車身鋼板及不同電泳膜厚對耐蝕性的影響研究

劉承鑫，黃 平，劉 雁，張營營，葉 宏，閆忠琳

（1.重慶理工大學(xué)，重慶 400054；2.重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

車身鋼板及不同電泳膜厚對耐蝕性的影響研究

劉承鑫1，黃 平2，劉 雁2，張營營2，葉 宏1，閆忠琳1

（1.重慶理工大學(xué)，重慶 400054；2.重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

模擬車身內(nèi)腔電泳情況，在普通鋼板和鍍鋅鋼板兩種材料表面電泳4種不同膜厚涂層進行中性鹽霧試驗。采用掃描電鏡等分析手段，探討銹蝕產(chǎn)生的過程、原因和規(guī)律。試驗結(jié)果表明：電泳涂膜的耐水性、耐鹽霧性一般，已發(fā)生穿透腐蝕；在涂膜破損的情況下，涂膜厚度增加對阻止破損處銹蝕蔓延的作用不大；在涂膜完好的情況下，涂膜厚度增加，屏蔽作用加強，防銹效果顯著；普通鋼板試樣腐蝕以點蝕形式進行，鍍鋅鋼板試樣腐蝕以全面腐蝕形式進行，普通鋼板試樣更易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象。

汽車內(nèi)腔；普通鋼板；鍍鋅鋼板；電泳；腐蝕

0 引言

事故損壞、磨損損壞、腐蝕損壞是汽車的三大損壞形式，其中腐蝕損壞的影響最為嚴(yán)重，因此，汽車車身的防腐能力已成為衡量汽車品質(zhì)的一項重要指標(biāo)［1］。近幾年，經(jīng)常發(fā)生車身內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的穿孔腐蝕問題，不僅造成汽車外觀和功能上的缺陷，降低整車品質(zhì)，嚴(yán)重時甚至?xí)绊懻嚨陌踩裕斐扇藛T傷亡［2-3］。

汽車內(nèi)腔因設(shè)計原因，易形成封閉或半封閉的腔體、凹槽等結(jié)構(gòu)，加之電泳工藝缺陷的影響，導(dǎo)致內(nèi)腔結(jié)構(gòu)無法電泳或電泳涂膜不連續(xù)、不完整，使金屬基體裸露，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)積水、灰塵泥垢堆積等現(xiàn)象，加之此處不通風(fēng)、排水不暢等，易形成原電池結(jié)構(gòu)，使內(nèi)腔結(jié)構(gòu)發(fā)生穿孔腐蝕［4-6］。

針對汽車內(nèi)腔腐蝕嚴(yán)重的問題，各主機廠開展了提升車身內(nèi)腔結(jié)構(gòu)防腐能力的研究?；诔杀镜目紤]，需平衡鋼板材料和內(nèi)腔膜厚的關(guān)系。本研究從車身鋼板材料和內(nèi)腔膜厚兩方面出發(fā)，模擬車身內(nèi)腔電泳狀況，通過中性鹽霧試驗，結(jié)合SEM（掃描電鏡）和EDS（能譜分析）譜圖來研究鋼板材料及車身內(nèi)腔電泳膜厚對耐蝕性的影響。

1 試驗部分

1.1 原材料

B340/590DP普通鋼板（100 m m×100 m m×1.6 m m）、DC56DZ鍍鋅鋼板（100 mm×100 mm×0.7 mm），上海寶山鋼鐵股份有限公司；雙組分環(huán)氧電泳漆，湖南湘江關(guān)西涂料有限公司。

雙組分環(huán)氧電泳漆的工藝參數(shù)見表1。

表1 雙組分環(huán)氧電泳漆的工藝參數(shù)Table 1 The technical parameters of two-component epoxy electrophoretic coatings

1.2 儀器設(shè)備

FY-10E型鹽霧箱，重慶市威爾試驗設(shè)備有限公司；JSM-6700F型掃描電鏡，日本電子公司。

1.3 試樣制備

分別在普通鋼板和鍍鋅鋼板上打好電泳掛孔，在車間內(nèi)經(jīng)脫脂、磷化等前處理后于80℃烘干，送至電泳漆供應(yīng)商實驗室進行電泳，電泳時間為3 m in，通過改變電壓參數(shù)，分別得到5 μm、7 μm、10 μm和12 μm 4種膜厚的樣板，烘干，備用。

1.4 耐鹽霧性測試

用密封膠帶對電泳后的樣板進行包邊、包孔處理，用劃格刀于試樣正中劃十字叉，劃痕長度為5 cm，寬度為1 mm。將處理好的試樣放入FY-10E型鹽霧箱中進行中性鹽霧試驗。按照GB/T 10125—1997標(biāo)準(zhǔn)，NaCl質(zhì)量濃度為（5±0.1）%，pH為6.5～7.2，試驗箱溫度為（35±1）℃，噴霧器壓力為70～170 kPa，噴霧量為每80 cm2的收集量為1.5 mL/h，試驗時間為500 h，觀察記錄劃線處的腐蝕情況及未劃線處的銹點、鼓泡情況。

