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      車用鋼板材料耐腐蝕性研究

      2021-03-29 09:40:10
      汽車實(shí)用技術(shù) 2021年5期
      關(guān)鍵詞:刻線鍍鋅板鈑金

      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。

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