簡述汽車用鋁合金防護方式

陳文博，屈闖，丁介然，孫博鋒，朱曉康，馮棋

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨著人們節能環保意識的日益增強，國家強制要求汽車制造商降低汽車排放。據研究數據顯示，汽車每輕量化10%，尾氣排放降低5-6%[1]。由此可見，汽車輕量化可以降低排放量，達到節能環保的目的。汽車輕量化一般通過材料輕量化、削減加工余量、削減規格等途徑來實現，材料輕量化中鋁合金以其質量輕、利用率高、比強度高、工藝較成熟等優點在汽車輕量化中使用占比較大。鋁合金大量應用的同時，腐蝕問題也逐漸顯露，鋁合金的防護便成為汽車輕量化必不可少的環節。

1 鋁合金防護的必要性及難點

1.1 鋁合金防護的必要性

近幾年，鋁合金的使用量持續增加，應用于各行各業。一般來說，鋁合金產品在干燥環境中，表面會自然形成氧化膜，當pH值在6.5-7.2之間時，其耐腐蝕性能完全滿足，不用進行耐腐蝕防護。當鋁合金產品的氧化膜浸泡于潮濕大氣、水、有機酸、無機鹽、無機酸中時，鋁合金產品都會產生強烈腐蝕。

1.2 鋁合金防護難點

鋁合金表面進行油漆涂裝，經常會出現掉漆的問題，主要因為鋁合金基材表面光滑，附著力較差，油漆直接噴涂很難和鋁合金表面產生較好的附著效果，即使勉強進行噴涂，涂層也會很快脫落。當產品存在狹小空間或復雜結構時，經常會出現噴不到，漏噴等現象，無法起到良好的保護作用。所以鋁合金產品必須根據不同的狀態及使用環境，選擇相應的防腐蝕方式進行防護。

2 鋁合金防護方式

2.1 靜電噴涂

靜電噴涂是依靠靜電感應現象，實現涂裝的目的。靜電噴涂以其良好的表面質量、生產效率較高、環保、便于自動化生產、能滿足各種色彩需求而發展較快。靜電噴涂包括靜電液相噴涂和靜電粉末噴涂兩大類。

2.1.1 靜電液相噴涂

靜電液相噴涂方式包含丙烯酸噴涂處理、聚酯漆噴涂處理、氟碳漆噴涂處理。工藝流程如下：

圖1 靜電液相噴涂工藝流程圖

（1）預處理：通過脫脂、鉻化或磷-鉻化去除鋁合金產品表面的油脂與氧化膜并形成一層化學轉化膜，使基材與涂料的附著性得以提高，并可達到保護基材的效果。

（2）干燥處理：溫度過高會導致化學轉化膜破壞，所以經鉻化或磷-鉻化處理后的產品溫度具有一定限制，不宜過高。

（3）噴涂處理：氟碳漆噴涂一般對產品表面進行多涂處理，從而達到裝飾及保護效果，而丙烯酸及聚酯漆通過刷涂形成漆膜。

靜電液相噴涂操作中易產生漆層厚度不夠及流掛等現象，需對工藝參數及操作過程嚴格把控。

2.1.2 靜電粉末噴涂

靜電粉末噴涂是在靜電的作用下，使粉末涂料均勻的吸附在產品表面，經過高溫烘烤及固化得到最終涂層。粉末噴涂的噴涂效果在眾多方面優于噴漆工藝，且成本相對較低[2]。靜電粉末噴涂與靜電液相噴涂工藝相似，僅在噴涂處理方面略存在差異，粉末涂料通過帶有負高壓的噴槍與接地產品之間形成高壓靜電場，使其吸附在鋁合金產品表面，形成具有保護及裝飾性的有機漆膜。

2.2 陽極氧化

陽極氧化屬于電化學保護的一種[3]，是以鋁及鋁合金為陽極，通過電解作用，使基材表面形成氧化膜的過程。當體系電極電位在鈍化區內，電極溶解速率降至很低，從而達到控制體系腐蝕的效果[4]。陽極氧化膜具有高硬度、耐腐蝕、絕緣性好、吸收能力強等特點，可以使產品壽命得以延長。但鋁合金陽極氧化形成的氧化膜呈多孔的層狀結構，在高腐蝕環境中，腐蝕介質易滲透氧化膜對產品基體產生破壞，所以應用環境較為嚴苛的產品必須經過封孔處理。

2.3 陽極氧化+電泳涂漆

陽極氧化后的封孔分為高溫封孔、中溫封孔、冷封孔和有機物封孔。考慮到效率、成本及環保問題，一般選用有機物封孔對陽極氧化后的鋁合金產品進行處理。電泳是有機物封孔中的典型實例。對于有裝飾及功能性需要的鋁合金產品可以同時進行電解上色，其工藝流程[5]如下圖：

圖2 陽極氧化+電泳涂漆工藝流程圖

經電泳涂漆后的產品表面色彩、光潔度、耐腐蝕性都比較好，能保持原材料的質感，且不存在脫落的問題，但陽極氧化+電泳涂漆工藝工序較長，成本略高。

3 各種使用環境下膜層的選擇

通過靜電噴涂、陽極氧化、陽極氧化+電泳涂漆得到的膜層對鋁合金的保護能力存在一定的差異，應用環境也各有不同。因此應根據應用環境的不同，選擇相應的防護方式[6]。

3.1 工業城市與海洋環境

工業城市中大氣污染較為嚴重，高溫及干濕交替情況經常出現；海洋環境潮濕且存在一定濃度的氯離子，是天然的強電解質。噴涂膜在濕熱、酸性及含氯離子的大氣環境下會加速水和有害離子對膜層的滲透性，侵蝕鋁合金基體表面，產生膜層衰退的現象，同時機械損傷會加速膜層的侵蝕速度，因此在環境污染嚴重或潮濕的環境中應選擇高耐候性粉末噴涂或氟碳漆噴涂對產品進行防護。在沒有酸污染的環境中，陽極氧化膜的耐鹽水性較好，但在復雜的酸性環境中陽極氧化膜會由于膜層溶解降低其防護性能。因此在污染嚴重的工業城市地區及溫差較大的海洋環境地區應選擇高膜厚級別的陽極氧化膜。陽極氧化+電泳涂漆復合膜是在陽極氧化膜表面通過電泳方式附著一層有機漆膜，從而降低基體遭受機械損傷及化學腐蝕，因此在工業污染嚴重及海洋環境應選擇高質量等級的陽極氧化+電泳涂漆復合膜。

3.2 鄉村環境

鄉村自然環境較好，不存在酸性環境、工業污染以及各種化學侵蝕的影響，所以對防護膜層的選用較為寬松。

4 結語

現階段，我國已成為鋁合金材料生產的第一大國。隨著汽車輕量化的持續推進，鋁合金的應用量還在逐年增加。鋁合金的大量使用及環保政策的出臺，使鋁合金防護材料向著無毒、通用、環保、高效低本、高性能的趨勢進行發展，同時成為了行業專業化、自動化主要推動力。本文通過對鋁合金防護迫切性的表達及幾種防護方式的介紹，旨在可起到拋磚引玉的效果，望得到業內人士指導并致力于鋁合金防護技術的提高，為汽車輕量化持續提供不竭動力。