截開腐蝕部位和未腐蝕部位試樣，對截面處打磨、拋光后，于JSM-6700F型掃描電鏡下觀察試樣形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽霧試驗宏觀形貌分析

普通鋼板不同電泳膜厚試樣500 h中性鹽霧試驗結(jié)果見圖1。由圖1可見：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm 4種膜厚試樣的劃線區(qū)域腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)大量質(zhì)地疏松的紅色銹蝕產(chǎn)物，并向外溢出，腐蝕區(qū)域向周圍擴展，單邊銹蝕寬度約為0.15 mm，劃線處腐蝕坑深度差異不大，這表明電泳膜厚增大，對普通鋼板劃線處銹蝕蔓延的阻礙作用并不明顯；未劃線區(qū)域有不均勻的紅色銹點出現(xiàn)，隨著電泳膜厚的增加，銹點的數(shù)量和尺寸逐漸減少，這表明涂膜有一定的屏蔽作用，且隨著膜厚的增加，其屏蔽作用增強，但其耐鹽霧性一般，容易發(fā)生穿透腐蝕。

圖1 不同電泳膜厚普通鋼板試樣500 h中性鹽霧試驗結(jié)果Figure 1 The results of neutral salt spray test for 500 h of general steel sample with different electrophoresis film thickness

鍍鋅鋼板不同電泳膜厚試樣500 h中性鹽霧試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同電泳膜厚鍍鋅鋼板試樣500 h中性鹽霧試驗結(jié)果Figure 2 The results of neutral salt spray test for 500 h of zinc coated steel sample with different electrophoresis film thickness

由圖2可見：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm 4種膜厚樣板的劃線區(qū)域有較多的白色疏松銹蝕產(chǎn)物出現(xiàn)，銹蝕產(chǎn)物向外溢出，腐蝕區(qū)域向周圍擴展，單邊銹蝕寬度約為0.15 mm，劃線處腐蝕坑深度較淺，劃線處周圍出現(xiàn)嚴(yán)重鼓泡現(xiàn)象，隨著電泳膜厚增加，鼓泡現(xiàn)象減弱，這表明隨著電泳膜厚增加，對鍍鋅鋼板銹蝕蔓延的阻礙作用增強；未劃線處出現(xiàn)細(xì)微的鼓泡現(xiàn)象，隨著電泳膜厚的增加，鼓泡的數(shù)量和尺寸減小，這表明涂膜有一定的屏蔽作用，且隨著膜厚的增加，屏蔽作用增強，但耐鹽霧性一般，容易發(fā)生穿透腐蝕。

如上所述，劃線區(qū)域部分，普通鋼板電泳試樣呈現(xiàn)紅銹溢出，鍍鋅鋼板試樣呈現(xiàn)白銹溢出和鼓泡；未劃線區(qū)域部分，普通鋼板試樣呈現(xiàn)為銹點，鍍鋅鋼板試樣呈現(xiàn)細(xì)微鼓泡，因此，普通鋼板試樣更易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象。這種差異與基體的腐蝕機理有關(guān)。

普通鋼板電泳試樣劃線處腐蝕機理為：劃線區(qū)域涂膜損傷產(chǎn)生電勢差，鐵基體作為陽極，在與腐蝕介質(zhì)NaCl溶液形成原電池系統(tǒng)的過程中被消耗而產(chǎn)生紅色銹蝕產(chǎn)物，腐蝕以點蝕的形式向機體內(nèi)部擴展，最終產(chǎn)生橫截面積小但較深的腐蝕坑，易出現(xiàn)腐蝕穿透破壞；鍍鋅鋼板電泳試樣劃線處腐蝕機理與普通鋼板類似，但是由于鍍鋅鋼板表面鋅層的電極電位比鐵高，因此鍍鋅鋼板電泳試樣的腐蝕是在鋅表面以全面腐蝕的形式向周圍延伸，使電泳涂膜附著力變差，腐蝕區(qū)域呈現(xiàn)為橫截面積大但深度淺的腐蝕坑，不易出現(xiàn)腐蝕穿透破壞。未劃線區(qū)域產(chǎn)生銹蝕的原因是因為腐蝕液體可以透過涂膜和缺陷處與鐵基體接觸發(fā)生反應(yīng)，普通鋼板電泳試樣以點蝕的形式向機體內(nèi)部擴展，所得到的腐蝕產(chǎn)物質(zhì)地較疏松，會頂破涂膜形成紅色銹點；鍍鋅鋼板電泳試樣在鋅層表面以全面腐蝕的形式擴展，使涂膜附著力變差，所得的腐蝕產(chǎn)物與腐蝕液體充滿于附著力較差的電泳涂膜下而形成鼓泡現(xiàn)象［7-10］。

