车身钢板及不同电泳膜厚对耐蚀性的影响研究

刘承鑫，黄 平，刘 雁，张营营，叶 宏，闫忠琳

（1.重庆理工大学，重庆 400054；2.重庆长安汽车股份有限公司，重庆 401120）

车身钢板及不同电泳膜厚对耐蚀性的影响研究

刘承鑫1，黄 平2，刘 雁2，张营营2，叶 宏1，闫忠琳1

（1.重庆理工大学，重庆 400054；2.重庆长安汽车股份有限公司，重庆 401120）

模拟车身内腔电泳情况，在普通钢板和镀锌钢板两种材料表面电泳4种不同膜厚涂层进行中性盐雾试验。采用扫描电镜等分析手段，探讨锈蚀产生的过程、原因和规律。试验结果表明：电泳涂膜的耐水性、耐盐雾性一般，已发生穿透腐蚀；在涂膜破损的情况下，涂膜厚度增加对阻止破损处锈蚀蔓延的作用不大；在涂膜完好的情况下，涂膜厚度增加，屏蔽作用加强，防锈效果显著；普通钢板试样腐蚀以点蚀形式进行，镀锌钢板试样腐蚀以全面腐蚀形式进行，普通钢板试样更易出现锈穿现象。

汽车内腔；普通钢板；镀锌钢板；电泳；腐蚀

0 引言

事故损坏、磨损损坏、腐蚀损坏是汽车的三大损坏形式，其中腐蚀损坏的影响最为严重，因此，汽车车身的防腐能力已成为衡量汽车品质的一项重要指标［1］。近几年，经常发生车身内腔结构的穿孔腐蚀问题，不仅造成汽车外观和功能上的缺陷，降低整车品质，严重时甚至会影响整车的安全性，造成人员伤亡［2-3］。

汽车内腔因设计原因，易形成封闭或半封闭的腔体、凹槽等结构，加之电泳工艺缺陷的影响，导致内腔结构无法电泳或电泳涂膜不连续、不完整，使金属基体裸露，内腔结构易出现积水、灰尘泥垢堆积等现象，加之此处不通风、排水不畅等，易形成原电池结构，使内腔结构发生穿孔腐蚀［4-6］。

针对汽车内腔腐蚀严重的问题，各主机厂开展了提升车身内腔结构防腐能力的研究。基于成本的考虑，需平衡钢板材料和内腔膜厚的关系。本研究从车身钢板材料和内腔膜厚两方面出发，模拟车身内腔电泳状况，通过中性盐雾试验，结合SEM（扫描电镜）和EDS（能谱分析）谱图来研究钢板材料及车身内腔电泳膜厚对耐蚀性的影响。

1 试验部分

1.1 原材料

B340/590DP普通钢板（100 m m×100 m m×1.6 m m）、DC56DZ镀锌钢板（100 mm×100 mm×0.7 mm），上海宝山钢铁股份有限公司；双组分环氧电泳漆，湖南湘江关西涂料有限公司。

双组分环氧电泳漆的工艺参数见表1。

表1 双组分环氧电泳漆的工艺参数Table 1 The technical parameters of two-component epoxy electrophoretic coatings

1.2 仪器设备

FY-10E型盐雾箱，重庆市威尔试验设备有限公司；JSM-6700F型扫描电镜，日本电子公司。

1.3 试样制备

分别在普通钢板和镀锌钢板上打好电泳挂孔，在车间内经脱脂、磷化等前处理后于80℃烘干，送至电泳漆供应商实验室进行电泳，电泳时间为3 m in，通过改变电压参数，分别得到5 μm、7 μm、10 μm和12 μm 4种膜厚的样板，烘干，备用。

1.4 耐盐雾性测试

用密封胶带对电泳后的样板进行包边、包孔处理，用划格刀于试样正中划十字叉，划痕长度为5 cm，宽度为1 mm。将处理好的试样放入FY-10E型盐雾箱中进行中性盐雾试验。按照GB/T 10125—1997标准，NaCl质量浓度为（5±0.1）%，pH为6.5～7.2，试验箱温度为（35±1）℃，喷雾器压力为70～170 kPa，喷雾量为每80 cm2的收集量为1.5 mL/h，试验时间为500 h，观察记录划线处的腐蚀情况及未划线处的锈点、鼓泡情况。

