汽車金屬的腐蝕及防腐方法

錢亞飛

（池州市職業(yè)教育中心 汽車機(jī)電部，安徽池州247000）

隨著汽車市場的不斷擴(kuò)大和競爭日益激烈，用戶對車身用材及涂裝要求越來越高，汽車用品的防腐蝕質(zhì)量也越來越受到重視。汽車零部件制造所用的材料以金屬為主，在各種使用環(huán)境條件下，金屬零部件的腐蝕是難以避免、普遍存在的問題。汽車金屬零部件在腐蝕性氣體或液體環(huán)境中，其表面發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，形成腐蝕層，摩擦就會使其剝落而導(dǎo)致零件損壞，不僅破壞了汽車的外觀，還直接影響到汽車質(zhì)量和使用壽命。因此，了解汽車金屬的腐蝕及如何防腐是很必要的。

1 汽車金屬腐蝕破壞的類型

根根腐蝕現(xiàn)象的不同，腐蝕有許多形式。汽車常見的腐蝕破壞一般是以下幾種類型。

1.1全面腐蝕

全面腐蝕是最常見的一種腐蝕形式。它的特點(diǎn)是暴露的表面普遍受到或大或小一樣的腐蝕，而且侵蝕的深度上也只有很小差別。

全面腐蝕現(xiàn)象和速度可以用試驗(yàn)來測定。通過試驗(yàn)可以得到在各種不同環(huán)境下普通汽車材料的腐蝕速度數(shù)據(jù)，通過分析，通常情況下全面腐蝕不會造成沒有預(yù)見的、突然的事故。汽車車身全面腐蝕破壞主要受溫度、濕度、酸性氣體以及電解質(zhì)等方面的影響。

1.2電化學(xué)腐蝕

當(dāng)兩個(gè)或幾個(gè)不同的金屬偶合并放在電解質(zhì)中，會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕破壞，這是典型的電化學(xué)腐蝕[1]。比較活潑的金屬被腐蝕而破壞。汽車由于常年裸露在大氣中，在汽車各部件的表面經(jīng)常會有雨水或水汽存在，這就會和大氣中的碳化物、硫化物形成微電池狀態(tài)而自行放電；在每一對金屬中，接近活潑端的金屬是陽極，陽極被腐蝕；而比較惰性的金屬則得以保護(hù)。這也是汽車上所有的用電設(shè)備都采用負(fù)極搭鐵，就是利用了這一原理，采用犧牲陽極法來保護(hù)設(shè)備[1-3]。

1.3點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是在金屬表面上形成無數(shù)的小孔，它是局部腐蝕的一種形式。點(diǎn)蝕是一種特別危險(xiǎn)的腐蝕類型，它不但能使工件發(fā)生穿孔而失效，如果在高應(yīng)力下，這點(diǎn)腐蝕孔就有可能成為疲勞源，使局部損傷擴(kuò)展而產(chǎn)生疲勞斷裂，這在高速行駛的汽車上是相當(dāng)危險(xiǎn)的，如汽車變速箱齒輪經(jīng)常由于點(diǎn)蝕而造。

1.4局部溶蝕

局部溶蝕[1-3]是合金中有一元素優(yōu)先從固溶體中溶解出來或者是一相優(yōu)先腐蝕的一種腐蝕形式。例如汽車上的一些儀表由于黃銅的脫鋅，材料變成以銅為基礎(chǔ)的海綿狀結(jié)構(gòu)。從而使零件的強(qiáng)度銳減而損壞。

1.5應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕[1-3]是零件在機(jī)械應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用下形成的腐蝕。在各種形式的局部腐蝕中，應(yīng)力腐蝕是最嚴(yán)重的。應(yīng)力腐蝕的必需條件是：首先是對一種具有應(yīng)力腐蝕敏感的合金，例高強(qiáng)度鋼、黃銅等。其次在特殊的環(huán)境中，例如黃銅、鋅離子能引起應(yīng)力腐蝕。而且必須有拉應(yīng)力存在，它可以是殘留的或是外加的應(yīng)力。例如熱處理時(shí)不均勻的冷卻，產(chǎn)生殘余應(yīng)力可以產(chǎn)生汽車底盤大梁的斷裂破壞。

