22MnB5熱成形零件的防腐問(wèn)題研究
22MnB5熱成形零件的防腐問(wèn)題研究普熱斯勒完全自主研發(fā)，并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，相關(guān)專利號(hào)：CN109821951A, CN109136907A, CN109021630A
[摘要]：
分別對(duì)汽車白車身22MnB5熱沖壓件的不同制造工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，包括無(wú)涂層板、Al-Si鍍層板、熱鍍鋅板的熱沖壓成形試驗(yàn)及對(duì)無(wú)涂層板熱沖壓后的電鍍鋅試驗(yàn)。
利用光學(xué)顯微鏡研究了熱沖壓前后零件的鍍層形貌變化情況。對(duì)電泳前后的22MnB5Al-Si涂層板、熱鍍鋅板熱沖壓成形的零件以及無(wú)涂層板熱沖壓后電鍍鋅件進(jìn)行720h中性鹽霧實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)720h中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，電泳層具有很好的防腐蝕能力，但對(duì)圓孔、切邊、邊緣處的防腐蝕能力較弱。電泳前720h中性鹽霧失重試驗(yàn)表明熱成形后電鍍鋅零件的耐腐蝕能力比熱鍍鋅板和Al-Si板熱成形零件耐腐蝕能力強(qiáng)20倍以上（按面積失重計(jì)算）。當(dāng)電泳層破裂后，由劃痕實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)涂層板耐腐蝕性最差，沿厚度方向進(jìn)行腐蝕，Al-Si涂層板電極電位比鋼材基體稍低，沿基體厚度方向及橫向腐蝕，熱鍍鋅板及電鍍鋅板由于具有犧牲陽(yáng)極保護(hù)效果，鋼材基體無(wú)腐蝕。
關(guān)鍵詞：熱沖壓成形;腐蝕;熱鍍鋅板;Al-Si涂層板;電鍍鋅
0 前言
當(dāng)汽車車身電泳涂層被破壞時(shí)，露出金屬的部位容易腐蝕生銹。另外在環(huán)境污染區(qū)或天氣條件惡劣的情況下，例如冬天道路灑鹽等，會(huì)加速汽車車身的腐蝕。又或者當(dāng)車身結(jié)構(gòu)電泳涂層無(wú)法到達(dá)的部位，如點(diǎn)焊搭邊區(qū)域，造成車身內(nèi)部腐蝕。這些問(wèn)題目前沒(méi)有得到很好的解決。
熱成形鋼具有減輕車身重量和提高安全性的優(yōu)勢(shì)，且解決了其它先進(jìn)高強(qiáng)鋼成形過(guò)程由于減薄問(wèn)題導(dǎo)致開(kāi)裂及變形時(shí)容易產(chǎn)生過(guò)量回彈的難題，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但在加熱過(guò)程中鋼板表面易發(fā)生脫碳及氧化起皮。為解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了不同的熱沖壓鍍層[1-4]，目前最早開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的鍍層熱成形鋼是歐洲Arcelor公司的Al-Si鍍層USIBOR1500系列產(chǎn)品。其具有較好的耐高溫性和耐蝕性，但是，該系列鍍層高溫下進(jìn)行成形時(shí)涂層變脆，易開(kāi)裂剝落。李兵等[5]亦在汽車底板縱梁用Al-Si涂層硼鋼板的熱沖壓實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了熱沖壓后涂層由致密金屬化合物結(jié)構(gòu)變成6層金屬化合物結(jié)構(gòu)，涂層中產(chǎn)生大量裂紋，變形處涂層脫落較多，并且零件表面劃痕較多，涂層與模具產(chǎn)生粘著摩擦，易導(dǎo)致零件斷裂。桂中祥等[6]亦利用拉伸試驗(yàn)研究了Al-Si涂層硼鋼板的熱沖壓成形性，表明熱拉伸變形后，硼鋼表面涂層產(chǎn)生了大量的裂紋。鋁硅涂層高溫變脆，易開(kāi)裂剝落該問(wèn)題至今未得到有效解決。
Mali等[7]在NaCl溶液中進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Al-Si鍍層加熱后由多層金屬化合物組成，其中第一層Fe2Al5最早開(kāi)始腐蝕，其余鍍層的電位與基板基本一樣，這說(shuō)明Al-Si鍍層不能提供陰極保護(hù)，因此切邊等沒(méi)有鍍層的位置很易腐蝕。熱成形Al-Si鍍層腐蝕速度比鋼鐵基材慢，這是由于Al-Fe-Si組成的腐蝕產(chǎn)物填充在腐蝕孔洞中，阻礙氧的擴(kuò)散及腐蝕
