一、項(xiàng)目背景　　
      國(guó)務(wù)院《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃（2013-2020）年》中提出，要在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、 戰(zhàn)略性新興 產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)等經(jīng)濟(jì)社會(huì)重點(diǎn)領(lǐng)域，按照全產(chǎn)業(yè)鏈、全溯源鏈、全壽命周期、前瞻性的總體要求，研究具有產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)的量值傳遞技術(shù)和產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，構(gòu)建國(guó)家產(chǎn)業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試服務(wù)體系?！妒袌?chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心建設(shè)的指導(dǎo)意見（國(guó)市監(jiān)計(jì)量〔2020〕72號(hào)）》中也明確了籌建國(guó)家產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心的總體要求和主要任務(wù)，規(guī)范了籌建和驗(yàn)收要求?！　?br/> 
      中國(guó)中車作為高速列車產(chǎn)業(yè)裝備的引領(lǐng)者，為積極響應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試服務(wù)體系建設(shè)的需要，進(jìn)一步發(fā)揮國(guó)家高速列車產(chǎn)業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，做好國(guó)家高速列車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)支撐，依托旗下龍頭企業(yè)中車四方股份公司組織籌建國(guó)家高速列車產(chǎn)業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試中心。該中心已于2018年8月28日獲得國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局籌建批準(zhǔn)?！　?br/> 
      高速列車是指能以高速度持續(xù)運(yùn)行的列車，最高行駛速度一般要達(dá)到200km/h 以上。我國(guó)高速動(dòng)車組產(chǎn)品覆蓋時(shí)速200~250公里、300~350公里及以上速度級(jí)，已經(jīng)形成了系列化、譜系化的高速動(dòng)車組產(chǎn)品平臺(tái)，高速列車產(chǎn)業(yè)已成為支撐國(guó)家重大戰(zhàn)略實(shí)施和拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)科學(xué)進(jìn)步和綜合國(guó)力的提升做出了貢獻(xiàn)?！　?br/> 
      高速列車主要采用輕量化鋁合金材料制造，具有運(yùn)行速度高、運(yùn)輸能力大、安全性能高、能源消耗少、污染環(huán)境輕、乘坐舒適、社會(huì)效益好、全天候運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。材料性能直接關(guān)乎高速列車全壽命周期的運(yùn)營(yíng)安全，適用于高速列車的材料性能檢測(cè)技術(shù)的配套發(fā)展對(duì)支撐我國(guó)高速列車產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展意義重大。
 
二、項(xiàng)目介紹　　
      車體是高速列車系統(tǒng)中最重要的組成部件之一，主要由司機(jī)室、底架、側(cè)墻、車頂、端墻及車下設(shè)備艙組成。車體斷面結(jié)構(gòu)為雙層中空結(jié)構(gòu)，由鋁合金型材和板材組焊而成，如圖1所示。底架、側(cè)墻、端墻所用鋁合金板材主要材質(zhì)為7B05-T4、6082-T651、6005A-T6、5083-O；車頂、司機(jī)室所用鋁合金板材主要材質(zhì)為 5083-O；底架所用鋁合金擠壓型材主要材質(zhì)為 7B05-T5、6A01-T5、6005A-T6、6082-T6等。車頂、側(cè)墻、端墻、司機(jī)室所用鋁合金擠壓型材主要材質(zhì)為 6A01-T5、6005A-T6、5083-H112 等。

 
圖1 動(dòng)車組車體斷面圖

（一）項(xiàng)目需求分析　　
      隨著我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展，高速化軌道交通裝備及其制造技術(shù)的引進(jìn)，使我國(guó)軌道交通裝備的水準(zhǔn)迅速與國(guó)際接軌，軌道交通裝備制造業(yè)的技術(shù)水平得以快速提高。基于軌道交通快速發(fā)展對(duì)高速列車輕量化的要求，鋁合金材料因其優(yōu)異的綜合性能以及成熟的異型截面和中空大截面擠壓技術(shù)，已被廣泛用于制造高速列車車體各主要部件，鋁合金材料全壽命周期的服役穩(wěn)定性對(duì)列車的安全運(yùn)營(yíng)有著至關(guān)重要的影響，而腐蝕問題是影響材料安全服役的典型問題，其中的耐晶間腐蝕性能又是考量鋁合金材料耐腐蝕性能的重要指標(biāo)。因此，建立適用軌道車輛特點(diǎn)的鋁合金晶間腐蝕測(cè)試方法，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，從原材料角度保證列車安全運(yùn)營(yíng)成為本次研究的課題。軌道車輛用鋁合金材料晶間腐蝕測(cè)試存在的主要技術(shù)難點(diǎn)有： 　　
 
（1）國(guó)內(nèi)、外鋁合金晶間腐蝕性能相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了2xxx系、5xxx系以及 7xxx系鋁合金的測(cè)試方法，而決6xxx系鋁合金的晶間腐蝕性能測(cè)試則無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)；　　
 
