汽車(chē)用鋅鋁鎂鍍層板應(yīng)用技術(shù)性能分析及評(píng)估

姜發(fā)同，劉旭亮，袁超，陳兆欣，郭秋彥

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

前言

20世紀(jì)90年代，為了實(shí)現(xiàn)鍍層板性能的進(jìn)一步提升[1]，日本日新制鋼和新日鐵在現(xiàn)有的鍍層板生產(chǎn)線(xiàn)的工藝基礎(chǔ)上開(kāi)始進(jìn)行新型鍍層板的研究和開(kāi)發(fā)，并成功商業(yè)化生產(chǎn)出鋅鋁鎂（ZM）鍍層產(chǎn)品，此時(shí)開(kāi)發(fā)的大多產(chǎn)品中Al、Mg含量較高（Mg高于3 %、或者Al高于3.7 %），表面質(zhì)量較差，主要用于建筑行業(yè)。20世紀(jì)90年代以后，國(guó)外各大鋼鐵公司，如安賽樂(lè)米塔爾、蒂森、塔塔鋼鐵以及新日鐵陸續(xù)成功開(kāi)發(fā)了一系列低鋁低鎂系列ZM鍍層產(chǎn)品（Mg含量不高于3.0 %、Al含量不高于3.7 %），產(chǎn)品表面質(zhì)量能夠達(dá)到汽車(chē)內(nèi)板件表面等級(jí)要求[2-4]。目前，國(guó)內(nèi)寶武、首鋼等鋼廠也成功開(kāi)發(fā)出汽車(chē)用鋅鋁鎂鍍層鋼板。

由于其具備耐蝕性?xún)?yōu)異、耐磨損、加工性能良好等特點(diǎn)，在其鍍層減薄后可明顯降低材料的使用成本，ZM得到了越來(lái)越多汽車(chē)主機(jī)廠的青睞。但ZM鍍層產(chǎn)品同其他鍍鋅類(lèi)鋼板一樣，易受低熔點(diǎn)金屬鍍層的影響，在電弧電焊中，容易出現(xiàn)飛濺和氣孔的增加以造成強(qiáng)度下降[5]。另外，鍍層的減薄也容易影響材料的耐腐蝕能，因此有必要對(duì)鋅鋁鎂鍍層汽車(chē)板的耐腐蝕性能與焊接性能進(jìn)行研究。

本文以某鋼廠生產(chǎn)的純鋅鍍層與鋅鋁鎂鍍層DC56D為研究對(duì)象，以中性鹽霧試驗(yàn)評(píng)價(jià)其耐腐蝕性能，以焊接工藝窗口，評(píng)估其焊接性能。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

0.8 mm厚度的鍍鋅DC56D+Z50/50和鍍鋅鋁鎂DC56D+ZM35/35。

1.2 耐蝕性測(cè)試方法

試樣尺寸：100 mm*150 mm*2 mm

實(shí)驗(yàn)方法：中性鹽霧腐蝕，參照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》，持續(xù)480 h，記錄不同時(shí)間段板材腐蝕形貌。

為了了解兩種材料本身和其在車(chē)身上的耐腐蝕性能，試驗(yàn)采用板材的兩種形態(tài)，即無(wú)涂漆板與涂漆板。對(duì)于無(wú)涂漆板，其耐蝕性主要是反映鍍層對(duì)基體的保護(hù)作用；對(duì)于涂漆板，主要是為了評(píng)估車(chē)輛在油漆損壞后的其表面耐腐蝕性能，該性能不僅受鍍層影響，也會(huì)受到鍍層與油漆之間的結(jié)合能力、油漆的防銹能力等因素的影響。

1.3 焊接性測(cè)試方法

試樣尺寸：30 mm*120 mm*2 mm

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：按照GWS-5A標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展焊接工藝窗口對(duì)比測(cè)試；最小焊點(diǎn)直徑4.0 mm，采用16×23/Φ6的電極帽，電極材質(zhì)為鉻鋯銅。

試驗(yàn)過(guò)程：按照中心對(duì)準(zhǔn)原則安裝焊接電極頭，并在開(kāi)始焊接前將電極頭壓緊。并用復(fù)印紙檢查電極頭對(duì)中性，焊前進(jìn)行50個(gè)點(diǎn)的預(yù)打點(diǎn)，使電極頭處于工作狀態(tài)。