近年來(lái)，各大汽車廠商將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向具有獨(dú)特陰極保護(hù)作用的鋅基鍍層。鋅基鍍層成本較低，具有優(yōu)異的涂裝性和足夠的耐腐蝕性，是汽車零件防腐蝕的理想鍍層。但鍍鋅板一般用于間接熱成形工藝，即先進(jìn)行成形，后進(jìn)行熱處理，這就避免了LMIE（液態(tài)金屬導(dǎo)致裂紋脆性）。而在鍍鋅板的直接熱成形過(guò)程中，鋼板和鋅基鍍層同時(shí)被加熱，鋅基鍍層熔點(diǎn)較低，在高溫成形時(shí)易出現(xiàn)LMIE，造成基體零件出現(xiàn)裂紋。如果為避免LMIE，采用過(guò)低的成形溫度，則會(huì)降低零件的力學(xué)性能[8-9]。這導(dǎo)致鍍鋅板的直接熱成形至今未大量推廣使用。
張杰[10]等人研究表明，未加熱的鍍鋅層鋼板，腐蝕電位在-0.96V，鋼材基體電位在-0.47V。熱成形后η相（純鋅層）、Г相、а-Fe（Zn）電位分別為-0.98V、-0.87V、-0.66V,腐蝕電位低于鋼材基體的-0.42V。K.Akioka[11]等人研究表面熱成形后鍍鋅層由于其鐵含量較高，導(dǎo)致耐蝕性差于原始熱鍍鋅層。奧鋼聯(lián)[12]研究發(fā)現(xiàn)熱成形后10um厚的鋅鍍層變?yōu)?0um厚的鍍層，鍍層厚度增加，可提供厚好的腐蝕保護(hù)。 M.Fleschanderl等人[13]研究表明，在熱成形GI鍍層中，上層的Fe-Zn金屬間化合物層的電化學(xué)電位約-0.75V，下層的Fe-Zn層電化學(xué)電位約為-0.6V，高于普通GI和熱鍍鋅鍍層，但仍然比鋼基體的電化學(xué)電位低得多（-0.42V），熱成形后鍍層仍具有良好的陰極保護(hù)防腐蝕能力。業(yè)內(nèi)認(rèn)為熱鍍鋅板由于金屬化合物較多，電極電位高于GI板，耐腐蝕性能較GI板低。
目前對(duì)熱沖壓件鍍層的研究主要在于鍍層的高溫抗氧化性和成形性，對(duì)于鍍層的耐腐蝕性報(bào)道較少。本工作對(duì)Al-Si鍍層板和熱鍍鋅鍍層板熱沖壓淬火后的零件和無(wú)涂層板熱沖壓淬火后電鍍鋅的零件進(jìn)行耐腐蝕性能研究。
1、試驗(yàn)
1.1試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料為22MnB5的熱鍍鋅板，Al-Si涂層板以及無(wú)鍍層板。其成份如表1所示，涂層板涂層厚度如表2所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為平板模具，315T沖壓機(jī)臺(tái)，鹽霧試驗(yàn)箱，金相顯微鏡等。
表1 22MnB5成份
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成份 |
C |
Si |
Mn |
Cr |
Ti |
B |
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22MnB5 |
0.22 |
0.2 |
1.25 |
0.2 |
0.03 |
0.003 |
表2涂層類形及厚度
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涂層 |
無(wú)涂層板 |
Al-Si板 |
熱鍍鋅板 |
電鍍鋅零件 |
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類形 |
無(wú) |
AS 75/75 |
熱鍍鋅 70/70 |
--- |
|
涂層厚度 |
0 |
30um |
10um |
10um |
1.2試驗(yàn)條件及過(guò)程
1.2.1 試樣制備
先取Al-Si涂層板、熱鍍鋅板及無(wú)涂層板，用激光切割將其切割成80mm*200mm的小塊試樣。對(duì)Al-Si涂層板試樣采取正常生產(chǎn)工藝，即放在930℃電阻加熱爐內(nèi)加熱240s，使試樣達(dá)到完全奧氏體化后進(jìn)行空冷或用315T機(jī)臺(tái)用平板模具進(jìn)行淬火處理。因鋅的沸點(diǎn)在907℃，鍍鋅板在高溫下易揮發(fā)，且在720℃以上易發(fā)生LIME，因此鍍鋅板放入880℃加熱爐內(nèi)，加熱240s后在550℃進(jìn)行熱沖壓成形。另外對(duì)熱成形后的無(wú)涂層板進(jìn)行電鍍鋅。電鍍鋅工藝如下：氫氧化鈉:130g/L，鋅離子濃度:12g/L，PH值9，用2 A/dm2的小電流正常電鍍15min，形成的鍍層厚度為10um。電泳為陰極黑色電泳，電泳層厚度10-15um。
取6組平行試樣分別做涂層顯微觀察、中性鹽霧試驗(yàn)、和電泳試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件如表3所示。
表3實(shí)驗(yàn)試樣清單
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No. |
涂層類形 |
加熱 |
空冷 |
熱成形淬火 |
|
0 |
無(wú)鍍層 |
是 |
