淺談溫度對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)金屬管路表面鍍層的影響

于萍 夏朝輝 侯麗

摘要：本文闡述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)金屬管路主要的表面鍍層處理方式，分析不同的鍍層處理對(duì)零件表面耐腐蝕能力的影響。在實(shí)際使用條件下，零件表面的耐腐蝕能力還受到溫度的影響，同樣的鍍層，在不同的使用溫度條件下，耐腐蝕能力不同。本文主要通過不同溫度條件下鍍鋅和鍍鋅鎳的耐鹽霧試驗(yàn)對(duì)比，分析溫度對(duì)零件表面鍍層的影響，為零件表面鍍層的選擇提供參考依據(jù)。

Abstract： This paper expounds the main surface coating treatment methods of automobile engine parts， and analyzes the influence of different coating treatment on the surface corrosion resistance of parts.In actual use conditions， the corrosion resistance of parts surface is also affected by temperature， the same coating， under different use temperature conditions， corrosion resistance is different.This paper mainly through the different temperature conditions of zinc and zinc nickel salt spray resistance test comparison， analysis the temperature on the surface of parts coating， to provide reference basis for the parts of the surface coating selection.

關(guān)鍵詞：鍍層;溫度;腐蝕

Key words： surface coating;temperature;corrosion

中圖分類號(hào)：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0046-02

0? 引言

根據(jù)全球地域差異，為了滿足不同銷售區(qū)域的顧客對(duì)整車腐蝕的關(guān)注度以及公司的品牌形象，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的金屬管路一般需要進(jìn)行特殊的表面處理，以滿足零部件的防腐要求。尤其對(duì)于處于高溫交變區(qū)域及裸露在外接觸雨水沖刷等零部件，耐腐蝕要求會(huì)更高[1]。

對(duì)于零部件供應(yīng)商來說，零件表面的耐腐蝕能力一般在室溫環(huán)境下按照中性鹽霧試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行測(cè)試。但在實(shí)際使用條件下，零部件因在發(fā)動(dòng)機(jī)上的布置位置不同，所承受的環(huán)境溫度也不同。尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)周圍，外表溫度高達(dá)500-700℃，整車排氣管溫度甚至高達(dá)800-1000℃。零件的表面處理一般采用電泳、電鍍鋅、電鍍鋅鎳合金、電鍍鉻、電鍍銅、鋅鋁合金等，尤其是電鍍鋅和電鍍鋅鎳應(yīng)用最廣。但這些表層在高溫環(huán)境下極易被破壞，從而大大降低鍍層的耐腐蝕能力。本文主要通過對(duì)鍍鋅和鍍鋅鎳這兩種比較常用的表面處理方式在不同溫度條件下的耐鹽霧試驗(yàn)對(duì)比，分析溫度對(duì)零件表面鍍層的影響，為不同的溫度條件下零件表面鍍層的選擇提供參考依據(jù)[2，3]。

1? 表面處理的方式和耐鹽霧時(shí)間

如引言所述，發(fā)動(dòng)機(jī)金屬管路因使用的邊界條件不同，對(duì)應(yīng)的耐腐蝕要求也有所不同。根據(jù)不同的耐鹽霧試驗(yàn)要求，常見的表面處理方式主要有電泳、電鍍鋅、電鍍鋅鎳合金、電鍍鉻、電鍍銅、鋅鋁合金等[4]。

電泳因?yàn)殄儗泳鶆颉B透力比較強(qiáng)，對(duì)于一些復(fù)雜零件的表面凹處、縫隙等都具有良好的涂覆能力，但因?yàn)楸韺右妆粍潅麆兟洌壳捌嚢l(fā)動(dòng)機(jī)上已較少應(yīng)用，而是采用耐磨性更強(qiáng)、更有光澤的電鍍工藝進(jìn)行替代。

電鍍鋅是目前汽車行業(yè)內(nèi)應(yīng)用范圍比較普遍的一種電鍍方式，良好的防銹蝕能力，耐鹽霧時(shí)間一般，但工藝成熟，成本較低，應(yīng)用較為廣泛。