1.6晶間腐蝕

晶間腐蝕[5]是在材料的晶粒界面上優(yōu)先發(fā)生的腐蝕。由于大多數(shù)金屬材料是多晶體的，這就可能造成偏析或晶間沉淀等。晶間腐蝕的主要原因就是引起腐蝕處化學(xué)成分不一致、不均勻造成的。例如汽車自動變速箱齒輪由于奧氏體不銹鋼的晶界處缺鉻，則特別容易引起晶間腐蝕。

2 汽車金屬的防腐方法

2.1常用的防腐方法

（1）在冶煉金屬的過程中，為提高金屬本身的耐腐蝕性會加入一些合金元素，如鉻、鎳、錳等，以增強(qiáng)其耐蝕能力。不銹鋼就是很有代表性的一例。鉻不銹鋼中會加入不少于12.5%的鉻，在鋼表面會形成一層鈍化膜。鎳鉻不銹鋼中會同時(shí)加入鎳和鉻，冶煉后會使鋼在常溫下呈奧氏體組織，從而提高了抵抗電化學(xué)腐蝕的能力。也可利用滲鋁、滲鉻、滲氮等表面熱處理方法，在金屬表面產(chǎn)生一層耐蝕性強(qiáng)的表面層。

（2）覆蓋法防腐就是把金屬同腐蝕介質(zhì)隔離開來，來達(dá)到防腐目的。主要有：一是用搪瓷、油漆、合成樹脂等非金屬材料覆蓋在金屬表面上；二是用噴鍍、電鍍等方法鍍上一層或多層金屬；三是用磷化、發(fā)藍(lán)等氧化方法處理，使金屬表面自身形成一層堅(jiān)固的氧化膜，以防止腐蝕。

（3）電化學(xué)防腐經(jīng)常采用的是犧牲陽極法，即用電極電位較低的金屬與被保護(hù)的金屬接觸，使被保護(hù)的金屬成為陰極而不被腐蝕[1-3]。

（4）通過改善腐蝕環(huán)境來營造一個(gè)防腐的小氣候。如干燥氣體封存法：就是在包裝空間內(nèi)充入干燥氣體（如氮?dú)猓┗蚍湃敫稍飫?，然后密封包裝，從而使金屬不易生銹。目前，已有許多國家采用此法包裝整臺發(fā)動機(jī)、汽車總成或整架汽車等，效果良好。

（5）在汽車日常使用過程中盡量保持汽車的干燥狀態(tài)，避免在汽車車身形成局部的電化學(xué)環(huán)境，以防止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

2.2工廠中常用防腐工藝

（1）鋼制件的發(fā)藍(lán)處理。

將鋼制件放在空氣——水蒸氣或化學(xué)藥物溶液中加熱到一定溫度，在其表面就會形成一層黑色或藍(lán)色的氧化膜，從而改善鋼制件的耐蝕性，這種工藝就稱為發(fā)藍(lán)處理。如把鋼制件放入氧化劑（NaNO2、NaNO3）和燒堿的溶液中，在140-150℃溫度下，保持60-120分鐘，在鋼制件表面就會生成一層以Fe3O4為主的多孔氧化膜，這層膜與金屬表面結(jié)合牢固，再經(jīng)浸油處理填充氧化膜中孔隙后，就能有效地抵抗腐蝕氣體的腐蝕。發(fā)藍(lán)處理廣泛應(yīng)用于汽車機(jī)械零件、汽車儀表零件等的防腐。

（2）鍍鋅。

鋅是一種灰白色的金屬，在干燥空氣中很穩(wěn)定，在潮濕空氣中易與二氧化碳和氧作用，生成碳酸鋅和氧化鋅薄膜，這層薄膜能防止鋅繼續(xù)損壞[4]。鋅的電極電位比鐵低，對鋼鐵零件能起保護(hù)作用。目前，鍍鋅廣泛用于在大氣中工作的汽車鋼件及與鋁合金接觸的鋼件。

（3）鋁合金件的陽極氧化法。

將鋁制品放在硫酸電解液槽的陽極上，通以電流，使零件表面生成一層氧化膜，這種方法稱為陽極氧化法[4]。圖1為陽極氧化示意圖。

陽極氧化法形成的氧化膜與基體金屬結(jié)合牢固，不僅提高了鋁制品的耐蝕性，還增加了表面的耐磨性。由于氧化膜的多孔性，具有較強(qiáng)的吸附油漆的能力，是良好的油漆底層。氧化膜的孔隙還可以吸附各種染料，經(jīng)著色填充處理，使表面獲得各種美麗的色彩。