（2）車體主要結(jié)構(gòu)型材斷面形式多樣、復(fù)雜，根據(jù)不同型材各自的擠壓融合特點(diǎn)，找到不同斷面的薄弱區(qū)域，對(duì)取樣位置、數(shù)量進(jìn)行規(guī)定，對(duì)于保證了型材檢驗(yàn)可靠性至關(guān)重要。型材的薄弱區(qū)對(duì)車體結(jié)構(gòu)的后期運(yùn)行安全至關(guān)重要。
 
（二）項(xiàng)目開展
1. 項(xiàng)目調(diào)研
（1）鋁合金晶間腐蝕機(jī)理分析　　
      與均勻腐蝕相比，鋁合金更傾向于發(fā)生局部腐蝕，每個(gè)地方的腐蝕程度會(huì)不同，嚴(yán)重腐蝕區(qū)域一般所占的比例比較小，但其潛在的危害性比均勻腐蝕要大得多，所以局部腐蝕為鋁合金研究與防護(hù)的重點(diǎn)。在鋁合金中，與晶界相關(guān)的局部腐蝕類型主要包括點(diǎn)蝕（PC）、應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）、晶間腐蝕（IGC）和剝落腐蝕（EC）?！　?br/> 
      晶間腐蝕是鋁合金在腐蝕溶液中發(fā)生的沿晶界或在晶界邊緣的地方向里慢慢擴(kuò)展的一種局部腐蝕，會(huì)形成很多黑色的腐蝕溝和腐蝕坑，并且晶粒和晶粒之間存在相互分離的傾向，更有甚者還會(huì)發(fā)生一些晶粒從合金材料表面脫落的現(xiàn)象，出現(xiàn)嚴(yán)重的晶間腐蝕，嚴(yán)重降低了鋁合金的強(qiáng)度?？p隙腐蝕或者點(diǎn)蝕有機(jī)會(huì)逐漸發(fā)展為晶間腐蝕?！　【чg腐蝕的特征是：從宏觀角度來看，鋁合金表面似乎沒有發(fā)生什么變化，但在腐蝕嚴(yán)重的情況下，晶粒之間已經(jīng)喪失結(jié)合力，表現(xiàn)為輕輕敲擊遭受晶間腐蝕的合金，已經(jīng)發(fā)不出清脆的金屬聲，再用力敲擊時(shí)合金材料會(huì)碎成小塊，甚至形成粉狀，完全失去強(qiáng)度，造成零件和設(shè)備突然失效，因此它是一種具有較大破壞性的局部腐蝕，對(duì)列車的安全運(yùn)營(yíng)影響重大。從微觀角度來看，腐蝕是始發(fā)于表面，沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展，腐蝕形貌是在晶界上或者在晶界附近生成很多不規(guī)則形狀的腐蝕裂紋和腐蝕坑?！　?br/> 
對(duì)鋁合金晶間腐蝕的研究主要包括三種理論：　　
a）晶格本體與晶界析出物之間的腐蝕電位差形成電偶腐蝕，從而致使晶間腐蝕的發(fā)生?！　?br/>b）晶格本體與晶界析出物之間的擊穿電位差致使晶間腐蝕的發(fā)生?！　?br/>c）由于晶界析出相的溶解，從而形成更強(qiáng)侵蝕性的閉塞區(qū)腐蝕介質(zhì)，致使發(fā)生連續(xù)晶間腐蝕。 　　
 
一般情況下，鋁合金想要發(fā)生晶間腐蝕需要同時(shí)滿足下面三個(gè)條件：　　
①Al 基體與晶界析出相之間有腐蝕電位差，且電位差不小于 100mV?！　?br/>②在晶界處有析出相的連續(xù)分布?！　?br/>③有腐蝕環(huán)境的存在?！　?br/> 
      在鋁合金中易于產(chǎn)生晶間腐蝕的主要包括：2xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、7xxx系鋁合金。因?yàn)?xxx系鋁合金基體與析出物的電化學(xué)性質(zhì)接近，所以一般不發(fā)生晶間腐蝕，但是如果合金中有硅（Si）過剩、添加了銅（Cu）或者不合適的熱處理工藝，都會(huì)增加鋁合金的晶間腐蝕傾向性。晶間腐蝕的擴(kuò)展速率比點(diǎn)蝕的要快，但是因?yàn)楦g溶液和氧氣（O2 ）在狹小的腐蝕通道中輸送較難，所以晶間腐蝕的深度是比較有限的。當(dāng)向合金材料深的地方停止腐蝕時(shí)或者向深的地方腐蝕比較緩慢時(shí)，晶間腐蝕會(huì)沿橫向方向，而向整個(gè)合金表面擴(kuò)展?！　?br/> 
（2）國(guó)內(nèi)外相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研　　
      鋁合金晶間腐蝕測(cè)定相關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 主 要 有：《GB/T 7998-2005 鋁 合 金 晶 間 腐 蝕 測(cè) 定 方法》 和《ASTM G110-92(Re2009) Standard Practice for Evaluating Intergranular Corrosion Resistance of Heat Treatable Aluminum Alloys by Immersion in Sodium Chloride + Hydrogen Peroxide Solution》。其中，GB/T 7998主要參考ASTM G110編制， 適用于2xxx系、5xxx 系、7xxx系鋁合金的檢查和測(cè)定， 未涉及6xxx系鋁合金；ASTM G110-92(Re2009) 標(biāo)準(zhǔn)中也未對(duì) 6xxx 系鋁合金晶間腐蝕的測(cè)定做細(xì)節(jié)性的說明。2. 研發(fā)過程　　
 