可焊性范圍是通過(guò)建立最小焊核尺寸曲線(xiàn)和飛濺發(fā)生曲線(xiàn)而得到的。最小焊核尺寸曲線(xiàn)由A、B、C三點(diǎn)組成。這些位置代表在三種不同焊接時(shí)間下能夠獲得最小焊核尺寸的焊接電流。這三種焊接時(shí)間分別為最大焊接時(shí)間（一個(gè)脈沖，260 ms），正常焊接時(shí)間（一個(gè)脈沖，230 ms），最小焊接時(shí)間（一個(gè)脈沖，200 ms）。飛濺產(chǎn)生曲線(xiàn)是通過(guò)增加焊接電流（增幅200 A）直到在第二個(gè)焊點(diǎn)上有飛濺產(chǎn)生而建立的。

表1 焊接工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 耐蝕試驗(yàn)結(jié)果

無(wú)涂漆板耐蝕性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)ZM表面白銹越來(lái)越多，但未出現(xiàn)紅銹，而GI表面則是紅銹越來(lái)越多，最終幾乎覆蓋整個(gè)表面。

表2 無(wú)涂漆板耐蝕性對(duì)比

120 h：GI50/50紅銹大量出現(xiàn)；ZM鍍層表面為白銹，無(wú)紅銹出現(xiàn)。

240 h：GI50/50紅銹大量出現(xiàn)，這表明GI50/50鍍層已銹穿，ZM鍍層表面仍為白銹。

480 h：GI50/50紅銹面積進(jìn)一步增加，ZM鍍層表面仍為白銹，未見(jiàn)紅銹。

從無(wú)涂漆板中性鹽霧測(cè)試結(jié)果來(lái)看：ZM鍍層對(duì)鋼材基體的保護(hù)性遠(yuǎn)好于純鋅。究其原因主要為： Zn-Mg鍍層上堿式氯化鋅的穩(wěn)定性比其在純Zn鍍層上的更高。在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，堿式氯化鋅都穩(wěn)定存在于Zn-Mg鍍層上，而Zn鍍層上，僅在試驗(yàn)的早期階段可觀察到堿式氯化鋅的存在，這是由于Mg（OH）2的析出，而使pH值保持在 10.2 左右，同時(shí) Mg2+與碳酸根優(yōu)先反應(yīng)生成MgCO3，因而從系統(tǒng)中去除了碳酸根離子，穩(wěn)定了堿式氯化鋅和其他Zn基腐蝕產(chǎn)物。

涂漆板耐蝕性如表3，可見(jiàn)：ZM鍍層最大單側(cè)腐蝕擴(kuò)展寬度為6.5 mm，GI50/50為5.5 mm，電泳涂漆后ZM在中性鹽霧中的腐蝕行為與GI板類(lèi)似，均會(huì)在早期出現(xiàn)劃痕周邊嚴(yán)重的起泡現(xiàn)象。

表3 涂漆板耐蝕性對(duì)比

2.2 焊接試驗(yàn)結(jié)果

焊接工藝窗口見(jiàn)圖1，所選三個(gè)焊接時(shí)間下，兩者均能滿(mǎn)足電流范圍均大于 GWS - 5A 中1.0 kA 的要求，DC56D+Z的焊接工藝窗口與DC56D+ZM相比較寬，見(jiàn)表4、5。

圖1 GI和ZM焊接工藝窗口對(duì)比

表4 GI可焊性范圍

兩種材料鍍層厚度相近，由于鋅鋁鎂鍍層含有少量鋁，焊接過(guò)程中熔化進(jìn)行焊縫，形成脆性金屬間化合物Fe-Al，造成焊縫性能較純鋅鍍層稍微偏低。因此，DC56D+Z的焊接工藝窗口與DC56D+ZM相比較寬。兩種材料焊接工藝窗口均大于1 kA，焊接性能滿(mǎn)足GWS-5A的要求。

表5 ZM可焊性范圍

3 結(jié)論

本文對(duì)鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層鋼板的耐腐蝕性能、焊接性能進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)論如下：

1）ZM和GI板在無(wú)涂漆狀態(tài)下的耐蝕性評(píng)估上，ZM鍍層板耐蝕性（SST）是GI板的2倍以上；在涂漆狀態(tài)下， ZM的表面耐腐蝕性能與GI基本一致。

2）ZM與GI板電流范圍均大于GWS-5A中1.0 kA的要求，但ZM的焊接工藝窗口比GI的窄0.5 kA左右。