鋼鋁連接件陽極電泳涂裝與陰極電泳涂裝性能

任玉寶，劉昌明，趙懷鵬，張 弟，李 丹

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003)

0 前言

鋼鋁連接技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于交通、航天及裝備制造等各領(lǐng)域。自汽車制造業(yè)轉(zhuǎn)向節(jié)能、環(huán)保、輕量化發(fā)展方向后，大量的鋁質(zhì)工件替代了傳統(tǒng)的鋼質(zhì)工件被應(yīng)用到汽車中，極大地降低了汽車的自重，節(jié)約了燃油成本［1-3］。同時(shí)，鋁質(zhì)工件的引入也將鋁所具有的強(qiáng)耐蝕性、強(qiáng)導(dǎo)電性、強(qiáng)導(dǎo)熱性引入到了汽車中，大大提升了汽車質(zhì)量。

鋁質(zhì)工件的引入出現(xiàn)了大量的鋼鋁連接，這些連接部位的連接方式通常為鉚接、螺接、膠接，其中以鉚接與螺接為主［4］。表面處理方式一般為電泳涂裝或氟碳噴涂，尤以陰極電泳涂裝應(yīng)用較為廣泛［5-6］。本文將在此基礎(chǔ)上，以螺接的鋼鋁連接件作為試驗(yàn)樣，分別對(duì)其進(jìn)行陽極電泳涂裝與陰極電泳涂裝，然后對(duì)兩種漆膜的性能進(jìn)行檢測分析，以期探索將陰極電泳涂裝作為理想的鋼鋁連接件表面處理方法的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及檢測設(shè)備

原料：Q235鋼板（150mm×70mm×3mm）；6061-T6鋁合金板（150mm×70mm×3mm）。

緊固件：LMC雙面鉚釘（M9·26不銹鋼）。

檢測設(shè)備：QCJ-120涂層耐沖擊試驗(yàn)儀、Q-fog/CRH600鹽霧箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

連接件的連接方式見圖1。首先將鋼鋁連接件命名為試樣A，然后對(duì)連接件進(jìn)行皮膜處理，對(duì)連接件進(jìn)行陽極電泳涂裝得到試樣B，對(duì)連接件進(jìn)行陰極電泳涂裝得到試樣C。試樣B與試樣C的表面處理流程為：超聲波脫脂-水洗-皮膜處理-水洗-陽極電泳（陰極電泳）-水洗-固化。

圖1鋁合金試樣膠接位置及尺寸圖（左側(cè)：鋁板；右側(cè)：鋼板）

對(duì)試樣B、試樣C漆膜進(jìn)行硬度測試、附著力測試及耐沖擊測試；對(duì)試樣A、試樣B、試樣C進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)與方法見表1。

表1鋼鋁連接件性能檢測標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 漆膜膜層性能

分別對(duì)試樣B和試樣C進(jìn)行膜層硬度、附著力、耐沖擊性測試，相關(guān)檢測結(jié)果見表2。

表2試樣B、試樣C的漆膜性能

對(duì)比表2數(shù)據(jù)可以看出，相對(duì)陽極電泳試樣B，陰極電泳試樣C的漆膜硬度為4H，略低于陽極電泳漆膜硬度5H；漆膜附著性能1級(jí)，略高于陽極電泳漆膜附著性能2級(jí)；耐沖擊性結(jié)果（沖擊區(qū)完好無裂紋）與陽極電泳漆膜耐沖擊性結(jié)果（沖擊區(qū)開裂且脫落）相比，對(duì)比效果明顯，陰極電泳漆膜的性能明顯更好。

2.2 鹽霧試驗(yàn)形貌分析

分別將試樣A、試樣B、試樣C置于中性鹽霧試驗(yàn)箱中進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，采集經(jīng)0 h、480 h、720 h、1000 h后樣品的表面形貌，三種試樣不同階段的表面形貌見圖2。

由圖2可看出，未經(jīng)表面處理的試樣A在經(jīng)480h鹽霧試驗(yàn)后，鋼件部分出現(xiàn)了腐蝕，且其腐蝕面積幾乎覆蓋了整個(gè)鋼件；鋼件的銹層可分為內(nèi)外兩層，外層呈棕紅色，內(nèi)層呈黑色，且與內(nèi)層相比，外層易脫落，內(nèi)層比較牢固。隨著腐蝕時(shí)間的增加，鋼件的銹層越來越厚，在1000h時(shí)，棕紅色銹層開始脫落，裸露出黑色內(nèi)層。鋁件部分耐蝕性相對(duì)較好，在鹽霧至1000 h出現(xiàn)了灰色斑狀腐蝕。

陽極電泳試樣B經(jīng)480 h鹽霧試驗(yàn)后，在鋼鋁連接點(diǎn)位置及鉚釘周圍出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕，隨鹽霧時(shí)間的增加腐蝕加劇，進(jìn)行至1000 h時(shí)，鋼件部分的腐蝕面積達(dá)50%，局部漆膜遭到破壞，產(chǎn)生大量的灰黑色腐蝕產(chǎn)物，而鋁板部分經(jīng)1000 h鹽霧后未發(fā)生腐蝕。

陰極電泳試樣C的耐蝕性較好。在720 h鹽霧試驗(yàn)后鋼鋁連接點(diǎn)位置出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕，1000 h時(shí)，鋼板腐蝕面相對(duì)擴(kuò)大，但整體依然維持原始形貌。鋁板部分經(jīng)1000 h鹽霧后未發(fā)生腐蝕。

以上分析說明，無論是鋼件還是鋁件，陰極電泳涂裝的耐蝕性較好，更能提升連接件的防腐性能。

圖2試樣經(jīng)一定鹽霧時(shí)間后的表面形貌

3 分析與討論

陽極電泳漆一般由帶有羧基、羥基的有機(jī)高分子構(gòu)成，在外加直流電作用下，分散在水中游離漆會(huì)附著在陽極金屬表面形成漆膜。此類膜層一般硬度高易脆裂，與金屬的附著效果不夠理想，這就造成該膜層雖硬度較高，但耐沖擊性較差。同時(shí)因膜層中引入的羧基、羥基具有較強(qiáng)親水性，使得電泳漆膜耐堿性和耐鹽霧性下降。這些性能因素極大地限制了陽極電泳涂層的發(fā)展。

陰極電泳漆一般由帶胺基的有機(jī)高分子構(gòu)成，電泳漆膜具有較強(qiáng)韌性，與金屬附著能力較強(qiáng)，因此該膜層抗沖擊性能強(qiáng)。同時(shí)，由于膜層材質(zhì)穩(wěn)定，親水性較差，使得膜層耐堿性和耐鹽霧性均較好，可有效對(duì)金屬基材進(jìn)行表面防護(hù)。但因陰極電泳漆成本相對(duì)較高，也使得陰極電泳難以完全替代陽極電泳。

4 結(jié)論

相對(duì)于陽極電泳涂裝，陰極電泳漆膜硬度5 H、基體附著力2級(jí)，耐沖擊試驗(yàn)性好，沖擊區(qū)漆膜完好無裂紋。同時(shí)，陰極電泳涂裝對(duì)連接件有更強(qiáng)的耐蝕防護(hù)作用，其中鋁試樣經(jīng)鹽霧試驗(yàn)達(dá)1000 h無腐蝕出現(xiàn)，鋼試樣經(jīng)鹽霧480 h無腐蝕出現(xiàn)，耐蝕性遠(yuǎn)超陽極電泳漆膜。因此，陰極電泳涂裝可作為一種較理想的鋼鋁連接件的表面處理方法。