摘要： 为解决钢铝混合车身的电化学腐蚀问题，尤其是电偶腐蚀，对铝合金腐蚀试验进行研究，探究不同钢铝连接材料及连接方式、不同成型工艺对铝合金腐蚀的影响。结果表明：螺接样品受电偶腐蚀和缝隙腐蚀的双重影响，腐蚀等级高于SPR 铆接；铸造铝合金因成分偏析问题，防腐性能明显低于挤压型材。

 

关键词：铝合金 防腐蚀 电偶腐蚀

 

1. 前言

 

防腐蚀是汽车产品的关键性能，不仅用户高度关注，同时与产品安全性能强相关。随着轻量化混合车身的不断发展，铝合金作为轻量化车辆的主要金属材料，其腐蚀问题及与钢偶接后的电偶腐蚀问题研究需求越来越迫切。

 

本文的主要研究内容为铝合金和钢铝连接件的防腐性能。虽然铝合金的腐蚀通常以白锈为主，不易被消费者察觉，但轮辋等高可见部位的腐蚀投诉较多。本文研究铝合金及与钢连接的腐蚀机理，通过研究建立多级试验验证标准和铝合金腐蚀评价标准，以降低车用铝合金的锈蚀风险。

 

2. 电偶腐蚀的基本原理

 

电偶腐蚀在车辆腐蚀中较为常见。电偶腐蚀是指电位不同的2 种金属在电解质溶液中发生原电池反应，其中：电位较低的金属构成原电池的阳极，发生氧化反应，腐蚀速率增大；电位较高的金属构成原电池的阴极，发生还原反应，腐蚀速率减小，受到保护。钢铝连接件的电偶腐蚀化学反应方程式为：

 

阳极反应：Al-3e-=Al3+，

 

阴极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-，

 

总式：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3。

 

3. 试验设计

 

通过分析售后数据，铝合金的主要腐蚀位置为铝合金材料与碳钢的搭接部位。悬置支架、轮辋的腐蚀位置均在异种金属的搭接处（合金与钢制结构搭接），悬置支架与螺标件搭接处、轮辋与制动盘搭接处腐蚀比较集中，搭接位置均没有密封，存在电解质（盐水）的影响，易形成电偶腐蚀回路。针对售后腐蚀调研中的重点零部件进行分析，设计如图1 所示的铝合金防腐试验。

 

图1 铝合金防腐试验设计

 

整车铝合金的应用情况如表1 所示。

 

表1 某车型铝合金的应用情况

 

基于上述分析，设计铝合金防腐试验方案如下：

 

a. 方案1 为铝合金分别与普通碳钢、镀锌钢连接的整车强化腐蚀试验；

 

b. 方案2 为铝合金分别与普通碳钢、镀锌钢不同连接方式（螺接、自冲铆接）的整车强化腐蚀试验；

 

c. 方案3 为不同成型工艺（挤压、铸造）铝合金的整车强化腐蚀试验。

 

整车强化腐蚀试验的试验条件和主要参数如表2 所示。

 

表2 整车强化腐蚀试验条件和主要参数

 

4. 试验结果

 

4.1 方案1的试验结果

观察铝合金与普通碳钢、镀锌钢整车盐雾循环100次后的宏观腐蚀形貌和微观腐蚀形貌，发现均形成了腐蚀坑，且铝合金的腐蚀深度大于钢材，普通碳钢的腐蚀深度大于镀锌钢。铝合金板材（6082-T6）分别与普通碳钢（DC01）、镀锌钢（DC51D+Z）螺接，经过整车盐雾循环100次后，铝合金板材（6082-T6）的腐蚀深度分别为587.23 μm 和473.16 μm，如图2所示。腐蚀深度比约为1.24∶1。

 

图2 方案1试验结果

 

