余海彬

（廣汽乘用車有限公司，廣州 511434）

1 汽車用鋼板&常見防腐性能評價方法介紹

當前應(yīng)用最多的車用鋼板材料為鍍鋅板和冷軋板。冷軋鋼板表面質(zhì)量好，光潔度和尺寸精度高，機械性能和工業(yè)性能良好。但冷軋板防腐蝕能力不及鍍鋅板，隨著防腐性能要求的提升，鍍鋅板的應(yīng)用范圍越來越廣。鍍鋅板主要分為電鍍鋅和熱浸鍍鋅，汽車用鋼板多采用熱浸鍍。熱浸鍍鋅是將經(jīng)過前處理的試件浸入熔融的鋅液中，在鋼鐵基體表面形成鋅或者鋅-鐵合金的工藝過程和方法[1]。

汽車用鋼板的防腐性能對于整車安全性發(fā)揮著及其關(guān)鍵的作用，當前考察鋼板防腐能力的重要手段之一是室內(nèi)加速試驗。室內(nèi)加速主要采用鹽霧試驗，其具有試驗周期短、可操作性強等優(yōu)點，可在室內(nèi)條件下快速評價汽車鋼板的防腐性能。鹽霧試驗是針對環(huán)境中大氣鹽霧狀態(tài)的實驗室模擬，具有標準化、快速高效等特點。

鹽霧試驗一般可分為：①鹽水浸泡試驗（SDT），觀察鋼板在溫鹽水中浸泡后的生銹、膨脹情況；②中性鹽霧試驗（SST），觀察鋼板在持續(xù)鹽霧腐蝕環(huán)境中的生銹、膨脹情況；③循環(huán)腐蝕試驗（CCT），觀察鋼板在循環(huán)干燥/濕潤中的生銹、膨脹情況。三種鹽霧試驗均通過交叉劃線位置的單邊最大擴蝕寬度來評價防腐性能，鹽霧試驗流程如圖1所示。

圖1 鹽霧試驗開展流程

可知，在電泳鋼板表面交叉劃線后開展鹽霧試驗，單邊最大的擴蝕寬度是用來評價防腐性能優(yōu)劣的重要依據(jù)。三種常見鹽霧試驗的相關(guān)參數(shù)整理如表1。

表1 三種常見鹽霧試驗參數(shù)列表

2 鹽霧腐蝕機理及測試結(jié)果統(tǒng)計

查電極電位表，Zn的標準電極電位是-0.763 V，F(xiàn)e的標準電極電位是-0.440 V，F(xiàn)e＞Zn，形成原電池。鐵作為陰極，在腐蝕過程中發(fā)生還原反應(yīng)，鋅作為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)。

防腐驗證前在鋼板表面劃線，劃線要求為劃至基材表面（劃破鍍鋅層）。鍍鋅板在劃線處形成了電偶腐蝕效應(yīng)（基材為陰極，鋅層為陽極，劃線間隙為腐蝕電解質(zhì)）。鍍鋅板和冷軋板腐蝕機理如圖2所示。

圖2 鍍鋅板&冷軋板腐蝕機理示意圖

由圖2可知，鍍鋅層在鋼板表面形成物理防護層，對基體發(fā)揮陽極保護效應(yīng)，其在腐蝕環(huán)境中優(yōu)先被腐蝕。鍍鋅鋼板的腐蝕主要集中在鋅層表面，并沿表面逐漸擴展[2]。冷軋板則在基體表面以點為中心，逐步向基體內(nèi)部擴展。因此在汽車服役過程中，冷軋板更容易出現(xiàn)“銹穿”的現(xiàn)象，造成安全隱患。

按照上述鹽霧試驗流程對汽車用鋼板開展防腐驗證，用最大擴蝕寬度（單位：mm）表征試驗結(jié)果。以某主機廠G公司近10次驗證結(jié)果為例，并整理分析如圖3所示。

圖3 三種不同鹽霧試驗結(jié)果統(tǒng)計

圖3（a）為鍍鋅板和冷軋板SST鹽霧試驗結(jié)果，冷軋板鹽霧試驗最大擴蝕寬度區(qū)間集中于（1.0～1.5）mm，標準要求≤2.0 mm 。鍍鋅板的最大擴蝕寬度集中于（3.0～5.0）mm，標準要求≤4.0 mm，擴蝕寬度遠大于冷軋板且部分試驗結(jié)果已超出標準要求。SST鹽霧試驗結(jié)果表明：鍍鋅板防腐性能較冷軋板差，這與實際情況明顯不符，因此SST鹽霧試驗方法不能合理評價鍍鋅板防腐性能，需要進一步檢討優(yōu)化。

圖3（b）和（c）分別為鍍鋅&冷軋板在CCT和SDT鹽霧試驗下的統(tǒng)計結(jié)果，最大擴蝕寬度均在管控范圍內(nèi)。冷軋板擴蝕寬度集中于（1.5～2.5）mm，鍍鋅板擴蝕寬度集中于（0.5～1）mm間，鍍鋅板防腐性能優(yōu)于冷軋板。