截开腐蚀部位和未腐蚀部位试样，对截面处打磨、抛光后，于JSM-6700F型扫描电镜下观察试样形貌。

2 结果与讨论

2.1 盐雾试验宏观形貌分析

普通钢板不同电泳膜厚试样500 h中性盐雾试验结果见图1。由图1可见：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm 4种膜厚试样的划线区域腐蚀严重，出现大量质地疏松的红色锈蚀产物，并向外溢出，腐蚀区域向周围扩展，单边锈蚀宽度约为0.15 mm，划线处腐蚀坑深度差异不大，这表明电泳膜厚增大，对普通钢板划线处锈蚀蔓延的阻碍作用并不明显；未划线区域有不均匀的红色锈点出现，随着电泳膜厚的增加，锈点的数量和尺寸逐渐减少，这表明涂膜有一定的屏蔽作用，且随着膜厚的增加，其屏蔽作用增强，但其耐盐雾性一般，容易发生穿透腐蚀。

图1 不同电泳膜厚普通钢板试样500 h中性盐雾试验结果Figure 1 The results of neutral salt spray test for 500 h of general steel sample with different electrophoresis film thickness

镀锌钢板不同电泳膜厚试样500 h中性盐雾试验结果见图2。

图2 不同电泳膜厚镀锌钢板试样500 h中性盐雾试验结果Figure 2 The results of neutral salt spray test for 500 h of zinc coated steel sample with different electrophoresis film thickness

由图2可见：5 μm、7 μm、10 μm、12 μm 4种膜厚样板的划线区域有较多的白色疏松锈蚀产物出现，锈蚀产物向外溢出，腐蚀区域向周围扩展，单边锈蚀宽度约为0.15 mm，划线处腐蚀坑深度较浅，划线处周围出现严重鼓泡现象，随着电泳膜厚增加，鼓泡现象减弱，这表明随着电泳膜厚增加，对镀锌钢板锈蚀蔓延的阻碍作用增强；未划线处出现细微的鼓泡现象，随着电泳膜厚的增加，鼓泡的数量和尺寸减小，这表明涂膜有一定的屏蔽作用，且随着膜厚的增加，屏蔽作用增强，但耐盐雾性一般，容易发生穿透腐蚀。

如上所述，划线区域部分，普通钢板电泳试样呈现红锈溢出，镀锌钢板试样呈现白锈溢出和鼓泡；未划线区域部分，普通钢板试样呈现为锈点，镀锌钢板试样呈现细微鼓泡，因此，普通钢板试样更易出现锈穿现象。这种差异与基体的腐蚀机理有关。

普通钢板电泳试样划线处腐蚀机理为：划线区域涂膜损伤产生电势差，铁基体作为阳极，在与腐蚀介质NaCl溶液形成原电池系统的过程中被消耗而产生红色锈蚀产物，腐蚀以点蚀的形式向机体内部扩展，最终产生横截面积小但较深的腐蚀坑，易出现腐蚀穿透破坏；镀锌钢板电泳试样划线处腐蚀机理与普通钢板类似，但是由于镀锌钢板表面锌层的电极电位比铁高，因此镀锌钢板电泳试样的腐蚀是在锌表面以全面腐蚀的形式向周围延伸，使电泳涂膜附着力变差，腐蚀区域呈现为横截面积大但深度浅的腐蚀坑，不易出现腐蚀穿透破坏。未划线区域产生锈蚀的原因是因为腐蚀液体可以透过涂膜和缺陷处与铁基体接触发生反应，普通钢板电泳试样以点蚀的形式向机体内部扩展，所得到的腐蚀产物质地较疏松，会顶破涂膜形成红色锈点；镀锌钢板电泳试样在锌层表面以全面腐蚀的形式扩展，使涂膜附着力变差，所得的腐蚀产物与腐蚀液体充满于附着力较差的电泳涂膜下而形成鼓泡现象［7-10］。