--- |
是 |
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1-1 |
Al-Si Al-Si Al-Si |
--- |
--- |
--- |
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1-2 |
是 |
是 |
--- |
|
|
1-3 |
是 |
--- |
是 |
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2-1 |
熱鍍鋅 熱鍍鋅 熱鍍鋅 |
--- |
--- |
--- |
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2-2 |
是 |
是 |
--- |
|
|
2-3 |
是 |
--- |
是 |
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3 |
無(wú)涂層板熱成形后電鍍鋅 |
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1.2.2 鍍層金相觀察
將試樣進(jìn)行線切割成合適的尺寸，進(jìn)行封樣。固化后采用400#-2000#砂紙逐步進(jìn)行打磨，打磨后進(jìn)行拋光。鋼板鍍層組織采用4%硝酸酒精腐蝕，腐蝕時(shí)間約為10~12s。原材鍍層和鍍層加熱及熱沖壓成形后的涂層觀察在金相顯微鏡上進(jìn)行。
1.2.3 電泳涂層結(jié)合力測(cè)試
參考標(biāo)準(zhǔn)：《GBT9286-1998色漆和清漆漆膜的劃痕實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行鍍層結(jié)合力測(cè)試。
1.3中性鹽霧實(shí)驗(yàn)
根據(jù)GB/T 10125-2012試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，將試驗(yàn)試樣放置在鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)，具體要求：溫度36℃±（0.1℃~0.7℃），鹽水濃度為（5±1）%的NaCl溶液；鹽霧PH在6.5~7.2之間，鹽霧沉降率（1.0~2.5）ml/80cm2.h。
1.3.1涂層加熱及熱成形過(guò)程
分別將加熱后和熱成形后的22MnB5 Al-Si涂層板、熱鍍鋅板放入鹽霧試驗(yàn)箱中，每隔2h觀察下試樣的腐蝕情況。
1.3.2 熱成形后720h鹽霧失重實(shí)驗(yàn)
取熱成形后的22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板、熱鍍鋅板以及無(wú)涂層板熱成形電鍍鋅樣品進(jìn)行720h鹽霧實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前稱一次重量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后除完鐵銹后再稱一次重量，測(cè)得腐蝕后的失重情況。
1.3.3電泳切口鹽霧實(shí)驗(yàn)
先對(duì)22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板、熱鍍鋅板進(jìn)行打孔，然后分別進(jìn)行熱成形，接著取一塊熱成形的無(wú)涂層板進(jìn)行電鍍鋅，最后將所有試樣電泳處理。將電泳試樣放入鹽霧試驗(yàn)箱中，720h后觀察圓孔處的腐蝕情況。
1.3.4電泳鍍層板劃痕擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)
取熱成形后的22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板、熱鍍鋅板以及熱成后進(jìn)行電鍍鋅的樣品進(jìn)行電泳處理，然后進(jìn)行劃痕。用1.0mm寬的刀片劃出兩條約150mm長(zhǎng)的交叉線，要求劃透涂層，露出基材，并測(cè)量其寬度。然后進(jìn)行720h中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，后再次測(cè)量其寬度。
1.3.5 不同涂層B柱
取無(wú)涂層板、Al-Si板進(jìn)行熱成形后的B柱以及無(wú)涂層板熱成形后進(jìn)行電鍍鋅的B柱，取同一截面位置進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 金相分析
圖1至圖7為實(shí)驗(yàn)試樣鍍層截面金相，放大倍數(shù)500倍。表4為實(shí)驗(yàn)試樣鍍層厚度數(shù)據(jù)。圖8-圖9為熱鍍鋅板進(jìn)行熱沖壓試樣及模具圖片。
