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引言

 

隨著新能源汽車全產(chǎn)業(yè)體系化快速發(fā)展，汽車輕量化需求日漸迫切。新能源汽車較傳統(tǒng)汽車全鋼鐵車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正悄悄地發(fā)生變化，出現(xiàn)了多材料連接的輕量化車身和模塊化車身結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)，這些都對(duì)新能源汽車涂裝工藝提出了全新要求和挑戰(zhàn)。車身輕量化技術(shù)中全鋁車身或鋼鋁混合車身也是非常重要的技術(shù)路徑，其中鋼鋁混合車身主要是通過車身骨架采用高強(qiáng)鋼材料，外板及車門等采用鋁合金材料，實(shí)現(xiàn)車身輕量化目標(biāo)。本文通過CCT循環(huán)交變?cè)囼?yàn)驗(yàn)證并考察不同前處理工藝制備的鋼鋁共線涂裝電泳涂膜的耐腐蝕性能差異，為車身板材設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持，提高整車防腐性能。

 

1試驗(yàn)

 

1.1 實(shí)驗(yàn)板材

 

本次試驗(yàn)選用6系鋁合金外板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板，試板參數(shù)信息詳見表1。

 

表 1 試板參數(shù)信息

 

 

1.2 前處理試驗(yàn)

 

6系鋁合金外板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板均在實(shí)驗(yàn)室開展兩種前處理制板工作，分別為傳統(tǒng)磷化前處理和薄膜前處理，兩種前處理工藝脫脂工序均相同，采用堿性脫脂劑，型號(hào)為S5166，操作方式為浸漬，脫脂時(shí)間為3 min；水洗采用實(shí)驗(yàn)室自來水常溫沖洗，時(shí)間為1 min。加強(qiáng)對(duì)脫脂槽液總堿度的控制，在其超過工藝要求范圍時(shí)需要進(jìn)行換槽處理，對(duì)6系鋁合金板材的刻蝕量控制在≤1 g/m2，避免鋁合金表面過脫脂侵蝕而發(fā)黑。

 

兩種前處理工藝流程分別為：

 

（1）磷化前處理工藝：脫脂→水洗→表調(diào)→磷化→水洗。表調(diào)采用液態(tài)表調(diào)劑，型號(hào)為PL-X，工藝參數(shù)：常溫，pH值7.6，時(shí)間1 min，操作方式為浸漬。磷化采用三元鋅系磷化，型號(hào)為PB-3035，操作方式浸漬，時(shí)間為3 min。由于鋁合金表面有一層致密的氧化膜，為促進(jìn)鋁合金板材磷化反應(yīng)，在磷化槽中添加氟離子促進(jìn)鋁合金表面成膜反應(yīng)。

 

（2）薄膜前處理工藝：脫脂→水洗→薄膜處理→純水洗。薄膜處理液型號(hào)為Oxsilan 9831，控制薄膜處理槽液鋯離子質(zhì)量濃度88 ×10-6，pH 4.76，氟離子質(zhì)量濃度36 ×10-6。

 

1.3 電泳實(shí)驗(yàn)

 

6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板均在實(shí)驗(yàn)室開展電泳制板工作。將制備好的前處理試板用純水潤濕后電泳，電泳涂料采用高泳透力電泳漆CG-800。電泳工藝參數(shù)：電泳電壓按照不同板材的電壓膜厚設(shè)定在100～320 V之間；電泳槽液溫度為30 ℃；電泳時(shí)間：軟啟動(dòng)30 s，電泳時(shí)間共計(jì)3 min。電泳后試板用純水清洗，在烘箱中170 ℃烘烤20 min，自然冷卻后放置在干燥器內(nèi)存放，控制試板電泳涂膜厚度（18±2）μm。

 

1.4 測(cè)試性能及技術(shù)指標(biāo)

 

對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板的兩種前處理膜以及電泳涂膜性能檢測(cè)按照表2的技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。

 

表 2 檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)方法

 

 

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

 

2.1 前處理性能

 

對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板的前處理性能進(jìn)行檢測(cè)，主要從兩種前處理膜外觀形貌、膜重等幾方面進(jìn)行性能檢測(cè)。對(duì)磷化前處理試板皮膜進(jìn)行外觀、結(jié)晶尺寸結(jié)晶形狀和膜重檢測(cè)，目視外觀表明幾種試板磷化膜均為灰色皮膜，表面平整、均一、細(xì)致、皮膜完整，無掛灰、黃銹等缺陷。SEM 2000倍鏡像照片顯示，DC04冷軋鋼板結(jié)晶形狀為粒狀，結(jié)晶尺寸為2～5 μm，鍍鋅板結(jié)晶形狀為柱狀，結(jié)晶尺寸≤10 μm，鋁合金板材結(jié)晶尺寸≤10 μm。試驗(yàn)用退膜法對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板前處理形成的有晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀膜的磷化膜進(jìn)行膜重檢測(cè)，冷軋板磷化膜的膜重在3.01 g/左右，滿足膜重（1.8～3.5 ）g/m2的技術(shù)要求，鍍鋅板磷化膜膜重在2.7 g/m2左右，滿足膜重（2.5～4.5）g/m2的技術(shù)要求，鋁合金板材膜重在2.78 g/m2，滿足膜重（1.5～3.5）g/m2 的技術(shù)要求。用XRF對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板前處理形成的無晶粒結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀膜進(jìn)行膜重檢測(cè)，前處理性能均滿足技術(shù)要求，具體數(shù)據(jù)見表3。