2.2 鹽霧試驗微觀形貌分析

普通鋼板電泳試樣（膜厚7 μm和10 μm）經(jīng)500 h鹽霧試驗后的微觀形貌見圖3。由圖3可見：兩種電泳膜厚試樣未腐蝕區(qū)域電泳涂膜表面光滑平整，灰色漆面與黑色磷化膜交界處連續(xù)，電泳漆與基體附著良好。膜厚7 μm試樣的腐蝕區(qū)域存在大量顏色較深的腐蝕產(chǎn)物，磷化膜部分消失，腐蝕已經(jīng)到達基體內(nèi)部，出現(xiàn)大面積的腐蝕坑；膜厚10 μm試樣的腐蝕區(qū)域表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，磷化膜破壞較少，基體表面出現(xiàn)深色銹跡，表明電泳膜厚增加，對基體的保護能力也隨之增加。

圖3 普通鋼板試樣500 h鹽霧試驗后的微觀形貌圖Figure 3 The microstructure of general steel samples after salt spray test for 500 h

鍍鋅鋼板電泳試樣（膜厚5 μm和10 μm）經(jīng)500 h鹽霧試驗后的微觀形貌見圖4。

圖4 鍍鋅鋼板試樣500 h鹽霧試驗后的微觀形貌圖Figure 4 The microstructure of zinc coated steel samples after salt spray test for 500 h

由圖4可見：兩種膜厚試樣未腐蝕區(qū)域表面電泳涂膜平整、連續(xù)，磷化膜較薄，鍍鋅層連續(xù)但不平整，電泳涂膜與基體附著整體較好。膜厚5 μm試樣鼓泡區(qū)域涂層已經(jīng)脫落，磷化膜部分消失，鍍鋅層內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)小孔洞、質(zhì)地疏松；膜厚10 μm試樣鼓泡區(qū)域涂層脫落，鍍鋅層出現(xiàn)孔洞，磷化膜未受較大影響，鐵基體未受到腐蝕，表明涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蝕性越好。

普通鋼板試樣表面出現(xiàn)腐蝕凹坑，這表明普通鋼板以點蝕的形式發(fā)生腐蝕，兩種膜厚試樣基體均出現(xiàn)銹蝕痕跡；鍍鋅鋼板試樣表面出現(xiàn)大面積鋅層，這表明鋅層出現(xiàn)了全面腐蝕現(xiàn)象，由于沒有鋅層的保護作用，普通鋼板較鍍鋅鋼板更易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象。

3 結(jié)語

（1）電泳漆耐水性、耐鹽霧性一般，在長期腐蝕下容易發(fā)生穿透腐蝕；

（2）在涂膜破損的情況下，增大涂膜厚度對基體耐蝕性的保護作用不明顯；涂膜完好情況下，涂膜厚度對基體耐蝕能力影響較大，涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蝕性越好；

（3）普通鋼板試樣出現(xiàn)點蝕，鍍鋅鋼板試樣表面出現(xiàn)全面腐蝕，長期腐蝕條件下，普通鋼板更易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象。

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Research on Influence of Automobile Body Sheet and Electr ophoresis Film Thickness on Corrosion Resistance

Liu Chengxin1，Huang Ping2，Liu Yan2，Zhang Yingying2，Ye Hong1，Yan Zhonglin1
（1.Chongqing University of Technology，Chongqing，400054，China；2.Chongqing Chang’an Automobile Co.，Ltd.，Chongqing，401120，China）

Simulating the electrophoretic situation of automobile inner cavity，neutral salt spray tests were carried out on common steel plate and galvanized steel plate with four different film thickness. The process，cause and regulation of corrosion were discussed through scanning election microscope and other analysis methods. The results showed that water tolerance and salt fog resistance of electrophoretic film was ordinary，through corrosion was showed. With film damage，the increasing of film thickness had little effect on protecting the spread of corrosion. With undamaged film，increasing the film thickness，the stronger shielding effect had，the better anticorrosion effect was showed. The common steel plate showed pitting corrosion characteristic，and the galvanized steel plate showed comprehensive corrosion，through corrosion was more easily showed on common steel plate.

automobile inner cavity；common steel plate；galvanized steel plate；electrophoresis；corrosion

TQ 639

A

1009-1696（2017）02-0005-04

2016-12-05

劉承鑫（1990—），男，碩士研究生，主要從事材料強化、失效及保護工作。