2.2 盐雾试验微观形貌分析

普通钢板电泳试样（膜厚7 μm和10 μm）经500 h盐雾试验后的微观形貌见图3。由图3可见：两种电泳膜厚试样未腐蚀区域电泳涂膜表面光滑平整，灰色漆面与黑色磷化膜交界处连续，电泳漆与基体附着良好。膜厚7 μm试样的腐蚀区域存在大量颜色较深的腐蚀产物，磷化膜部分消失，腐蚀已经到达基体内部，出现大面积的腐蚀坑；膜厚10 μm试样的腐蚀区域表面出现腐蚀产物，磷化膜破坏较少，基体表面出现深色锈迹，表明电泳膜厚增加，对基体的保护能力也随之增加。

图3 普通钢板试样500 h盐雾试验后的微观形貌图Figure 3 The microstructure of general steel samples after salt spray test for 500 h

镀锌钢板电泳试样（膜厚5 μm和10 μm）经500 h盐雾试验后的微观形貌见图4。

图4 镀锌钢板试样500 h盐雾试验后的微观形貌图Figure 4 The microstructure of zinc coated steel samples after salt spray test for 500 h

由图4可见：两种膜厚试样未腐蚀区域表面电泳涂膜平整、连续，磷化膜较薄，镀锌层连续但不平整，电泳涂膜与基体附着整体较好。膜厚5 μm试样鼓泡区域涂层已经脱落，磷化膜部分消失，镀锌层内部出现细小孔洞、质地疏松；膜厚10 μm试样鼓泡区域涂层脱落，镀锌层出现孔洞，磷化膜未受较大影响，铁基体未受到腐蚀，表明涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蚀性越好。

普通钢板试样表面出现腐蚀凹坑，这表明普通钢板以点蚀的形式发生腐蚀，两种膜厚试样基体均出现锈蚀痕迹；镀锌钢板试样表面出现大面积锌层，这表明锌层出现了全面腐蚀现象，由于没有锌层的保护作用，普通钢板较镀锌钢板更易出现锈穿现象。

3 结语

（1）电泳漆耐水性、耐盐雾性一般，在长期腐蚀下容易发生穿透腐蚀；

（2）在涂膜破损的情况下，增大涂膜厚度对基体耐蚀性的保护作用不明显；涂膜完好情况下，涂膜厚度对基体耐蚀能力影响较大，涂膜越厚，屏蔽作用越好，耐蚀性越好；

（3）普通钢板试样出现点蚀，镀锌钢板试样表面出现全面腐蚀，长期腐蚀条件下，普通钢板更易出现锈穿现象。

1 刘宝新.汽车的腐蚀与防护［J］.天津汽车，1997（2）：42-45.

2 陈拯，宛萍芳，于磊，等.汽车常见腐蚀问题分析及改进措施探讨［J］.环境技术，2010（12）：37-41.

3 吴卫枫，唐程光，鲁后国，等.乘用车车身防腐设计探讨［J］.汽车工艺与材料，2015（8）：41-46.

4 Huang Rongkun. Study on Corrosion of the Body Structure Design［J］. Automobile Applied Technology，2014（7）：74-76.

5 时秀垒，张茂松，李宪涛，等.车身防腐设计及工艺措施［J］.汽车工程师，2016（1）：53-57.

6 Zhao Hui，Hong Kaifang，Zhang Guangyin，et al. Breif Discussion on Automobile Corrosion［J］. Modern Paint & Finishing，2016，19（4）：12-14.

7 田永，韦俊.汽车金属制件腐蚀机理与试验介绍［J］.电镀与精饰，2013，35（9）：39-42.

8 Wang Yonghao，Cai Yuanping. Discussion of Subjective Evaluation in the Vehicle Corrosion Test［J］. Environmental Technology，2014（1）：6-9.

9 黄健中.汽车腐蚀及其表面涂镀防护技术的现状与进展［J］.汽车工艺与材料，2006（8）：1-7.

10 王海涛.浅谈汽车整车腐蚀［J］.轻型汽车技术，2007（2）：22-24.

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

刘承鑫（1990—），男，硕士研究生，主要从事材料强化、失效及保护工作。