2023-12-11 15:00:58, 微谱失效分析专家 1有限公司
汽车中的制动系统、空调系统、动力系统、传动系统等等均会有流体做功的应用,这些流体不论是制动液、润滑油、冷却液、压缩空气、甚至超临界流体,做功时均离不开管路。从材质角度,管路包括各种金属、合金、塑料、橡胶等材质,在使用过程中也难免发生管路的失效导致系统性故障。
*本文仅通过一些管路的常见例子提示在管路应用中应重视的一些风险。
金属管路、连接件在异常情况下可能发生腐蚀,具体情况往往包括管路上有腐蚀物/赘生物附着、管路材质被腐蚀、液体环境受到破坏、系统报错、或更严重的后果。
失效分析时,要综合分析液体环境被破坏的状态及其他系统故障的情况,分析的逻辑起点可以是腐蚀/赘生物的详尽分析,而后推演到系统中其他物料的性质改变的分析。
1、通过SEM-EDS观察截面可见基材表面生长有明显蓬松的腐蚀层
2、通过FTIR研究腐蚀产物的成分特征主要为碱式碳酸锌
3、通过XRD可以见异物中更多的成分信息,包括Zn7(CO₃)₂(OH)10、Zn5(CO₃)₂(OH)6等不同形式的碱式碳酸锌复杂的晶型,此外还有碳酸锌ZnCO₃、氧化锌ZnO、碱式氯化铜CuCl₂·3Cu(OH)₂、碱式碳酸铜Cu₃(CO₃)₂(OH)₂、碳酸铜CuCO₃、氧化铜CuO、氧化亚铜Cu₂O等无机物。
4、环境化学物质分析与溯源发现管路的液体环境中存在有机酸(如马来酸、乙醇酸、羟基乙叉二膦酸等)以及胺类物质对金属元素具有螯合作用,可导致原本不溶于水的金属盐类物质因螯合作用增大溶解度,对腐蚀有促进作用。
橡胶是管路系统中较重要的材质,橡胶管可以通过胶种的并用、补强、软化、硫化、交联密度调控、防护剂的调整等配方设计、工艺设计调节胶管性能。
本例是制动系统管路发生制动液渗漏、制动力不足,漏点存在腐蚀迹象。通过分析发现胶管中的防护剂流失严重,EPDM发生部分降解,EPDM中出现含氧片段,制动液深入橡胶组织内部。
本例中发动机油泵的PA11油管发生滑脱,导致事故。与油泵连接处的油管内壁无明显材料破坏的痕迹,失效尼龙管的脱落不是受力所致。经测量滑脱位置在汽油中浸泡后尺寸略超过技术规范的公差要求,而浸泡前符合要求,从而导致油管滑脱处发生了溶胀。
经成分分析发现失效的油管中包含如下成分:
树脂为PA11和PA12的混合物。
有少量N-丁基苯磺酰胺(BBSA)做增塑剂。
乙醇、稠环芳烃等汽油中的成分进入油管。
经成分分析发现,尼龙管中有杂料且耐油性不足,汽油中的多种成分进入了尼龙管中,导致增塑剂BBSA减少且尼龙管溶胀。溶胀的直接结果是体积和尺寸变大,导致抱紧力下降,产生尼龙管从法兰盘上脱落的结果。
PVC在汽车中的一些非承压管路中使用很多,有时也会发生损坏、断裂甚至老化碎裂的情况。PVC管路的成分包括PVC树脂、多种增塑剂(DIDP、DOTP、TOTM、环氧大豆油等等)、稳定剂、抗氧剂、填料等。其中增塑剂可能析出、抗氧剂可能被消耗、PVC树脂可能发生降解产生HCl、填料例如碳酸钙遇到酸性物质可能被腐蚀形成微孔等破坏结构。
这些成分变化的诱发因素往往包括热氧老化因素、环境物质对增塑剂的萃取、管路内部液体对PVC管组分的腐蚀等。
小结
涉及到系统运行过程中的管路的异常都是常常遇到失效问题,但是由于这些管路异常往往伴随着系统异常,系统中的液体使系统中各个部件都处于相似的、相互作用的环境中,往往需要整体分析与排查,需要清晰地呈现管路的化学成分、铆定管路的破坏形式、对进入管路中的物质做系统性地溯源,从材料学系统的角度理解系统的失效问题。
微谱已积累多年的失效分析技术经验,并通过微观成分分析、材料表征、性能测试、缺陷定位、可靠性验证等手段,建立了为材料、电子元器件及模组、PCB/PCBA、系统及总成等领域提供综合解决方案的微诊断™微谱失效分析平台。同时建立了完善的谱图数据库,可为产品在研发生产、储存运输、终端使用过程中发生的失效提供专业性解决方案,如有相关需求,欢迎详询!
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