消声器生产工艺进行分析发现，内组件压入消声器壳体过程中，易划伤壳体内表面,伤及钝化膜，影响材料耐腐蚀性。为此，内组件压入消声器壳体前，在壳体入口处涂拉伸油，减小隔板与壳体摩擦，防止隔板划伤壳体。

对内组件压装前涂拉伸油与不涂拉伸油壳体样件进行盐雾试验对比，试验方法参考 GB/T10125-2012标准，试验时间200小时。试验结果显示：不涂拉伸油的壳体表面发生锈蚀现象，涂拉伸油的壳体表面未发生锈蚀现象。

6 结论

通过失效机理、产品结构、材料选择、工艺控制等方面分析、研究与验证发现，消声器设计排水结构，选择耐腐蚀性能更强的材料，并对原材料中非金属夹杂物及工艺过程进行控制，可有效改善消声器壳体锈蚀问题。优化后的消声器投入市场以来，目前无锈蚀穿孔问题发生，问题得到解决。