鋁合金腐蝕試驗(yàn)研究

摘要： 為解決鋼鋁混合車身的電化學(xué)腐蝕問(wèn)題，尤其是電偶腐蝕，對(duì)鋁合金腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行研究，探究不同鋼鋁連接材料及連接方式、不同成型工藝對(duì)鋁合金腐蝕的影響。結(jié)果表明：螺接樣品受電偶腐蝕和縫隙腐蝕的雙重影響，腐蝕等級(jí)高于SPR鉚接；鑄造鋁合金因成分偏析問(wèn)題，防腐性能明顯低于擠壓型材。

關(guān)鍵詞：鋁合金 防腐蝕 電偶腐蝕

中圖分類號(hào)：U465.2+2" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230384

Research on Aluminum Alloy Corrosion Test

Li Ying， Peng Huajiang， He Zhongshu， Zhang Chunling

（R＆D Center， Chongqing Chang’an Automobile Co.， Ltd.，" Chongqing 401120）

Abstract： To address the issue of electrochemical corrosion of steel-aluminum hybrid vehicle body， especially galvanic corrosion， corrosion test of aluminum alloy is studied to explore the influence of different steel-aluminum joining material and method， different forming process on aluminum alloy corrosion. The results show that the corrosion grade of the bolted samples is higher than that of SPR riveting due to the double effects of galvanic corrosion and crevice corrosion， whereas corrosion resistance of cast aluminum alloy is obviously lower than that of extruded profile due to segregation of components.

Key words： Aluminum alloy， Anti-corrosion， Galvanic corrosion

1 前言

防腐蝕是汽車產(chǎn)品的關(guān)鍵性能，不僅用戶高度關(guān)注，同時(shí)與產(chǎn)品安全性能強(qiáng)相關(guān)。隨著輕量化混合車身的不斷發(fā)展，鋁合金作為輕量化車輛的主要金屬材料，其腐蝕問(wèn)題及與鋼偶接后的電偶腐蝕問(wèn)題研究需求越來(lái)越迫切。

本文的主要研究?jī)?nèi)容為鋁合金和鋼鋁連接件的防腐性能。雖然鋁合金的腐蝕通常以白銹為主，不易被消費(fèi)者察覺(jué)，但輪輞等高可見(jiàn)部位的腐蝕投訴較多。本文研究鋁合金及與鋼連接的腐蝕機(jī)理，通過(guò)研究建立多級(jí)試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和鋁合金腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以降低車用鋁合金的銹蝕風(fēng)險(xiǎn)。

2 電偶腐蝕的基本原理

電偶腐蝕在車輛腐蝕中較為常見(jiàn)。電偶腐蝕是指電位不同的2種金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反應(yīng)，其中：電位較低的金屬構(gòu)成原電池的陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，腐蝕速率增大；電位較高的金屬構(gòu)成原電池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，腐蝕速率減小，受到保護(hù)。鋼鋁連接件的電偶腐蝕化學(xué)反應(yīng)方程式為：

陽(yáng)極反應(yīng)：Al-3e-=Al3+，

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-，

總式：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)分析售后數(shù)據(jù)，鋁合金的主要腐蝕位置為鋁合金材料與碳鋼的搭接部位。懸置支架、輪輞的腐蝕位置均在異種金屬的搭接處（合金與鋼制結(jié)構(gòu)搭接），懸置支架與螺標(biāo)件搭接處、輪輞與制動(dòng)盤搭接處腐蝕比較集中，搭接位置均沒(méi)有密封，存在電解質(zhì)（鹽水）的影響，易形成電偶腐蝕回路。針對(duì)售后腐蝕調(diào)研中的重點(diǎn)零部件進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)如圖1所示的鋁合金防腐試驗(yàn)。

整車鋁合金的應(yīng)用情況如表1所示。

基于上述分析，設(shè)計(jì)鋁合金防腐試驗(yàn)方案如下：

a. 方案1為鋁合金分別與普通碳鋼、鍍鋅鋼連接的整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)；

b. 方案2為鋁合金分別與普通碳鋼、鍍鋅鋼不同連接方式（螺接、自沖鉚接）的整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)；

c. 方案3為不同成型工藝（擠壓、鑄造）鋁合金的整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)。

整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)的試驗(yàn)條件和主要參數(shù)如表2所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 方案1的試驗(yàn)結(jié)果

觀察鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼整車鹽霧循環(huán)100次后的宏觀腐蝕形貌和微觀腐蝕形貌，發(fā)現(xiàn)均形成了腐蝕坑，且鋁合金的腐蝕深度大于鋼材，普通碳鋼的腐蝕深度大于鍍鋅鋼。鋁合金板材（6082-T6）分別與普通碳鋼（DC01）、鍍鋅鋼（DC51D+Z）螺接，經(jīng)過(guò)整車鹽霧循環(huán)100次后，鋁合金板材（6082-T6）的腐蝕深度分別為587.23 μm和473.16 μm，如圖2所示。腐蝕深度比約為1.24∶1。

