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、強度、結構等要求，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試驗條件對鍍鋅板、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用提供必要的理論依據及數據支持。

1 試驗材料及設備

1.1 試驗選用鋼板材料

試驗材料選用鍍鋅板、鋁硅涂層熱成型、非鍍鋅板三類板材，每類板材各四塊。所有板材均為國內某鋼鐵企業提供，各類板材的尺寸均采用200x75x0.7mm的規格。經測量，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

三種板材經過同樣的前處理以及電泳工藝，即：隨車掛片電泳。試驗采用的前處理是目前主要使用的傳統三元鋅系磷化材料，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。經電泳及烘房烘烤后，測量板材表面電泳膜厚為21-22μm。

1.3 試驗設備

腐蝕試驗箱（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 腐蝕試驗箱

圖2 劃線刀

1.4 試驗標準

考慮的轎車使用的實際使用工況及所處環境比較復雜，本次試驗采用循環交變試驗，該試驗是不同氣候和腐蝕符合的循環變化的組合，能夠更好地模擬實際的使用環境。其中一個試驗循環共24小時，包括4小時的鹽霧試驗，4小時的標準氣候以及16小時濕熱存放；每5個循環后在標準氣候下存放2天；具體試驗條件見表1。

表1 試驗條件

在試驗過程中，鋼板向上傾斜且考察區域朝上放置，避免考察區域表面出現積液的情況。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。

試驗過程中分別記錄試驗初始狀態、15循環、30循環、60循環及90循環后的鈑金表面的腐蝕變化，評價鈑金表面的腐蝕劃痕寬度和鈑金表面起泡的狀態。

2 試驗過程及記錄

2.1 試驗初始狀態

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15循環

2.2 試驗15循環狀態

試驗15循環后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態，如圖3所示，結果如下：

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

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

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

2.3 試驗30循環狀態

圖4 試驗30循環

試驗30循環后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態，如圖4所示，結果如下：

（1）鍍鋅板在刻線位置及周邊鋅層起泡進一步擴展，非刻線位置銹蝕加劇，鈑金邊緣起泡數量明顯增加，在刻線位置開始銹蝕擴展；

（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數量繼續增加，鈑金邊緣紅銹明顯加深。

2.4 試驗60循環狀態

試驗60循環后觀察記錄三種鈑金的表面腐蝕狀態，如圖5所示，結果如下：

（1）鍍鋅板在刻線位置鋅層起泡外擴加重，非刻線位置起泡嚴重，鈑金邊緣起泡內擴明顯，在刻線位置開始銹蝕擴展，邊緣紅銹進一步擴展；

（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增大，鈑金邊緣紅銹向內侵蝕嚴重；

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

圖5 試驗60循環

2.5 試驗90循環狀態

試驗60循環后觀察記錄三種鈑金的表面腐狀態，如圖6所示，結果如下：

（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明顯增加，鈑金邊緣紅銹向內侵蝕嚴重；

（3）非鍍鋅板在刻線位置可見紅銹繼續加寬，非刻線位置紅繡斑點成片出現，鈑金邊緣紅銹向內嚴重侵蝕。

圖6 試驗90循環

3 試驗結論及改進

基于以上靜態腐蝕循環試驗，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果分析，可以得出如下結論：

（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，外觀表現差，這是鍍鋅板獨特現象[3]。原因是鍍鋅板上鋅層比基板的鐵材質活潑[4]，在腐蝕環境中，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）基材防腐結果：鍍鋅板最優，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Al成分被氧化后產生的三氧化二鋁不容易脫落，其致密的成分阻礙了進一步的銹蝕產生。

（4）畫線寬度擴蝕結果：鋁硅板最優，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行基材保護，導致電泳漆會跟隨氧化鋅一起脫落，在寬度上擴蝕最大，但同時在腐蝕深度上是最輕的，從而保護基材[6]。

（5）試驗板材在切邊處，只有電泳層保護，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，對切邊有一定的擴蝕防護作用。

對于鍍鋅鋼板、鋁硅涂層熱成型鋼板以及非鍍鋅鋼板，結合本試驗可以對其在車身上的應用進行優化改進：

（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，電泳層厚度可根據零件功能要求確定，從而避免起泡發生；

（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

本文通過靜態腐蝕模擬試驗分析了在 90循環鹽霧試驗和溫度交變環境下，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構經濟性提供了理論指導，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值帶來積極意義。