刘东俭，陈伟，沈玥，万金鸣，朱淮烽

（1.中汽研汽车试验场股份有限公司，江苏 盐城 224000；

2.中汽研汽车检验中心（呼伦贝尔）有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

引言

众所周知，黑色金属和有色金属是汽车中常用的金属材料，其中黑色金属也就是常见的钢铁材料，由于其性价比高，工业比较成熟，目前作为汽车车身用材中占比达到了九成[1-3]，通常根据金属材料的表面结构特征将其分为冷轧钢板和涂镀层材料[4-5]。近年来，随着汽车产业的不断发展，汽车轻量化节能减排的理念也逐步推广，铝合金等轻质合金材料在汽车中的运用也呈上升趋势[6-7]。赵雪娥等人[8]研究了碳钢、不锈钢、镀锌碳钢等6种金属材料在典型工业大气中的腐蚀规律，认为大气污染组分是加速大气腐蚀的主要因素，促进金属表面液膜的形成，诱发了电化学腐蚀过程。黎敏等人[9]研究了中性盐雾环境中典型汽车用钢的初期腐蚀行为以及腐蚀产物的生成。至今为止，许多汽车行业的专家对整车耐腐蚀性能做了大量的研究工作[10-17]。然而目前缺乏对汽车车身通用金属材料的腐蚀过程和腐蚀行为的深入系统对比研究。

本文以铝板、电镀锌板、热镀锌板、冷轧板及它们电泳后的汽车车身通用金属材料为研究对象，考察它们在汽车强化腐蚀工况中的腐蚀宏观形貌、微观形貌以及腐蚀产物等腐蚀行为，为汽车车身材料的选用及耐蚀性改善提供一定的理论参数。

1 实验

1.1 材料

表1 实验材料具体规格

本文采用铝板、电镀锌板、冷轧板、热镀锌板以及将这四种材料电泳后的板材作为研究对象，其中采用同一种电泳工艺使材料表面形成10μm厚的漆膜，具体规格如表1.1所示。利用线切割将上述板材加工成长×宽×厚分别为 100×70×0.8mm的试样，并在试样顶端开一个Ф7×0.8mm2柱状孔洞，供实验时悬挂试样所用，其外观如图1所示。在电泳后的板材中心用德国的Erichsen划痕，用宽度为 0.5 mm 的刀片分别划一道横线和一道竖线，两条线互相垂直，间隔20mm，画线长度为50mm，漆膜涂层画线的目的是考察涂层被碰伤后板材抵抗腐蚀蔓延的能力。

1.2 试验方法

为模拟汽车强化腐蚀工况，本试验采用循环加速腐蚀试验参照VCS 1027，1449标准进行，运用0.5%NaCl溶液制造盐雾气氛。实验仪器为循环腐蚀盐雾箱，试验时间为6周。试验结束后，将试样用酒精超声清洗后，吹干并放入干净的试样袋中以便观察。

图1 试样外观示意图

1.3 测试分析

采用高清数码相机拍摄试样的宏观形貌，FEI Nova Nano-450场发射扫描电子显微镜（SEM）及其随带的能谱仪（EDS）对试样的腐蚀形貌和成分进行分析。用精确度0.5mm的钢尺测量画线扩蚀部位峰点到峰点测量值，每种板材测试三次，取其均值作为最终的实验结果。

2 试验结果及分析

2.1 腐蚀面宏观形貌分析

从图2中试样的宏观形貌可以看出，四种未经电泳的金属材料经过循环腐蚀试验后，显然耐蚀性能由强到弱分别是铝板、电镀锌板、热镀锌板、冷轧板。铝板表面出现了白色斑点，可能表面被腐蚀产生了 Al2O3，这种致密的氧化膜在一定程度下会对材料本身产生一定的保护作用，使得材料的使用性能不会发生太大变化。电镀锌板表面出现了白色物，并且仅在边缘处出现了少量的红锈，了基本材料，呈现出较好的耐蚀性。相比较而言，热镀锌板表面基本上都被白色物覆盖，在板材上端的1/4处出现了大量的红锈，未能有效地保护基体材料，耐蚀性能较差。冷轧板表面已经被红锈完全覆盖，并且还伴有大量的黑色颗粒，可能表面生成了 Fe2O3和Fe3O4，板材已经完全失效，耐腐蚀性能极差。

