車用鋼板材料耐腐蝕性研究

李 寬

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

目前，國內(nèi)外乘用車車身防腐要求一般為三年油漆表面無銹蝕，十年無鈑金基材銹穿。部分汽車品牌的防腐要求更高。汽車車身不僅要滿足防腐要求，還要滿足剛度、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等要求，因此車身所用鋼板的種類繁多，如鍍鋅板材、不鍍鋅板材以及鋁硅鍍層熱成型板材，不同的板材其防腐性能不同[1]。因此，對于車用鋼板的防腐能力的對比研究及其重要。本文主要在同等循環(huán)試驗(yàn)條件對鍍鋅板、鋁硅涂層熱成型板以及非鍍鋅板的抗腐蝕能力研究，為不同鍍層的板材在車身上合理的應(yīng)用提供必要的理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)選用鋼板材料

試驗(yàn)材料選用鍍鋅板、鋁硅涂層熱成型、非鍍鋅板三類板材，每類板材各四塊。所有板材均為國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)提供，各類板材的尺寸均采用200x75x0.7mm的規(guī)格。經(jīng)測量，所提供的鍍鋅板鋅層厚度為 6-7um；所提供的鋁硅涂層熱成型板Al-Si鍍層厚度約為30μm[2]。

1.2 前處理及電泳材料

三種板材經(jīng)過同樣的前處理以及電泳工藝，即：隨車掛片電泳。試驗(yàn)采用的前處理是目前主要使用的傳統(tǒng)三元鋅系磷化材料，所用前處理的材料及電泳材料分別為凱密特爾及杜爾生產(chǎn)。經(jīng)電泳及烘房烘烤后，測量板材表面電泳膜厚為21-22μm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

腐蝕試驗(yàn)箱（圖1）：Koehler HKT1000，德國Koehler；畫線刀具（圖2）：畫線寬度為1 mm的Clemenmodel 28，德國Clemen。

圖1 腐蝕試驗(yàn)箱

圖2 劃線刀

1.4 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

考慮的轎車使用的實(shí)際使用工況及所處環(huán)境比較復(fù)雜，本次試驗(yàn)采用循環(huán)交變試驗(yàn)，該試驗(yàn)是不同氣候和腐蝕符合的循環(huán)變化的組合，能夠更好地模擬實(shí)際的使用環(huán)境。其中一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)共24小時(shí)，包括4小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)，4小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)氣候以及16小時(shí)濕熱存放；每5個(gè)循環(huán)后在標(biāo)準(zhǔn)氣候下存放2天；具體試驗(yàn)條件見表1。

表1 試驗(yàn)條件

在試驗(yàn)過程中，鋼板向上傾斜且考察區(qū)域朝上放置，避免考察區(qū)域表面出現(xiàn)積液的情況。各鋼板之間的距離需確保鹽霧能自由沉降在所有板上，且鋼板表面的鹽水溶液不應(yīng)滴落在其他任何零件上。鋼板彼此互不接觸，也不得和其他金屬或吸水的材料接觸。鋼板的支架材料采用惰性的非金屬。

試驗(yàn)過程中分別記錄試驗(yàn)初始狀態(tài)、15循環(huán)、30循環(huán)、60循環(huán)及90循環(huán)后的鈑金表面的腐蝕變化，評價(jià)鈑金表面的腐蝕劃痕寬度和鈑金表面起泡的狀態(tài)。

2 試驗(yàn)過程及記錄

2.1 試驗(yàn)初始狀態(tài)

鍍鋅板、鋁硅涂層熱成型板、非鍍鋅板三種樣板，電泳后測量電泳厚度，并用畫線刀（圖2）在試樣表面上劃一條75mm長的線，要求劃到基材；鍍鋅板、鋁硅涂層熱成型板、非鍍鋅板分別編號為“1”“2”“3”如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)15循環(huán)

2.2 試驗(yàn)15循環(huán)狀態(tài)

試驗(yàn)15循環(huán)后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態(tài)，如圖3所示，結(jié)果如下：

（1）鍍鋅板刻線位置開始出現(xiàn)白色鋅層銹蝕，平面上形成少量的點(diǎn)狀白銹，鈑金邊緣開始有輕微起泡；

（2）鋁硅板在刻線位置產(chǎn)生可見紅銹，非刻線位置鋁硅層開始出現(xiàn)少量輕微點(diǎn)狀銹蝕，鈑金邊緣有輕微紅銹擴(kuò)展；

（3）非鍍鋅板在刻線位置產(chǎn)生可見紅繡，非刻線位置開始有銹蝕斑點(diǎn)，鈑金邊緣有輕微銹蝕形成。

2.3 試驗(yàn)30循環(huán)狀態(tài)

圖4 試驗(yàn)30循環(huán)

試驗(yàn)30循環(huán)后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態(tài)，如圖4所示，結(jié)果如下：

（1）鍍鋅板在刻線位置及周邊鋅層起泡進(jìn)一步擴(kuò)展，非刻線位置銹蝕加劇，鈑金邊緣起泡數(shù)量明顯增加，在刻線位置開始銹蝕擴(kuò)展；

（2）鋁硅板在刻線位置可見紅銹變寬，非刻線位置有銹蝕斑點(diǎn)加深，鈑金邊緣紅銹明顯加深；

（3）非鍍鋅板在刻線位置可見紅銹明顯變寬，非刻線位置銹蝕斑點(diǎn)數(shù)量繼續(xù)增加，鈑金邊緣紅銹明顯加深。

2.4 試驗(yàn)60循環(huán)狀態(tài)

