车身钢板及不同电泳膜厚对耐蚀性的影响研究 刘承鑫1，黄 平2，刘 雁2，张营营2，叶 宏1，闫忠琳1 （1. 重庆理工大学，重庆 400054 ；2. 重庆长安汽车股份有限公司，重庆 401120）
0 引言 事故损坏、磨损损坏、腐蚀损坏是汽车的三大损坏形式，其中腐蚀损坏的影响最为严重，因此，汽车车身的防腐能力已成为衡量汽车品质的一项重要指标。近几年，经常发生车身内腔结构的穿孔腐蚀问题，不仅造成汽车外观和功能上的缺陷，降低整车品质，严重时甚至会影响整车的安全性，造成人员伤亡。 汽车内腔因设计原因，易形成封闭或半封闭的腔体、凹槽等结构，加之电泳工艺缺陷的影响，导致内腔结构无法电泳或电泳涂膜不连续、不完整，使金属基体裸露，内腔结构易出现积水、灰尘泥垢堆积等现象，加之此处不通风、排水不畅等，易形成原电池结构，使内腔结构发生穿孔腐蚀。 针对汽车内腔腐蚀严重的问题，各主机厂开展了提升车身内腔结构防腐能力的研究。基于成本的考虑，需平衡钢板材料和内腔膜厚的关系。本研究从车身钢板材料和内腔膜厚两方面出发，模拟车身内腔电泳状况，通过中性盐雾试验，结合SEM（扫描电镜）和EDS（能谱分析）谱图来研究钢板材料及车身内腔电泳膜厚对耐蚀性的影响。 1 试验部分 1.1 原材料 B340/590DP普通钢板（100 mm×100 mm×1.6 mm）、DC56DZ 镀锌钢板（100 mm×100 mm×0.7 mm），上海宝山钢铁股份有限公司；双组分环氧电泳漆，湖南湘江关西涂料有限公司。 双组分环氧电泳漆的工艺参数见表1。  1.2 仪器设备 FY-10E 型盐雾箱，重庆市威尔试验设备有限公司；JSM-6700F 型扫描电镜，日本电子公司。 1.3 试样制备 分别在普通钢板和镀锌钢板上打好电泳挂孔，在车间内经脱脂、磷化等前处理后于80℃烘干，送至电泳漆供应商实验室进行电泳，电泳时间为3 min，通过改变电压参数，分别得到5 μm、7 μm、10 μm和12 μm4 种膜厚的样板，烘干，备用。 1.4 耐盐雾性测试 用密封胶带对电泳后的样板进行包边、包孔处理，用划格刀于试样正中划十字叉，划痕长度为5 cm，宽度为1 mm。将处理好的试样放入FY-10E 型盐雾箱中进行中性盐雾试验。按照GB/T 10125—1997 标准，NaCl 质量浓度为（5±0.1）%，pH 为6.5~7.2，试验箱温度为（35±1）℃，喷雾器压力为70~170 kPa，喷雾量为每80 cm2 的收集量为1.5 mL/h，试验时间为500 h，观察记录划线处的腐蚀情况及未划线处的锈点、鼓泡情况。 截开腐蚀部位和未腐蚀部位试样，对截面处打磨、抛光后，于JSM-6700F 型扫描电镜下观察试样形貌。 2 结果与讨论 2.1 盐雾试验宏观形貌分析 普通钢板不同电泳膜厚试样500 h 中性盐雾试验结果见图1。由图1 可见：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm4 种膜厚试样的划线区域腐蚀严重，出现大量质地疏松的红色锈蚀产物，并向外溢出，腐蚀区域向周围扩展，单边锈蚀宽度约为0.15 mm，划线处腐蚀坑深度差异不大，这表明电泳膜厚增大，对普通钢板划线处锈蚀蔓延的阻碍作用并不明显；未划线区域有不均匀的红色锈点出现，随着电泳膜厚的增加，锈点的数量和尺寸逐渐减少，这表明涂膜有一定的屏蔽作用，且随着膜厚的增加，其屏蔽作用增强，但其耐盐雾性一般，容易发生穿透腐蚀。  镀锌钢板不同电泳膜厚试样500 h 中性盐雾试验结果见图2。  