3 鹽霧腐蝕試驗結(jié)果探討與分析

3.1 SST鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析

鍍鋅板在劃線處形成了電偶腐蝕效應(yīng)（基材為陰極，鋅層為陽極，劃線間隙為腐蝕電解質(zhì)）。鍍鋅板優(yōu)先腐蝕鋅層，但由于中性鹽霧試驗Cl-離子濃度較高，Cl-離子在Zn表面的沉降和溶解增強介質(zhì)的導(dǎo)電性能，加劇 Zn的腐蝕，其對致密腐蝕產(chǎn)物的形成具有阻擋效應(yīng)[3]。難以形成致密腐蝕產(chǎn)物層，加上電偶腐蝕效應(yīng)存在，加速了鍍鋅板表面鋅層的腐蝕，導(dǎo)致擴蝕寬度不斷增加。

冷軋板的腐蝕從表面以點為中心，逐步向基體內(nèi)部擴展，腐蝕形態(tài)表現(xiàn)為沿縱向深處腐蝕，因此表面擴蝕寬度小于鍍鋅板。鍍鋅和冷軋板SST鹽霧試驗后，表面狀態(tài)對比如圖4所示，每組選擇3個試樣作為平行對比。

圖4 SST鹽霧試驗鋼板（鍍鋅&冷軋）

由G公司過往試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鍍鋅板SST鹽霧試驗最大擴蝕寬度遠大于冷軋板，防腐性能不及冷軋板。但實際服役情況，鍍鋅板防腐性能明顯優(yōu)于冷軋板，鍍鋅板表現(xiàn)出優(yōu)良的防腐效果令其得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)上述的原理分析亦可知，鍍鋅板在SST鹽霧試驗中鋅層表面腐蝕嚴重，擴蝕寬度相應(yīng)較大，但基體腐蝕較少得到了有效保護。冷軋板雖表面擴蝕寬度較窄，但實際上腐蝕向基體內(nèi)部擴展，容易出現(xiàn)“銹穿”風(fēng)險。SST試驗的結(jié)果與實際情況不符，不能有效合理評價鍍鋅板的防腐性能，建議取消鍍鋅板SST鹽霧試驗。劉凱等人的研究中，也發(fā)現(xiàn)鍍鋅板在SST試驗中的最大擴蝕寬度約為冷軋板4倍，建議采用循環(huán)腐蝕試驗驗證鍍鋅板電泳件的防腐性能，更加接近實際車輛服役[4]。

3.2 CCT鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析

CCT 由日產(chǎn)汽車 Nissan 提出的，也是最早被應(yīng)用的循環(huán)腐蝕試驗標準方法之一，在傳統(tǒng)中性鹽霧方法的基礎(chǔ)上又加進濕熱和干燥。本文中G公司采用美國通用汽車公司GMW 14872循環(huán)腐蝕試驗標準進行試驗，其特點為采用濕熱、干燥疊加儲存環(huán)境的組合。CCT循環(huán)腐蝕試驗是目前被認為與實際車輛腐蝕結(jié)果相關(guān)性更好的方法之一[5]。G公司測試結(jié)果表明：鍍鋅板CCT鹽霧最大擴蝕寬度遠小于冷軋板，鍍鋅板表現(xiàn)出更優(yōu)異的防腐性能。

與SST類似，鍍鋅層在劃線位置形成電偶腐蝕效應(yīng)，理論上鍍鋅板CCT沿表面寬度方向擴蝕展開，擴蝕寬度大于冷軋板。但通過分析CCT鹽霧試驗參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其Cl-離子（0.9 %NaCl+0.1 %CaCl2溶液）濃度遠低于SST（5 %NaCl溶液）。較低的Cl-離子濃度，對于腐蝕產(chǎn)物破壞程度低，能形成較SST鹽霧試驗更致密的腐蝕產(chǎn)物層，抑制電偶腐蝕進一步進行，最終形成較窄的擴蝕寬度。CCT鹽霧試驗中，鍍鋅板較冷軋板表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐性能，對防腐能力具有良好的考察價值。

3.3 SDT鹽霧試驗擴蝕寬度原理解析

SDT（溫鹽水浸泡試驗）為模擬工件樣品浸泡至海水中的腐蝕，其Cl-離子濃度與SST鹽霧試驗一致。但與SST鹽霧最大的差異在于氧含量，全浸泡環(huán)境下氧氣濃度極低，很大程度抑制了鍍鋅板電偶腐蝕，最終導(dǎo)致擴蝕寬度較窄。

由于SDT為模擬海水全浸泡，汽車用鋼板鮮有高濃度海水全浸泡的工況。調(diào)研部分主機廠鹽霧試驗開展情況，SDT試驗開展頻次較低，對于車用鋼板防腐評價的參考意義較低。

3.4 主流車企各鹽霧試驗開展情況

對十家主流汽車生產(chǎn)企業(yè)的鹽霧試驗開展情況進行調(diào)查統(tǒng)計，旨在了解不同鹽霧試驗在各車企的開展驗證頻次，結(jié)合G公司上述測試結(jié)果，提出更優(yōu)的鹽霧試驗方案，提高防腐性能驗證的合理性和可靠性。調(diào)查結(jié)果如圖5所示。

