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摘要： 為解決鋼鋁混合車身的電化學(xué)腐蝕問題，尤其是電偶腐蝕，對鋁合金腐蝕試驗進行研究，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，腐蝕等級高于SPR 鉚接；鑄造鋁合金因成分偏析問題，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

 

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，同時與產(chǎn)品安全性能強相關(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，其腐蝕問題及與鋼偶接后的電偶腐蝕問題研究需求越來越迫切。

 

本文的主要研究內(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，不易被消費者察覺，但輪輞等高可見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理，通過研究建立多級試驗驗證標準和鋁合金腐蝕評價標準，以降低車用鋁合金的銹蝕風(fēng)險。

 

2. 電偶腐蝕的基本原理

 

電偶腐蝕在車輛腐蝕中較為常見。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。鋼鋁連接件的電偶腐蝕化學(xué)反應(yīng)方程式為：

 

陽極反應(yīng)：Al-3e-=Al3+，

 

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-，

 

總式：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3。

 

3. 試驗設(shè)計

 

通過分析售后數(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），懸置支架與螺標件搭接處、輪輞與制動盤搭接處腐蝕比較集中，搭接位置均沒有密封，存在電解質(zhì)（鹽水）的影響，易形成電偶腐蝕回路。針對售后腐蝕調(diào)研中的重點零部件進行分析，設(shè)計如圖1 所示的鋁合金防腐試驗。

 

圖1 鋁合金防腐試驗設(shè)計

 

整車鋁合金的應(yīng)用情況如表1 所示。

 

表1 某車型鋁合金的應(yīng)用情況

 

基于上述分析，設(shè)計鋁合金防腐試驗方案如下：

 

a. 方案1 為鋁合金分別與普通碳鋼、鍍鋅鋼連接的整車強化腐蝕試驗；

 

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）的整車強化腐蝕試驗；

 

c. 方案3 為不同成型工藝（擠壓、鑄造）鋁合金的整車強化腐蝕試驗。

 

整車強化腐蝕試驗的試驗條件和主要參數(shù)如表2 所示。

 

表2 整車強化腐蝕試驗條件和主要參數(shù)

 

4. 試驗結(jié)果

 

4.1 方案1的試驗結(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。

 

圖2 方案1試驗結(jié)果

 

分析認為，鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼板螺接后發(fā)生了電偶腐蝕，由于不同金屬的標準電極電位不同，電位相對較低的鋁合金（鋁的標準電極電位為-1.66 V）作為陽極而腐蝕加速，電位相對較高的普通碳鋼（鐵的標準電極電位為-0.44 V）、鍍鋅鋼板（鋅的標準電極電位為-0.76 V）作為陰極而腐蝕減緩，表明鋁合金的加速腐蝕對普通碳鋼、鍍鋅鋼板起到一定的保護作用。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重[1]。

 

4.2 方案2的試驗結(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。

 

 

 

圖3 方案2試驗結(jié)果

 

對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，說明鋁合金與普通碳鋼、鍍鋅鋼板螺接時不僅發(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 時對縫隙腐蝕最為敏感。自沖鉚接的鈑金間隙＜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，且同時出現(xiàn)電偶腐蝕與縫隙腐蝕聯(lián)合的部位腐蝕最為嚴重[2]。

 

4.3 方案3的試驗結(jié)果

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

 

表3 不同成型工藝的鋁合金整車循環(huán)鹽霧試驗結(jié)果

分析認為，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)，不同成型工藝會影響氧化膜的質(zhì)量。鑄造時，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，擠壓還會使合金產(chǎn)生加工硬化,改善微觀組織，提高腐蝕電位，增強耐蝕性[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，腐蝕等級高于自沖鉚接；鑄造鋁合金因成分偏析問題，防腐性能明顯低于擠壓型材。

 

b. 從國內(nèi)腐蝕環(huán)境條件及用戶的接受程度來看，鋁合金售后腐蝕風(fēng)險較低，整車防腐設(shè)計壓力較小。

 

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

 

來源：期刊《汽車工藝與材料》作者：李英 彭華江 何忠樹 張椿聆（重慶長安汽車股份有限公司工程研究總院，重慶 401120）