由图2 可见：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm 4 种膜厚样板的划线区域有较多的白色疏松锈蚀产物出现，锈蚀产物向外溢出，腐蚀区域向周围扩展，单边锈蚀宽度约为0.15 mm，划线处腐蚀坑深度较浅，划线处周围出现严重鼓泡现象，随着电泳膜厚增加，鼓泡现象减弱，这表明随着电泳膜厚增加，对镀锌钢板锈蚀蔓延的阻碍作用增强；未划线处出现细微的鼓泡现象，随着电泳膜厚的增加，鼓泡的数量和尺寸减小，这表明涂膜有一定的屏蔽作用，且随着膜厚的增加，屏蔽作用增强，但耐盐雾性一般，容易发生穿透腐蚀。如上所述，划线区域部分，普通钢板电泳试样呈现红锈溢出，镀锌钢板试样呈现白锈溢出和鼓泡；未划线区域部分，普通钢板试样呈现为锈点，镀锌钢板试样呈现细微鼓泡，因此，普通钢板试样更易出现锈穿现象。这种差异与基体的腐蚀机理有关。 普通钢板电泳试样划线处腐蚀机理为：划线区域涂膜损伤产生电势差，铁基体作为阳极，在与腐蚀介质NaCl 溶液形成原电池系统的过程中被消耗而产生红色锈蚀产物，腐蚀以点蚀的形式向机体内部扩展，最终产生横截面积小但较深的腐蚀坑，易出现腐蚀穿透破坏；镀锌钢板电泳试样划线处腐蚀机理与普通钢板类似，但是由于镀锌钢板表面锌层的电极电位比铁高，因此镀锌钢板电泳试样的腐蚀是在锌表面以全面腐蚀的形式向周围延伸，使电泳涂膜附着力变差，腐蚀区域呈现为横截面积大但深度浅的腐蚀坑，不易出现腐蚀穿透破坏。未划线区域产生锈蚀的原因是因为腐蚀液体可以透过涂膜和缺陷处与铁基体接触发生反应，普通钢板电泳试样以点蚀的形式向机体内部扩展，所得到的腐蚀产物质地较疏松，会顶破涂膜形成红色锈点；镀锌钢板电泳试样在锌层表面以全面腐蚀的形式扩展，使涂膜附着力变差，所得的腐蚀产物与腐蚀液体充满于附着力较差的电泳涂膜下而形成鼓泡现象。 2.2 盐雾试验微观形貌分析 普通钢板电泳试样（膜厚7 μm 和10 μm）经500 h盐雾试验后的微观形貌见图3。由图3 可见：两种电泳膜厚试样未腐蚀区域电泳涂膜表面光滑平整，灰色漆面与黑色磷化膜交界处连续，电泳漆与基体附着良好。膜厚7 μm 试样的腐蚀区域存在大量颜色较深的腐蚀产物，磷化膜部分消失，腐蚀已经到达基体内部，出现大面积的腐蚀坑；膜厚10 μm 试样的腐蚀区域表面出现腐蚀产物，磷化膜破坏较少，基体表面出现深色锈迹，表明电泳膜厚增加，对基体的保护能力也随之增加。  镀锌钢板电泳试样（膜厚5 μm 和10 μm）经500 h盐雾试验后的微观形貌见图4。  由图4 可见：两种膜厚试样未腐蚀区域表面电泳涂膜平整、连续，磷化膜较薄，镀锌层连续但不平整，电泳涂膜与基体附着整体较好。膜厚5 μm 试样鼓泡区域涂层已经脱落，磷化膜部分消失，镀锌层内部出现细小孔洞、质地疏松；膜厚10 μm 试样鼓泡区域涂层脱落，镀锌层出现孔洞，磷化膜未受较大影响，铁基体未受到腐蚀，表明涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蚀性越好。 普通钢板试样表面出现腐蚀凹坑，这表明普通钢板以点蚀的形式发生腐蚀，两种膜厚试样基体均出现锈蚀痕迹；镀锌钢板试样表面出现大面积锌层，这表明锌层出现了全面腐蚀现象，由于没有锌层的保护作用，普通钢板较镀锌钢板更易出现锈穿现象。 3 结语 （1） 电泳漆耐水性、耐盐雾性一般，在长期腐蚀下容易发生穿透腐蚀； （2） 在涂膜破损的情况下，增大涂膜厚度对基体耐蚀性的保护作用不明显；涂膜完好情况下，涂膜厚度对基体耐蚀能力影响较大，涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蚀性越好； （3） 普通钢板试样出现点蚀，镀锌钢板试样表面出现全面腐蚀，长期腐蚀条件下，普通钢板更易出现锈穿现象。 |
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