圖1為Al-Si板原材，涂層厚度為30um，主要由Al-Si層及過(guò)渡層Al-Fe-Si組成，其中Al-Fe-Si層厚度為7um，鍍層組織致密光滑。在經(jīng)過(guò)在930℃加熱爐內(nèi)加熱240s后，Al-Si鍍層與Fe基體進(jìn)行擴(kuò)散，鍍層厚度變?yōu)?0um，而過(guò)渡層厚度基本不變，加熱后表面鍍層開(kāi)裂，鍍層內(nèi)有小孔，如圖2所示。在經(jīng)過(guò)熱沖壓成形后，Al-Si鍍層厚度及過(guò)渡層厚度未變，但表面鍍層大量脫落，質(zhì)量嚴(yán)重下降，如圖3所示。
圖4為熱鍍鋅原材，鍍層厚度為10um，主要由純鋅層及鋅鐵合金層組成，鍍層組織致密光滑。在經(jīng)過(guò)在880℃加熱爐內(nèi)加熱240s后，鍍鋅層與基體鐵元素進(jìn)行擴(kuò)散，鍍層厚度變?yōu)?9um，但鍍鋅層破裂嚴(yán)重，如圖6所示。在經(jīng)過(guò)熱沖壓成形后，鍍鋅層表面凹凸不平，厚度在9um-20um之間，原因?yàn)樵跓釠_壓過(guò)程中，有大量鍍鋅層被粘覆于模具之上，導(dǎo)致熱沖壓零件鍍鋅層減薄，如圖8、圖9所示。邱肖盼，張杰等亦[14]研究發(fā)現(xiàn)GI鍍層在加熱后，鍍層厚度大幅增加，鍍層與鋼基體之間界面變模糊。500℃加熱后鍍層組織為ζ相和δ相，隨著加熱溫度升高，鍍層組織轉(zhuǎn)變?yōu)楹F量更多的Г相，當(dāng)溫度為900℃以上時(shí)大部分轉(zhuǎn)變成Fe-Zn合金相。Fe-Zn合金相是脆性相，在鍍層裂紋尖端的應(yīng)力作用下，鋼材基體也會(huì)產(chǎn)生微裂紋。
圖7為熱沖壓后進(jìn)行電鍍鋅的涂層截面。從圖中可以看出，電鍍鋅層致密均勻，無(wú)孔洞，與熱鍍鋅板原材一致，涂層質(zhì)量遠(yuǎn)好于熱成形后的Al-Si板及熱鍍鋅板。
 圖1 Al-Si板原材 |
 圖2 Al-Si板加熱空冷 |
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 圖3 熱鍍鋅板原材 |
 圖4 熱鍍鋅板加熱空冷 |
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表4實(shí)驗(yàn)試樣鍍層厚度
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試樣 |
厚度 |
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Al-Si原材 |
28-32um |
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Al-Si加熱空冷 |
38-4540um |
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Al-Si熱沖壓 |
7um-40um |
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熱鍍鋅原材 |
6-10um |
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熱鍍鋅加熱空冷 |
28-22um |
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熱鍍鋅熱沖壓 |
9um-20um |
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熱沖壓后電鍍鋅 |
9um-13um |
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2.2 電泳結(jié)合力
對(duì)熱成形后的22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板、熱鍍鋅板以及無(wú)涂層板熱成形后電鍍鋅樣品進(jìn)行電泳，其電泳層結(jié)合力均為0級(jí)。
2.3 涂層鹽霧實(shí)驗(yàn)
2.3.1 涂層加熱及熱成形過(guò)程
加熱過(guò)程及熱成形過(guò)程中鍍層試樣的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5及圖10-圖18所示。通過(guò)Al-Si板和熱鍍鋅板的鹽霧實(shí)驗(yàn)表明，Al-Si原材和熱鍍鋅原材經(jīng)過(guò)120h后均未出現(xiàn)紅銹。而經(jīng)過(guò)930℃加熱的Al-Si板在鹽霧試驗(yàn)24小時(shí)候布滿紅銹。比較Al-Si板熱沖壓成形前后腐蝕狀態(tài)，從圖10-圖12可以看出加熱和沖壓降低了原材的耐腐蝕性能。熱鍍鋅板亦是如此。J.Faderl等人[15]研究表明，Al-Si涂層和熱鍍鋅涂層熱沖壓成形后腐蝕試驗(yàn)期間鍍層出現(xiàn)紅銹是由于鍍層中的鐵含量較高所至。
