楊偉 趙冉 林曉澤 馬述 湯濟(jì)源 溫家龍

摘要：為解決表面沒有涂層的壓鑄鋁合金件在制造及儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)腐蝕的問(wèn)題，分析了壓鑄鋁合金件腐蝕機(jī)理、腐蝕原因，對(duì)防銹材料及工藝進(jìn)行試驗(yàn)和應(yīng)用研究，闡述了一種適用于壓鑄鋁合金的防銹方案。方案中在各個(gè)環(huán)節(jié)均采用相應(yīng)的防銹措施，包括使用水基防銹材料及氣相防銹材料等。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)車驗(yàn)證，該防銹技術(shù)能夠有效防止壓鑄鋁合金件在制造、儲(chǔ)運(yùn)、裝配等環(huán)節(jié)出現(xiàn)腐蝕，從體系上解決了壓鑄鋁合金件腐蝕問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：壓鑄鋁合金 防銹 氣相防銹材料 水基防銹劑

中圖分類號(hào)：U466?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B?? DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230219

Research on Rust Prevention Technology for Automotive Die Casting Aluminum Alloy Parts

Yang Wei1， Zhao Ran1， Lin Xiaoze1， Ma Shu1， Tang Jiyuan2， Wen Jialong1

（1. Engineering and Technology Department of China FAW Corporation Limited， Changchun 130000; 2. Jilin Police College， Changchun 130000）

Abstract： In order to address the issue of corrosion in the manufacturing and storage process of die cast aluminum alloy parts without coating on the surface， this article analyzed the corrosion mechanism and cause of die cast aluminum alloy parts， and elaborated on an anti-rust scheme suitable for die cast aluminum alloy， test and application research on anti-rust materials and processes were also carried out. Corresponding rust prevention measures were adopted for each link in the plan， including the use of water-based rust prevention materials and vapor phase rust prevention materials. After laboratory and vehicle verification， this anti-rust technology can effectively prevent corrosion in the manufacturing， storage， transportation， assembly and other processes of die cast aluminum alloy parts， and systematically solve the corrosion problem of die cast aluminum alloy parts.

Key words： Die cast aluminum alloy， Antirust， VCI， Water based rust inhibitor

作者簡(jiǎn)介：楊偉（1982—），男，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)槠囃垦b及防銹技術(shù)。

參考文獻(xiàn)引用格式：

楊偉， 趙冉， 林曉澤， 等. 汽車壓鑄鋁合金件防銹技術(shù)研究[J]. 汽車工藝與材料， 2024（4）： 57-61.

YANG W， ZHAO R， LIN X Z， et al. Research on Rust Prevention Technology for Automotive Die Casting Aluminum Alloy Parts[J]. Automobile Technology & Material， 2024（4）： 57-61.

1 前言

隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，輕質(zhì)材料在車身上的應(yīng)用越來(lái)越多，如在保證性能的前提下，采用非金屬代替金屬、低密度金屬代替高密度金屬。汽車很多部件材質(zhì)由鑄鐵替換為壓鑄鋁合金，降低了整車質(zhì)量，從而降低油耗、減少排放。但壓鑄鋁合金件在自然條件下容易出現(xiàn)腐蝕。

車身部分壓鑄鋁合金件沒有油漆涂層保護(hù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部和底盤上的部分鋁件會(huì)在整車售出前出現(xiàn)腐蝕，雖然不影響其力學(xué)性能，但嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量，導(dǎo)致消費(fèi)者抱怨甚至索賠。當(dāng)前對(duì)鑄鋁件腐蝕問(wèn)題的系統(tǒng)深入研究較少，缺少合適的防銹技術(shù)，一直困擾著主機(jī)廠和鑄鋁件零部件供應(yīng)商。本文根據(jù)腐蝕現(xiàn)象，系統(tǒng)分析了腐蝕原因，并從壓鑄鋁合金件研發(fā)、制造、儲(chǔ)運(yùn)、總成合裝、整車裝配及儲(chǔ)運(yùn)全過(guò)程制定了防銹措施，形成作業(yè)文件和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。各項(xiàng)防銹措施實(shí)施后，消除了因壓鑄鋁合金件腐蝕導(dǎo)致的抱怨問(wèn)題。