電鍍鋅鎳合金與電鍍鋅合金相比，電鍍成分中增加了Ni的含量，使之耐腐蝕能力提高7-10倍，加上工藝成熟，也越來越多的應(yīng)用在汽車零部件上，尤其是一些環(huán)境惡劣、對(duì)零件防腐蝕能力要求較高的區(qū)域。

電鍍鉻分為裝飾鉻和硬鉻，裝飾鉻主要外觀美觀，耐磨性比較好，但防銹能力較差，汽車行業(yè)主要應(yīng)用在裝飾面板等零件上;硬鉻耐磨性更好，但防銹能力也不如電鍍鋅，主要應(yīng)用在常溫環(huán)境下，且價(jià)格比較昂貴。

電鍍銅主要應(yīng)用在高溫環(huán)境下，耐溫性較好，但耐腐蝕能力比較差，一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高且對(duì)防銹方面無要求的區(qū)域。

鋅鋁合金亦稱達(dá)克羅涂層，耐腐蝕能力與鍍鋅鎳相當(dāng)，但因?yàn)檫_(dá)克羅涂層易脫落，一般用于非油路或水路的金屬管路上。

不同的表面處理的耐鹽霧時(shí)間，因?yàn)椴煌膹S家采用不同的工藝會(huì)略有差異，但一般來說，電泳的耐中性鹽霧時(shí)間一般能達(dá)到96小時(shí)基材無白銹，144小時(shí)無紅銹;電鍍鋅耐中性鹽霧時(shí)間一般為72小時(shí)基材無白銹，240小時(shí)無紅銹;電鍍鋅鎳耐中性鹽霧時(shí)間最高可達(dá)到336小時(shí)基材無白銹，1008小時(shí)無紅銹;電鍍鉻和電鍍銅的鋅鋁合金耐腐蝕能力與鍍鋅鎳相當(dāng)。

2? 溫度對(duì)電鍍鋅和電鍍鋅鎳耐腐蝕能力的影響

對(duì)于用于密封的金屬管路，管路的表面處理主要選擇電鍍鋅或電鍍鋅鎳。腐蝕環(huán)境比較惡劣的條件下，一般使用耐腐蝕能力更強(qiáng)的電鍍鋅鎳的處理工藝。目前針對(duì)金屬管路的耐腐蝕能力，采用的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)測(cè)試溫度為室溫。當(dāng)溫度較高時(shí)，鍍層的耐腐蝕能力將大幅降低。本文主要對(duì)鍍鋅和鍍鋅鎳這兩種比較常用的表面處理方式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)比不同溫度條件下的耐鹽霧能力。驗(yàn)證過程如下：

2.1 試驗(yàn)樣件狀態(tài)

隨機(jī)選擇目前量產(chǎn)的兩個(gè)產(chǎn)品A、B各3根，產(chǎn)品狀態(tài)如下：A-電鍍鋅，耐中性鹽霧能力：72小時(shí)無白銹，240小時(shí)無紅銹;B-電鍍鋅鎳，耐中性鹽霧能力：336小時(shí)無白銹，1008小時(shí)無紅銹。

產(chǎn)品A、B如圖1所示。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

高溫箱（溫度范圍0-300℃），中性鹽霧試驗(yàn)箱。

2.3 試驗(yàn)步驟

①將高溫箱溫度設(shè)定在250℃，分別放入產(chǎn)品A、B，并在該溫度下靜置120小時(shí);②將經(jīng)過高溫后的產(chǎn)品A、B放入中性鹽霧試驗(yàn)箱中，進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn);③每隔24小時(shí)觀察零件表面的耐腐蝕情況。

高溫后產(chǎn)品進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)過程如圖2所示。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過高溫后的樣件A在中性鹽霧試驗(yàn)箱中進(jìn)行至72小時(shí)時(shí)即在零件頭部表面出現(xiàn)紅銹，如圖3所示，樣件B進(jìn)行至192小時(shí)時(shí)即在管身表面出現(xiàn)紅銹，如圖4所示，試驗(yàn)終止。樣件經(jīng)過高溫后再進(jìn)行常規(guī)的中性鹽霧試驗(yàn)，耐腐蝕能力大大降低。