試驗(yàn)60循環(huán)后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態(tài)，如圖5所示，結(jié)果如下：

（1）鍍鋅板在刻線位置鋅層起泡外擴(kuò)加重，非刻線位置起泡嚴(yán)重，鈑金邊緣起泡內(nèi)擴(kuò)明顯，在刻線位置開始銹蝕擴(kuò)展，邊緣紅銹進(jìn)一步擴(kuò)展；

（2）鋁硅板在刻線位置可見紅銹加寬，非刻線位置有銹蝕斑點(diǎn)增大，鈑金邊緣紅銹向內(nèi)侵蝕嚴(yán)重；

（3）非鍍鋅板在刻線位置可見紅銹繼續(xù)加寬，非刻線位置銹蝕斑點(diǎn)增大增多，鈑金邊緣紅銹向內(nèi)侵蝕嚴(yán)重。

圖5 試驗(yàn)60循環(huán)

2.5 試驗(yàn)90循環(huán)狀態(tài)

試驗(yàn)60循環(huán)后觀察記錄三種鈑金的表面腐狀態(tài)，如圖6所示，結(jié)果如下：

（1）鍍鋅板在刻線位置及周邊可見較明顯紅繡，非刻線位置與鈑金邊緣起泡非常嚴(yán)重；

（2）鋁硅板在刻線位置可見紅銹加寬，非刻線位置有銹蝕斑點(diǎn)明顯增加，鈑金邊緣紅銹向內(nèi)侵蝕嚴(yán)重；

（3）非鍍鋅板在刻線位置可見紅銹繼續(xù)加寬，非刻線位置紅繡斑點(diǎn)成片出現(xiàn)，鈑金邊緣紅銹向內(nèi)嚴(yán)重侵蝕。

圖6 試驗(yàn)90循環(huán)

3 試驗(yàn)結(jié)論及改進(jìn)

基于以上靜態(tài)腐蝕循環(huán)試驗(yàn)，從三種板材表面腐蝕情況、劃痕寬度和深度變化以及切邊腐蝕結(jié)果分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）鍍鋅板腐蝕最初為白銹，其比紅銹容易讓客戶接受，但容易起泡，引起脫落，外觀表現(xiàn)差，這是鍍鋅板獨(dú)特現(xiàn)象[3]。原因是鍍鋅板上鋅層比基板的鐵材質(zhì)活潑[4]，在腐蝕環(huán)境中，鋅層先氧化成氧化鋅，氧化鋅容易從基材上脫落，連帶附著在鋅層上的電泳漆一起脫落。

（2）基材防腐結(jié)果：鍍鋅板最優(yōu)，鋁硅板次之，非鍍鋅板最差[5]。

（3）鋁硅鍍層厚度明顯高于鍍鋅，隔絕腐蝕作用明顯；同時(shí)Al成分被氧化后產(chǎn)生的三氧化二鋁不容易脫落，其致密的成分阻礙了進(jìn)一步的銹蝕產(chǎn)生。

（4）畫線寬度擴(kuò)蝕結(jié)果：鋁硅板最優(yōu)，無鍍層次之，鍍鋅板最差。鋁硅鍍層能夠明顯隔絕在寬度上的腐蝕，所以最好無鍍層沒有鍍層的遮擋作用，在寬度和深度上都有較大的銹蝕鍍鋅板由于要犧牲鋅層進(jìn)行基材保護(hù)，導(dǎo)致電泳漆會跟隨氧化鋅一起脫落，在寬度上擴(kuò)蝕最大，但同時(shí)在腐蝕深度上是最輕的，從而保護(hù)基材[6]。

（5）試驗(yàn)板材在切邊處，只有電泳層保護(hù)，并且切邊寬度窄，電泳效果沒有板材表面好，所以切邊需保證平整，無毛刺；鍍鋅板切邊的鋅層，對切邊有一定的擴(kuò)蝕防護(hù)作用。

對于鍍鋅鋼板、鋁硅涂層熱成型鋼板以及非鍍鋅鋼板，結(jié)合本試驗(yàn)可以對其在車身上的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

（1）針對鋁硅涂層車用沖壓件，由于鋁硅涂層不致密和電泳漆附著力差，通常在顧客外觀可見的區(qū)域需要噴涂漆或者PVC覆蓋；

（2）對防腐要求較高的零部件需要鍍鋅并且需要電泳保護(hù)，電泳層厚度可根據(jù)零件功能要求確定，從而避免起泡發(fā)生；

（3）沖壓件切邊處需平整無毛刺，避免電泳漆附著困難的問題。

4 總結(jié)

本文通過靜態(tài)腐蝕模擬試驗(yàn)分析了在 90循環(huán)鹽霧試驗(yàn)和溫度交變環(huán)境下，鍍鋅鋼板、鋁硅涂層熱成型鋼板和非鍍鋅鋼板的腐蝕情況及深層原因。本文的研究成果為車身合理布置板材和車身結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性提供了理論指導(dǎo)，提升了車身的抗腐蝕能力，減少了客戶的投訴，為提高品牌競爭力以及車企和車型的品牌價(jià)值帶來積極意義。