2 腐蝕機(jī)理

鑄鋁件的腐蝕原因主要有以下3點(diǎn)：

a. 鋁件拋丸后，表面形成的氧化膜不致密，不能起到保護(hù)基材的作用；

b. 鋁單質(zhì)和Al2O3都是兩性物質(zhì)，與酸堿都能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（與酸反應(yīng)時(shí)，Al+HCl→AlCl3，Al2O3+6HCl → 2AlCl3+3H2O；與堿反應(yīng)時(shí)，Al+KOH+H2O→KAlO2，KAl2O3+2KOH →2KAlO2+H2O）；

c. 鋁件遇水或灰塵將導(dǎo)致腐蝕加速，每一?；覊m都是一個(gè)腐蝕核心，灰塵結(jié)構(gòu)疏松多孔，夏季高濕和冬季凝露情況下容易吸收空氣中的水分、硫化物、氯化物等形成酸性物質(zhì)，造成鋁件腐蝕。

3 腐蝕真因分析

制定防銹方案之前，首先要了解當(dāng)前壓鑄鋁合金件的制造、儲(chǔ)運(yùn)、裝配等過(guò)程（圖1），對(duì)全過(guò)程的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。

由圖1可知，整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程中沒有對(duì)鑄鋁件進(jìn)行任何防銹處理，其中單件清洗、包裝及單件儲(chǔ)運(yùn)、總成儲(chǔ)運(yùn)、整車儲(chǔ)運(yùn)及到店維護(hù)都存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

鑄鋁單件清洗工序中，由于零部件供應(yīng)商控制成本且防銹技術(shù)欠缺，選用的清洗劑并不適用于鑄鋁件表面清洗，沒有防銹功能，且會(huì)加速鑄鋁件腐蝕。清洗劑濃度等工藝參數(shù)和換水周期沒有嚴(yán)格控制，導(dǎo)致鑄鋁件表面的脫模劑及灰塵清洗不凈，提高了腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

鑄鋁單件漂洗工序沒有加入防銹劑，且未烘干，使清洗劑、水、灰塵殘留在鋁件表面形成腐蝕核心，加速鋁件腐蝕。

鑄鋁單件和總成儲(chǔ)運(yùn)之前未采用防銹材料進(jìn)行包裝，導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程防銹失控，在梅雨季節(jié)或海運(yùn)條件下，更容易出現(xiàn)腐蝕?？紤]到運(yùn)輸成本，運(yùn)輸方式多為海運(yùn)，海運(yùn)的防銹期需求時(shí)間更長(zhǎng)，海運(yùn)具有腐蝕介質(zhì)濃度高的特點(diǎn)，空氣中含有氯化鈉、氯化鉀等物質(zhì)，再加上海上濕度高，鑄鋁件容易發(fā)生腐蝕，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕現(xiàn)象逐步加重。

整車售出前，部分車輛可能會(huì)長(zhǎng)期露天停放或者長(zhǎng)途運(yùn)輸，在沒有防銹措施的情況下易出現(xiàn)鑄鋁件腐蝕。以發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域的鋁件為例，鑄鋁材質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋罩蓋、鏈條室罩蓋、懸置等總成等在相對(duì)封閉的環(huán)境下更容易腐蝕。國(guó)內(nèi)北方地區(qū)雨季時(shí)采用溫濕度記錄儀記錄的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫濕度曲線如圖2、圖3所示。