樣件A試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，樣件A經(jīng)過120小時(shí)250℃的持續(xù)高溫后，在經(jīng)過中性鹽霧時(shí)間72小時(shí)后即在零件的頭部表面直接出現(xiàn)紅銹，大大低于常溫下可耐240小時(shí)無紅銹的中性鹽霧時(shí)間要求。

樣件B試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，樣件B經(jīng)過120小時(shí)250℃的持續(xù)高溫后，在經(jīng)過中性鹽霧時(shí)間192小時(shí)后在零件的管身表面出現(xiàn)少量的白銹，大大低于常溫下可耐336小時(shí)無白銹的中性鹽霧時(shí)間要求。

3? 試驗(yàn)結(jié)果

從以上驗(yàn)證試驗(yàn)可看出：采用電鍍鋅和電鍍鋅鎳進(jìn)行表面處理的金屬零件，經(jīng)過一定時(shí)間的高溫250℃環(huán)境后，耐鹽霧時(shí)間都大大降低，電鍍鋅在72小時(shí)即出現(xiàn)紅銹（常溫下240小時(shí)無紅銹），電鍍鋅鎳在192小時(shí)出現(xiàn)白銹（常溫下336小時(shí)無白銹）。但在同樣的溫度條件下，常溫耐腐蝕能力較高的鍍層經(jīng)過高溫后耐腐蝕能力仍優(yōu)于常溫耐腐蝕能力較低的鍍層。根據(jù)以上驗(yàn)證結(jié)果，當(dāng)零部件使用環(huán)境處于溫度較高區(qū)域時(shí)，零件表面的耐腐蝕要求還需要同時(shí)考慮溫度對(duì)表面鍍層的影響，評(píng)估當(dāng)前鍍層是否能滿足既耐高溫又耐腐蝕的要求。一般情況下，鍍層的耐高溫性能較差，較高的溫度會(huì)使鍍層受到一定的破壞，導(dǎo)致零件的表層更容易受到腐蝕，很難使零件的表面達(dá)到又耐高溫又耐腐蝕的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高的區(qū)域，比如排放系統(tǒng)零部件，受到的表面輻射溫度可能高達(dá)500-700℃，這種情況下，一般對(duì)零部件的防銹能力不做要求，僅做耐高溫要求即可。

4? 結(jié)語

耐腐蝕要求是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)很多外圍零部件比較常規(guī)的要求，很多零部件進(jìn)行鍍層處理后，常溫下耐腐蝕能力較強(qiáng)，但在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下，經(jīng)過高溫環(huán)境后，耐腐蝕能力會(huì)大大降低，甚至無法滿足實(shí)際的使用要求。這種情況下，就需要同時(shí)考慮一些措施滿足防腐要求，比如降低整車排放溫度、對(duì)零件表面進(jìn)行隔熱保護(hù)、采用常溫下耐腐蝕能力更高的電鍍方式等。①溫度對(duì)表面鍍層的影響較大，高溫條件下，會(huì)大大降低鍍層的耐腐蝕能力。②選擇零件的表面處理方式時(shí)，需要同時(shí)考慮零件周邊環(huán)境的影響，確認(rèn)是否處于高溫交變環(huán)境等。③同一零件通用在不同的整車溫度壞境時(shí)，需要按照最苛刻的要求進(jìn)行零件的表面鍍層處理，滿足耐腐蝕要求的最高等級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建昕，帥石金.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011，3：74-75.

[2]Dr. Zeynep N. Cehreli. Lubrication System Development on 5-Cylinder Engine. SAE論文，2007，1.

[3]童寶宏，桂長(zhǎng)林，陳華.發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的研究與進(jìn)展[J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2007，4.

[4]蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理[M].北京：農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1998.1：3-6.