圖5 主流車企各鹽霧試驗開展頻次調(diào)查

調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，十家車企幾乎全部開展冷軋板SST鹽霧試驗，僅有1家開展鍍鋅板SST鹽霧試驗；CCT鹽霧的開展頻次最高，其中鍍鋅板高于冷軋板；大部分車企均不開展SDT鹽水浸泡鹽霧試驗，與前述的分析吻合。綜合G公司鹽霧試驗結(jié)果和原理分析以及主流車企的調(diào)研情況，為了提高防腐性能驗證的合理性，建議汽車用鋼板材料防腐鹽霧試驗可以選擇SST中性鹽霧試驗和CCT循環(huán)腐蝕鹽霧試驗。其中SST中性鹽霧試驗只針對冷軋板開展，CCT循環(huán)腐蝕鹽霧試驗重點針對鍍鋅板開展。

4 鹽霧試驗前鋼板表面劃線的優(yōu)化

前面探討了汽車用鋼板3種不同鹽霧試驗的原理和測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)鍍鋅板和冷軋板針對不同鹽霧試驗有相應(yīng)的適應(yīng)范圍，并提出優(yōu)化建議。為了進一步提高鹽霧試驗結(jié)果的可靠性，繼續(xù)對影響鹽霧試驗結(jié)果的相關(guān)因素進行分析。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究表明，試驗鋼板的預(yù)處理、試樣的放置方式、鹽溶液的PH值、試驗溫度控制、鹽霧沉降量等均會對鹽霧試驗結(jié)果造成一定影響。其中趙亮學(xué)者的“影響中性鹽霧試驗結(jié)果的主要因素”以及閆凱等學(xué)者的“鹽霧腐蝕及其試驗中需要注意的幾個問題分析”均對此進行了深入剖析。但鋼板表面交叉劃線對于鹽霧試驗結(jié)果的影響，卻鮮有文獻報道。

根據(jù)鹽霧試驗流程，試驗開展前需要在鋼板表面劃線。劃線后涂層的腐蝕進程加快，能夠更好、更快地評定涂層的耐腐蝕能力[6]。劃線的形式有很多種，一般選擇劃兩條直達底材的交叉直線（交叉角度為（60～90）°）。劃線的方法也有多種選擇，本文從劃線刀具和劃線方式著手進行研究，以尋求最穩(wěn)定的劃線形式，提高后期鹽霧試驗的穩(wěn)定性。

劃線刀具通常分為：普通劃刀、標準劃刀，兩者差異在于使用不同的刀頭。普通劃刀刀片是市場上常見的切割用刀片，標準劃刀的刀頭呈楔形狀，能很好除去劃線過程產(chǎn)生的碎屑。劃線方式主要有手工劃線和劃線器劃線，劃線器能對劃線力度和方向進行更精準控制。刀具和劃線器示意如圖6所示。

圖6 普通刀具&標準刀具&劃線器示意圖

選取不同的刀具和劃線方式，設(shè)計正交方案開展鹽霧試驗，探討不同形式的劃線方式對于鋼板鹽霧試驗結(jié)果的影響。選取行業(yè)認可度和使用頻次最高的CCT鹽霧試驗為例進行分析，具體試驗方案和結(jié)果如表2。

表2 不同劃線方式對于CCT鹽霧試驗結(jié)果的影響

由表2測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論哪種方案CCT鹽霧試驗結(jié)果（鍍鋅+冷軋）均滿足規(guī)格要求。但采用普通刀具和手工劃線的方式，同組平行試驗中最大擴蝕寬度的波動大且一致性較差，最大值和最小值的比例超過2。標準刀具和劃線器劃線的試驗結(jié)果，平行樣品間的最大擴蝕寬度值波動差異明顯減小，穩(wěn)定性最好，標準刀具和劃線器選其一的結(jié)果穩(wěn)定性居中。原因可能因為：標準刀具能減少劃線縫隙中殘留的碎屑，碎屑的存在通常會加速腐蝕的進行；劃線器劃線的載荷大小和方向較手工劃線具有更高的一致性，能大大改善板材劃線結(jié)果的穩(wěn)定性，降低平行樣間的試驗誤差，提高鹽霧試驗準確性和可靠性。

5 結(jié)論

通過對某主機廠G公司過往鹽霧試驗的結(jié)果進行統(tǒng)計分析，同時結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)當前鹽霧試驗在車用鋼板防腐性能評價中仍存在一定的局限性，需要優(yōu)化改善。對此提出了兩點建議：

1）鍍鋅板腐蝕驗證建議采用CCT循環(huán)鹽霧試驗，冷軋板腐蝕驗證建議以SST中性鹽霧試驗為主，CCT循環(huán)鹽霧試驗為輔進行開展，以提高鹽霧試驗的合理性和可靠性

2）鹽霧試驗表面交叉劃線，建議采用標準刀具+劃線器的方式進行，以提高同等測試環(huán)境下鹽霧試驗的穩(wěn)定性。