由圖3可知，車輛停放狀態(tài)最高相對(duì)濕度范圍為70%～100%，行駛狀態(tài)最高相對(duì)濕度范圍為60%～70%，車輛長(zhǎng)期露天停放狀態(tài)銹蝕風(fēng)險(xiǎn)更高，腐蝕情況的理論分析與實(shí)際驗(yàn)證情況完全一致。車輛售出后，行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度會(huì)超過(guò)90 ℃，同時(shí)伴有空氣快速流動(dòng)，相對(duì)濕度急劇下降，圖3中車輛售出后在正常使用過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)相對(duì)濕度最低為5%，鋁件腐蝕風(fēng)險(xiǎn)極低，而露天停放的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的相對(duì)濕度最低約為35%。

由上述分析可知，鑄鋁件腐蝕的真因復(fù)雜，且發(fā)生在多個(gè)環(huán)節(jié)，需要制定完整的防銹工藝、選擇合適的防銹材料才能有效防止鑄鋁件腐蝕。

4 防銹方案

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的腐蝕原因分析，對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)制定了防銹方案，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了驗(yàn)證，將防銹技術(shù)融入了鑄鋁件制造、儲(chǔ)運(yùn)、裝配等全部環(huán)節(jié)。

4.1 防銹材料

防銹材料按保護(hù)的金屬種類分為黑色金屬防銹材料和有色金屬防銹材料。市面上的防銹材料往往以水、油、粉、紙、塑料薄膜為載體，加入一定量的緩蝕劑從而起到防銹作用。緩蝕劑的種類、用量不同，防銹效果也不相同。通過(guò)防銹材料認(rèn)可過(guò)程中的一系列試驗(yàn)以及材料間的相容性等試驗(yàn)，從3類20余種防銹材料中篩選出了3種適用于壓鑄鋁合金的防銹材料（表1），包括清洗劑、水基防銹劑、氣相防銹膜等，其主要檢測(cè)項(xiàng)目包括防銹性、腐蝕性、氣相防銹甄別試驗(yàn)等。

防銹性系列試驗(yàn)后鑄鋁試片如圖4所示，圖4a中樣品出現(xiàn)大量白色腐蝕產(chǎn)物，圖4b中樣品出現(xiàn)大量黑點(diǎn)腐蝕產(chǎn)物，圖4c中樣品完好。實(shí)車驗(yàn)證如圖5所示，圖5a鑄鋁件出現(xiàn)大量白色腐蝕產(chǎn)物，圖5b鑄鋁件完好。選用合適的防銹材料才會(huì)確保鑄鋁件不發(fā)生腐蝕。

通過(guò)在單件制造階段增加清洗劑、水基防銹劑和氣相防銹材料，在總成儲(chǔ)運(yùn)增加氣相防銹包裝，在整車裝配及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程噴灑水基防銹劑，消除了壓鑄鋁合金件的腐蝕問(wèn)題。

4.2 防銹工藝

與圖1過(guò)程相比，圖6所示的工藝過(guò)程充分考慮了鑄鋁件防銹技術(shù)。在各單件制造、總成合裝、整車裝配及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中增加了相應(yīng)的防銹措施。

4.2.1 單件制造

在清洗工序中加入3%的弱堿性清洗劑（清洗劑性能見表2），能夠有效去除鑄造過(guò)程殘留的脫模劑，防止脫模劑在壓鑄鋁合金件表面殘留導(dǎo)致的腐蝕問(wèn)題。

由表2可見，酸性清洗劑對(duì)壓鑄鋁合金件表面有一定的腐蝕作用，輕微影響鑄鋁件外觀，弱堿性清洗劑性能優(yōu)異，符合技術(shù)指標(biāo)。

在漂洗工序增加了3%的水基防銹劑（水基防銹劑性能見表3），即在漂洗的同時(shí)對(duì)鑄鋁件進(jìn)行防銹處理，在不增加工序長(zhǎng)度的前提下使鋁件表面形成防銹膜，不影響鋁件尺寸和外觀，防止包裝前出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。