 

表 3 兩種前處理皮膜性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

 

 

2.2 電泳性能

 

對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板制備的前處理板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室電泳，控制電泳漆膜厚度在（18±2）μm，對(duì)電泳后的試板涂膜性能進(jìn)行檢測(cè)。

 

電泳膜厚

 

試驗(yàn)用磁性膜厚儀對(duì)試板經(jīng)過前處理電泳后的試板涂膜厚度進(jìn)行測(cè)定，電泳膜厚均滿足設(shè)計(jì)要求。

 

表 4 電泳漆膜厚度

 

 

電泳涂膜附著力

 

將制備好電泳涂膜試板用BYK劃格器（規(guī)格為1 mm）劃十字，用3M膠帶測(cè)試涂膜附著情況。試驗(yàn)結(jié)果顯示，鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板和冷軋板電泳涂膜十字部分交叉部位切割邊緣完全平滑，無一格脫，附著力均為0級(jí)。

 

表 5 電泳漆膜附著力

 

 

電泳漆膜循環(huán)交變性能

 

試驗(yàn)采用CCX循環(huán)腐蝕試驗(yàn)箱，將3種板材電泳涂膜試板的4邊用3M防水膠帶封邊，試板中心用Erichsen公司生產(chǎn)的型號(hào)為463劃痕工具，寬度為0.5 mm刀片劃叉處理，按QJQ 16113.2—2018 涂層循環(huán)交變腐蝕測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室循環(huán)交變腐蝕試驗(yàn)測(cè)試，耐蝕性能采用循環(huán)腐蝕CCT（60個(gè)循環(huán)）評(píng)價(jià)方式。循環(huán)腐蝕載荷為：

 

（1）按照ISO 20567-1—2017方法進(jìn)行抗石擊性能測(cè)試，在剩余未破壞的表面上，劃一條約10 cm長直達(dá)金屬基材的劃痕；

 

（2）按照4 h 中性鹽霧條件(GB/T 1771—2007色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測(cè)定) →4 h 標(biāo)準(zhǔn)氣候條件（溫度23 ℃、濕度50%）→16 h 濕熱環(huán)境條件（溫度40 ℃，濕度100%，按照GB/T 13893—2008 色漆和清漆耐濕性的測(cè)定連續(xù)冷凝法）實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行CCT循環(huán)交變腐蝕測(cè)試。每周5個(gè)工作日試驗(yàn)5個(gè)循環(huán)，周六、周日在標(biāo)準(zhǔn)條件溫度23 ℃、濕度50%環(huán)境放置；

 

（3）測(cè)試60個(gè)循環(huán)（總計(jì)84天）結(jié)束后試驗(yàn)板必須移出試驗(yàn)箱并用流動(dòng)的清水沖洗清理試板表面，調(diào)節(jié)1小時(shí)后在先前被石擊的同一表面上進(jìn)行第二次石擊，進(jìn)行電泳涂膜膜耐腐蝕性能評(píng)價(jià)。檢測(cè)機(jī)械損傷后耐腐蝕性能，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

 

表 6 CCT循環(huán)交變腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

 

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鋁合金板電泳涂膜試樣經(jīng)過60個(gè)循環(huán)交變腐蝕實(shí)驗(yàn)后，對(duì)試板表面進(jìn)行評(píng)價(jià)，薄膜前處理工藝和磷化前處理工藝制備的電泳涂膜樣板抗石擊性能≤1.5級(jí)，均滿足技術(shù)要求。電泳涂膜試板表面膜下擴(kuò)蝕0 mm，滿足技術(shù)要求，鋁合金試板CCT循環(huán)交變腐蝕性能最優(yōu)，詳見圖1和圖2。

 

 

圖 1 鋁合金板磷化前處理腐蝕圖

 

 

 圖 2 鋁合金板薄膜前處理腐蝕圖片

 

3結(jié)語

 

本文通過對(duì)6系鋁合金板、GA鋅鐵合金熱鍍鋅板、DC04冷軋鋼板經(jīng)過兩種前處理后制備的電泳涂膜性能研究表明，幾種板材的兩種前處理皮膜性能和電泳涂膜機(jī)械性能均滿足技術(shù)要求。耐循環(huán)防腐性能方面，當(dāng)前處理工藝相同、電泳材料工藝都相同時(shí)，鋁合金板材制備的電泳涂膜耐循環(huán)腐蝕性能最好；底材相同、電泳材料相同時(shí)，磷化前處理工藝制備的電泳涂膜樣板耐循環(huán)腐蝕性能最好。通過對(duì)鋁合金板材、冷軋板和GA鋅鐵合金熱鍍鋅板材料涂裝共線的研究，了解不同材質(zhì)的耐蝕性能，對(duì)汽車用鍍層產(chǎn)品CCT循環(huán)交變腐蝕性能有了一定認(rèn)識(shí)。