图2 车身通用金属材料在强化腐蚀试验后的宏观照片

从图中进一步看出，四种汽车通用金属材料经过电泳处理后，它们表面的耐腐蚀性能均强于对应的裸板基体材料，其耐蚀性能由强到弱分别是电泳-铝板、电泳-电镀锌板、电泳-热镀锌板、电泳-冷轧板。电泳-铝板表面非常完整，未出现任何腐蚀迹象，呈现出极好的耐腐蚀性能。电泳-电镀锌板和电泳-热镀锌板表面均有少量的白色物质析出，尽管电泳-热镀锌板在右侧边缘处出现几个红锈点，但镀锌板材经过电泳后，均展现出较好的耐腐蚀性能。然而电泳-冷轧板表面漆膜出现了大量的鼓包现象，有的区域甚至出现了漆层剥落，并且基体多处出现红锈，体现出较差的耐蚀性能。

2.2 电泳试板划痕扩散分析

图3 电泳板划痕扩散量图（Origin作图）

图4 电泳板划痕扩散外观形貌

图3和图4分别为四种通用金属材料经过电泳后表面漆膜划痕扩散图和划痕扩散外观形貌。由图表明，横向和纵向漆膜划痕扩散量最高的是电泳-冷轧板，而电泳-铝板未发生任何扩蚀现象，漆膜涂层破坏后的耐腐蚀性能依然极好。电泳-热镀锌板的扩蚀量要稍高于电泳-电镀锌板的扩蚀量，但两者也表现出较好的耐蚀性能。这些分析结果与上述宏观规律是一致的。

2.3 腐蚀面微观形貌分析

图5为汽车强化腐蚀工况后车身通用金属材料腐蚀面的微观形貌。由图可知，铝板基体表面比较致密，微量的腐蚀并未破坏基体本身（如图 5（a）所示）。电镀锌腐蚀区域表面产生微量的裂纹，热镀锌腐蚀区域表面产生了许多呈球状的腐蚀产物（如图5（b）和（c）所示）。冷轧板腐蚀表面坑坑洼洼，出现了大量的裂纹，极大损坏了基本组织（如图 5（d）所示），并经EDS分析可知，其腐蚀表面的氧含量高达40.31%，产生了大量的氧化物，呈现出极差的耐蚀性能。通用金属基材经电泳处理后，均对材料本身起到了一定的保护作用，电泳-电镀锌和电泳-热镀锌边缘处漆膜表面出现了少量的裂纹，而电泳-冷轧板漆膜开始出现明显的剥落情况，一方面可能受冷轧板材料本身耐腐蚀性能差的影响；另一方面可能是材料和漆膜之间结合较差。

图5 汽车强化腐蚀工况后车身通用金属材料腐蚀面的微观形貌

2.4 腐蚀面微观形貌分析

图6为汽车强化腐蚀工况后车身通用金属材料腐蚀面的XRD图谱。由图6（a）-（d）可以看出，铝板表面仅有少量的Al2O3腐蚀物生成，具有较好的耐腐蚀性。电泳-冷轧板和冷轧板表面均有 Fe2O3和 FeOOH生成，并且保护性锈层FeOOH的含量很低，尤其冷轧板腐蚀面还有少量的Fe3O4生成。镀锌板材腐蚀区域表面均生成了 ZnO和 Zn5（OH）8Cl·H2O，其中ZnO属于n型半导体，是一种无保护性质的锈层，而 Zn5（OH）8Cl·H2O是一种不溶性的胶状腐蚀产物，其电导率较低，对镀层有较好地保护作用[9]。除此之外，热镀锌板表面还有少量的 Fe2O3生成，腐蚀已经深入到基材本身，呈现出较差的耐腐蚀性。

图6 汽车强化腐蚀工况后车身通用金属材料腐蚀面的XRD图谱（Origin作图）

3 结论

1）在相同汽车强化腐蚀工况中，四种未经电泳的通用金属材料的耐蚀性能由强到弱分别是铝板、电镀锌板、热镀锌板、冷轧板。当四种汽车通用金属材料经过电泳处理后，它们表面的耐腐蚀性能均强于对应的裸板基体材料，其耐蚀性能由强到弱分别是电泳-铝板、电泳-电镀锌板、电泳-热镀锌板、电泳-冷轧板。

2）在相同汽车强化腐蚀工况中，横向和纵向划痕扩散量最高的是电泳-冷轧板，而电泳-铝板根本未发生扩蚀，漆膜涂层破坏后的耐腐蚀性能依然极好。

3）在相同汽车强化腐蚀工况中，铝板表面生成了少量的Al2O3腐蚀物，电泳-冷轧板和冷轧板表面均有 Fe2O3和微量的FeOOH生成，尤其冷轧板腐蚀面还有少量的Fe3O4生成，镀锌板材腐蚀区域表面均生成了ZnO和Zn5（OH）8Cl·H2O，除此之外，热镀锌板表面还有少量的 Fe2O3生成，腐蚀已经深入到基材本身，呈现出较差的耐腐蚀性。