由表3可見，水基防銹劑A符合技術(shù)指標(biāo)，能夠確保鑄鋁件在防銹包裝之前不發(fā)生腐蝕問(wèn)題。

漂洗防銹完成后，增加烘干工序，目的是有效去除鋁件表面即縫隙凹槽中的水分，先采用自動(dòng)線烘烤，再對(duì)凹槽和縫隙用潔凈的壓縮空氣吹掃。鑄鋁件完全干燥后，常溫狀態(tài)下防銹包裝內(nèi)部的相對(duì)濕度由80%降低至30%，有效降低了包裝內(nèi)部相對(duì)濕度高的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

單件包裝取消了普通的塑料薄膜，采用氣相防銹包裝材料，氣相防銹包裝材料向包裝內(nèi)部持續(xù)逸散氣相緩蝕劑（Volatile Corrosion Inhibitor，VCI）[1-2]，有效防止零件儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的腐蝕（表4），并且對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件防銹效果更好，防銹期一般可超過(guò)3個(gè)月。

由表4可見，鑄鋁件采用氣相防銹膜包裝后，自然狀態(tài)下放置3個(gè)月表面無(wú)腐蝕問(wèn)題，用普通塑料薄膜時(shí)出現(xiàn)了較明顯的腐蝕問(wèn)題。

4.2.2 總成合裝

與單件氣相防銹包裝相同，對(duì)裝配后的鋁件總成進(jìn)行氣相防銹包裝。對(duì)于體積較大的總成（如發(fā)動(dòng)機(jī)總成），需在包裝內(nèi)部增加一定量的干燥劑，確保相對(duì)濕度保持在較低的水平。將氣相防銹袋做成一邊能收口的浴帽形狀（圖7），對(duì)涉及鑄鋁件的區(qū)域進(jìn)行局部防銹包裝，局部氣相防銹有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是局部防銹更有針對(duì)性，降低防銹材料消耗；二是包裝體積較小，便于操作；三是有收口的防銹袋能夠有效防止氣相緩蝕劑外逸，確保足夠的防銹期。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果證明了局部防銹措施有效。

4.2.3 整車裝配及儲(chǔ)運(yùn)

為了防止整車裝配后長(zhǎng)時(shí)間露天存放，需在整車裝配下線前、進(jìn)入露天停車場(chǎng)后、抵達(dá)4S店售出前等環(huán)節(jié)對(duì)相關(guān)的鑄鋁件噴灑水基防銹劑，確保整車售出前鑄鋁件不發(fā)生腐蝕。防銹措施實(shí)施后，通過(guò)跟蹤1 000臺(tái)整車在國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)運(yùn)情況，未發(fā)生壓鑄鋁合金件腐蝕問(wèn)題，措施驗(yàn)證有效。車輛交付到用戶手中后，由于經(jīng)常起動(dòng)行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)溫濕度連續(xù)偏高的情況，未出現(xiàn)壓鑄鋁合金件腐蝕問(wèn)題。

4.2.4 其他

根據(jù)鑄鋁件腐蝕機(jī)理，鑄鋁件的制造、儲(chǔ)運(yùn)、裝配等所有環(huán)節(jié)，禁止裸手接觸鋁件，避免手汗（帶有乳酸）接觸鋁件；避免淋雨、落灰，盡早進(jìn)行防銹包裝等處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)壓鑄鋁合金件的腐蝕機(jī)理、腐蝕原因、防銹材料及工藝進(jìn)行了深入研究，各相關(guān)工序增加了相應(yīng)的防銹措施，達(dá)到了防銹的目的。但是防銹操作較復(fù)雜，不利于生產(chǎn)管控。未來(lái)應(yīng)從壓鑄鋁合金材料自身出發(fā)，開發(fā)耐腐蝕性更高的壓鑄鋁合金材料，從根源上杜絕壓鑄鋁合金件腐蝕問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙冉， 高宏偉. KD沖壓件海運(yùn)防銹包裝技術(shù)跟蹤研究[J]. 汽車工藝與材料， 2017（2）： 44-46+51.

[2] 胡林林， 徐文嘉. 汽車防銹技術(shù)[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2004.