陽極氧化法廣泛用于汽車上的各種鋁制件的防腐。

圖1 陽極氧化示意圖

（4）鈍化防腐處理。

車身部分具有金屬表面，并且其中這些金屬表面以金屬表面積計(jì)不少于90%是由鋅、鎂和鋁或這些金屬相互之間的合金或與其它合金元素的合金組成，在該方法中，對所述的車身進(jìn)行清洗、鈍化和上漆，其特征在于，將車身引入與一種水溶液接觸以便鈍化，對于汽車儀表中的銅制件，如螺釘，墊片、齒輪等，常采用銅合金的鈍化處理，它是將銅制件浸入氧化劑（鉻鹽及硫酸混合液）溶液中處理2-3分鐘，制件表面即生成化學(xué)穩(wěn)定性較高的鈍化膜，從而提高其防腐能力。

鈍化防腐處理經(jīng)濟(jì)、操作簡單、不影響零件尺寸，所以在汽車制造過程被廣泛采用。

3 汽車金屬防腐蝕的發(fā)展趨勢及展望

隨著汽車新工藝、新材料等的研究與開發(fā)，汽車金屬的防腐蝕呈現(xiàn)了日新月異的發(fā)展。將會向以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）高性能和多功能化的防腐涂料將會在汽車領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。高性能和多功能化的防腐涂料不僅可以提高汽車的外觀質(zhì)量，更重要的是提高汽車的內(nèi)在質(zhì)量，抗腐蝕，延長了汽車的使用壽命。采用的防腐涂料將會從傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)向環(huán)保型，單一品種多功能化，即單一品種同時(shí)會具有高溫防腐、高彈性、抗靜電、無毒等多項(xiàng)功能。如太陽能屏蔽防腐蝕涂料、阻尼防腐蝕涂料、可剝性防腐蝕涂料、耐氣候防腐蝕聚氨酯涂料、阻燃導(dǎo)靜電耐溫防腐蝕涂料等。

對使用壽命要求達(dá)到10年甚至15年以上的，而且適用于非?？量谈g條件的防腐涂料的需求將會急劇增加，高性能和多功能防腐蝕涂料將在汽車上得到廣泛使用。

（2）汽車制造中將會大量采用抗腐蝕性能強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料[6]不僅具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的熱膨脹系數(shù)、良好的高溫性能、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和良好的尺寸穩(wěn)定性，而且具有一般金屬材料所不能比擬的高抗腐蝕性能。這類材料將會逐漸被廣泛地應(yīng)用到汽車工業(yè)當(dāng)中去。

（3）隨著新材料的研究與開發(fā)，在汽車生產(chǎn)中將會逐漸利用一些新材料來替代部分金屬材料。像高強(qiáng)度與高彈性模量的復(fù)合材料具有和金屬材料相近的機(jī)械性能，同時(shí)在一定條件下有金屬材料所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，如耐腐蝕、易于涂裝等。所以，像汽車車身防腐蝕的主要發(fā)展方向就是利用復(fù)合材料來替代部分金屬材料。如玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料、陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等[6-7]。目前在汽車上已經(jīng)普遍應(yīng)用的主要是玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料(SMC)，像陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等在汽車上的使用仍處于試驗(yàn)階段，如用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)制作的車身、傳動軸、懸掛片簧、車門等，在不久的將來將可大量應(yīng)用。展望未來，以后也許我們的汽車不需用金屬材料來制造，困擾人們多年的由于汽車的金屬腐蝕而對大家所造成的破壞及損失將會不復(fù)存在。

[1]陳礁.汽車材料[M].北京:高等教育出版社,2005:20-35.

[2]程玉光.涂裝材料[M].北京:高等教育出版社,2006:2-10，15-30.

[3]陳文均.汽車材料[M].北京:高等教育出版社,2007:22-31.

[4]傅繼盈，蔣秀珍.機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:136-139.

[5]姚智慧，張廣玉，侯珍秀，等.現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:208.

[6]趙玉濤.金屬基復(fù)合材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010: 15-19，35-39.

[7]尹洪峰，魏劍.復(fù)合材料[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2010:2-3.