分析認(rèn)為，鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼板螺接后發(fā)生了電偶腐蝕，由于不同金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位不同，電位相對(duì)較低的鋁合金（鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.66 V）作為陽(yáng)極而腐蝕加速，電位相對(duì)較高的普通碳鋼（鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44 V）、鍍鋅鋼板（鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76 V）作為陰極而腐蝕減緩，表明鋁合金的加速腐蝕對(duì)普通碳鋼、鍍鋅鋼板起到一定的保護(hù)作用。另外，由于2種金屬的電位差越大越容易發(fā)生電偶腐蝕，普通碳鋼與鋁合金螺接的電位差大于鍍鋅板與鋁合金螺接的電位差，故鋁合金與普通碳鋼螺接的腐蝕程度較鋁合金與鍍鋅鋼板嚴(yán)重[1]。

4.2 方案2的試驗(yàn)結(jié)果

觀察鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼整車鹽霧循環(huán)100次后的宏觀腐蝕形貌和微觀腐蝕形貌，發(fā)現(xiàn)均形成了腐蝕坑，且鋁合金螺接的腐蝕深度大于鋁合金自沖鉚接的腐蝕深度，如圖3所示。鋁合金板材（6082-T6）分別與鋼板DC01螺接和自沖鉚接，經(jīng)過(guò)整車循環(huán)鹽霧循環(huán)100次后，鋁合金板材（6082-T6）的腐蝕深度分別為579.51 μm和417.67 μm，腐蝕深度比約為1.46∶1；鋁合金板材（6082-T6）分別與鍍鋅鋼DC51D+Z螺接和自沖鉚接， 經(jīng)過(guò)整車循環(huán)鹽霧循環(huán)100次后，鋁合金板材（6082-T6）的腐蝕深度分別為397.06 μm和293.77 μm，腐蝕深度比約為1.42∶1。

對(duì)比鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼螺接的腐蝕形貌與鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼自沖鉚接的腐蝕形貌，鋁合金螺接的腐蝕程度明顯高于鋁合金自沖鉚接，說(shuō)明鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼板螺接時(shí)不僅發(fā)生了電偶腐蝕，還存在縫隙腐蝕。研究表明，縫隙寬度為0.025～0.250 mm時(shí)對(duì)縫隙腐蝕最為敏感。自沖鉚接的鈑金間隙lt;0.025 mm，故自沖鉚接部位很少出現(xiàn)縫隙腐蝕，主要為電偶腐蝕。而鋼鋁螺接的間隙為0.10～0.25 mm，故螺接部位受電偶腐蝕和縫隙腐蝕的共同影響，且同時(shí)出現(xiàn)電偶腐蝕與縫隙腐蝕聯(lián)合的部位腐蝕最為嚴(yán)重[2]。

4.3 方案3的試驗(yàn)結(jié)果

由某車型整車腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可知，擠壓型材鋁合金防腐性能（平均銹蝕等級(jí)為3）優(yōu)于鑄造鋁合金（平均銹蝕等級(jí)為5），如表3所示。

分析認(rèn)為，鋁合金防腐主要依賴其表面形成的致密氧化膜，阻隔腐蝕介質(zhì)，不同成型工藝會(huì)影響氧化膜的質(zhì)量。鑄造時(shí)，金屬液與氧氣反應(yīng)析出氧化物，形成粗糙、不均勻的氧化膜，保護(hù)性能較差，而擠壓成型可以打破鑄造所形成的表面氧化膜，新的氧化膜能夠在加工后的表面重新形成，更均勻致密。另外，擠壓還會(huì)使合金產(chǎn)生加工硬化，改善微觀組織，提高腐蝕電位，增強(qiáng)耐蝕性[3]。

5 結(jié)論

a. 螺接樣品受電偶腐蝕和縫隙腐蝕的雙重影響，腐蝕等級(jí)高于自沖鉚接；鑄造鋁合金因成分偏析問(wèn)題，防腐性能明顯低于擠壓型材。

b. 從國(guó)內(nèi)腐蝕環(huán)境條件及用戶的接受程度來(lái)看，鋁合金售后腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較低，整車防腐設(shè)計(jì)壓力較小。

c. 對(duì)于海外高腐蝕環(huán)境地區(qū)，鋼鋁連接腐蝕需再進(jìn)行系統(tǒng)性研究。

參考文獻(xiàn)：

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