（1）樣本積累　　
      根據(jù)前期鋁合金性能測(cè)試分析經(jīng)驗(yàn)，選取具有代表性的鋁合金型材和板材為研究對(duì)象，針對(duì)擠壓融合特點(diǎn)進(jìn)行平行取樣對(duì)比測(cè)試，取樣涵蓋同爐同批次、同爐不同批次和不同爐不同批次，確保足夠的樣本數(shù)，為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制定積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲得適用于高速列車車體鋁合金用晶間腐蝕測(cè)試方法和評(píng)判依據(jù)?！　?br/> 
（2）標(biāo)準(zhǔn)編制　　
      通過對(duì)既有鋁合金晶間腐蝕相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的分析，結(jié)合前期積累的數(shù)據(jù)，制定《軌道車輛用 6 系鋁合金材料晶間腐蝕試驗(yàn)方法》，規(guī)定試驗(yàn)試劑、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)步驟及試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法，為材料的選用提供支撐?！　?br/> 
為了保證標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性和可操作性，結(jié)合和參考國(guó)內(nèi)、外有關(guān)鋁合金材料晶間腐蝕技術(shù)資料，在標(biāo)準(zhǔn)條文中結(jié)合實(shí)際情況作了一些相應(yīng)的規(guī)定，要點(diǎn)如下：　　
1）試驗(yàn)試劑：開展試驗(yàn)所需試劑的種類以及配比主要參考GB/T 7998-2005《鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法》中的規(guī)定。　　
2）試樣要求：根據(jù)高速列車車體用鋁型材、鋁板材特點(diǎn)，結(jié)合前期積累的晶間腐蝕測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，推薦了常用的試樣規(guī)格；為保證試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，規(guī)定每組平行試樣數(shù)量 3 個(gè)且取自同一批號(hào)材料；對(duì)于鋁型材，因其擠壓融合口通常可能存在薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)這類典型區(qū)域須加以考量?！　?br/>3）試驗(yàn)程序：溶液配制和試 驗(yàn) 溫 度 參 照 GB/T 7998-2005《鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法》來 確 定， 試 驗(yàn) 時(shí) 間 根 據(jù) ASTM G110-92(Re2009) 和前期測(cè)試經(jīng)驗(yàn)來確定。　　
4） 結(jié)果評(píng)定：依據(jù) GB/T 7998-2005《鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法》中晶間腐蝕等級(jí)表，以腐蝕的最大深度對(duì)測(cè)試結(jié)果來進(jìn)行等級(jí)劃分。　　
 
（3）成果運(yùn)用　　
      通過軌道車輛用鋁合金材料晶間腐蝕性能評(píng)價(jià)技術(shù)研究，建立的鋁合金晶間腐蝕測(cè)試方法在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用?！　?br/>

（4）成果展現(xiàn)　　
      目前已申報(bào)《軌道車輛用 6系鋁合金材料晶間腐蝕試驗(yàn)方法》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，待頒布實(shí)施。隨著公司動(dòng)車組產(chǎn)品全6系化發(fā)展戰(zhàn)略，通過建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可客觀評(píng)價(jià)高速 列車用6005A、6A01以及6082材料是否可裝車使用，為協(xié)同供貨技術(shù)條件提供技術(shù)支撐。
 
三、項(xiàng)目總結(jié)　　
      通過分析國(guó)內(nèi)外鋁合金晶間腐蝕相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合對(duì)鋁合金晶間腐蝕機(jī)理的研究，從現(xiàn)車特點(diǎn)出發(fā)，開展大量樣本測(cè)試，完成了適用高速列車特點(diǎn)的鋁合金晶間腐蝕測(cè)試方法的建立，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，從原材料角度保證列車安全運(yùn)營(yíng)。
 
四、結(jié)束語(yǔ)　　
      國(guó)家高速列車產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心將秉承中國(guó)中車發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持國(guó)家需要至上、產(chǎn)業(yè)發(fā)展至上工作原則，堅(jiān)持自主創(chuàng)新、開放創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新，堅(jiān)持正向設(shè)計(jì)方向，以需求牽引為導(dǎo)向，創(chuàng)新計(jì)量校準(zhǔn)服務(wù)模式，以服務(wù)和支撐高速列車產(chǎn)業(yè)發(fā)展為使命，全面提升技術(shù)創(chuàng)新能力，推動(dòng)中國(guó)軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)向產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈高端攀升，為實(shí)現(xiàn)中車創(chuàng)造與中國(guó)創(chuàng)造和高速列車產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。