分析认为，铝合金与普通碳钢、镀锌钢板螺接后发生了电偶腐蚀，由于不同金属的标准电极电位不同，电位相对较低的铝合金（铝的标准电极电位为-1.66 V）作为阳极而腐蚀加速，电位相对较高的普通碳钢（铁的标准电极电位为-0.44 V）、镀锌钢板（锌的标准电极电位为-0.76 V）作为阴极而腐蚀减缓，表明铝合金的加速腐蚀对普通碳钢、镀锌钢板起到一定的保护作用。另外，由于2 种金属的电位差越大越容易发生电偶腐蚀，普通碳钢与铝合金螺接的电位差大于镀锌板与铝合金螺接的电位差，故铝合金与普通碳钢螺接的腐蚀程度较铝合金与镀锌钢板严重[1]。

 

4.2 方案2的试验结果

观察铝合金与普通碳钢、镀锌钢整车盐雾循环100 次后的宏观腐蚀形貌和微观腐蚀形貌，发现均形成了腐蚀坑，且铝合金螺接的腐蚀深度大于铝合金自冲铆接的腐蚀深度，如图3 所示。铝合金板材（6082-T6）分别与钢板DC01 螺接和自冲铆接，经过整车循环盐雾循环100 次后，铝合金板材（6082-T6）的腐蚀深度分别为579.51 μm和417.67 μm，腐蚀深度比约为1.46∶1；铝合金板材（6082-T6）分别与镀锌钢DC51D+Z 螺接和自冲铆接, 经过整车循环盐雾循环100 次后，铝合金板材（6082-T6）的腐蚀深度分别为397.06 μm 和293.77 μm，腐蚀深度比约为1.42∶1。

 

 

 

图3 方案2试验结果

 

对比铝合金与普通碳钢、镀锌钢螺接的腐蚀形貌与铝合金与普通碳钢、镀锌钢自冲铆接的腐蚀形貌，铝合金螺接的腐蚀程度明显高于铝合金自冲铆接，说明铝合金与普通碳钢、镀锌钢板螺接时不仅发生了电偶腐蚀，还存在缝隙腐蚀。研究表明，缝隙宽度为0.025～0.250 mm 时对缝隙腐蚀最为敏感。自冲铆接的钣金间隙＜0.025 mm，故自冲铆接部位很少出现缝隙腐蚀，主要为电偶腐蚀。而钢铝螺接的间隙为0.10～0.25 mm，故螺接部位受电偶腐蚀和缝隙腐蚀的共同影响，且同时出现电偶腐蚀与缝隙腐蚀联合的部位腐蚀最为严重[2]。

 

4.3 方案3的试验结果

由某车型整车腐蚀试验验证结果可知，挤压型材铝合金防腐性能（平均锈蚀等级为3）优于铸造铝合金（平均锈蚀等级为5），如表3 所示。

 

表3 不同成型工艺的铝合金整车循环盐雾试验结果

分析认为，铝合金防腐主要依赖其表面形成的致密氧化膜，阻隔腐蚀介质，不同成型工艺会影响氧化膜的质量。铸造时，金属液与氧气反应析出氧化物，形成粗糙、不均匀的氧化膜，保护性能较差，而挤压成型可以打破铸造所形成的表面氧化膜，新的氧化膜能够在加工后的表面重新形成,更均匀致密。另外，挤压还会使合金产生加工硬化,改善微观组织，提高腐蚀电位，增强耐蚀性[3]。

 

5. 结论

 

a. 螺接样品受电偶腐蚀和缝隙腐蚀的双重影响，腐蚀等级高于自冲铆接；铸造铝合金因成分偏析问题，防腐性能明显低于挤压型材。

 

b. 从国内腐蚀环境条件及用户的接受程度来看，铝合金售后腐蚀风险较低，整车防腐设计压力较小。

 

c. 对于海外高腐蚀环境地区，钢铝连接腐蚀需再进行系统性研究。

 

来源：期刊《汽车工艺与材料》作者：李英 彭华江 何忠树 张椿聆（重庆长安汽车股份有限公司工程研究总院，重庆 401120）

 

 

来源：Internet

关键词： 铝合金腐蚀试验