對(duì)比圖12和圖15可知， Al-Si鍍層熱沖壓成形后腐蝕比熱鍍鋅板腐蝕稍慢，其原因?yàn)锳l-Fe-Si的腐蝕電位與鋼材基本一致（-0.42V），而Fe-Zn合金鍍層的腐蝕電位在（-0.6V）, Fe-Zn合金鍍層比Al-Fe-Si的腐蝕電位容易產(chǎn)生腐蝕。且Al-Si鍍層在加熱及沖壓成形過(guò)程中，雖然鍍層產(chǎn)生孔洞及脫落，但是其Al-Fe-Si過(guò)渡層一般較為致密，無(wú)孔洞及開(kāi)裂問(wèn)題，如圖5所示。而熱鍍鋅層在加熱及沖壓成形過(guò)程中，鍍層開(kāi)裂嚴(yán)重，并直達(dá)鋼材基體，如圖6所示且鍍鋅層容易液化粘輥或者揮發(fā)，熱沖壓過(guò)程中鍍鋅層容易粘附于模具之上，鍍鋅層被嚴(yán)重破壞，如圖9所示。且Al-Si板熱沖壓后鍍層厚度一般為鍍鋅層熱沖壓厚度的2倍。這些都導(dǎo)致了Al-Si鍍層熱沖壓成形后腐蝕比熱鍍鋅板腐蝕慢。當(dāng)然在無(wú)涂層部位，如切口和焊縫位置，由于Al-Si鍍層不具備陰極保護(hù)功能，耐腐蝕性能不如熱鍍鋅板。
表5實(shí)驗(yàn)試樣中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果
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試樣標(biāo)號(hào) |
涂層類形 |
加熱至930℃ |
930℃空冷 |
熱成形淬火 |
中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果 |
|
0 |
無(wú) |
是 |
--- |
是 |
1h布滿紅銹 |
|
1-1 |
AlSi |
--- |
--- |
--- |
120h有白銹未出現(xiàn)紅銹 |
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1-2 |
AlSi |
是 |
是 |
--- |
24h布滿紅銹 |
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1-3 |
AlSi |
是 |
--- |
是 |
24h布滿紅銹 |
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2-1 |
熱鍍鋅 |
--- |
--- |
--- |
120h有白銹未出現(xiàn)紅銹 |
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2-2 |
熱鍍鋅 |
是 |
是 |
--- |
2h布滿紅銹 |
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2-3 |
熱鍍鋅 |
是 |
--- |
是 |
2h布滿紅銹 |
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3-1 |
無(wú) |
熱成形零件后電鍍鋅 |
350h有白銹未出現(xiàn)紅銹 |
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3-2 |
無(wú) |
熱成形零件后電鍍鋅回火 |
350h有白銹未出現(xiàn)紅銹 |
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圖10 Al-Si板原材(24h)
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圖11 Al-Si板加熱(24h)
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圖12 Al-Si板熱沖壓(24h)
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圖13 熱鍍鋅原材(24h)
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圖14 熱鍍鋅板加熱
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圖15 熱鍍鋅板熱沖壓(2h) |
圖16 無(wú)涂層板(1h)
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圖17 熱成形零件電鍍鋅(350h)
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圖18熱成形零件電鍍鋅回火(350h)
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2.3.2 熱成形后720h鹽霧失重實(shí)驗(yàn)
從表6及圖19-圖22可以看出，無(wú)涂層板熱成形后的耐腐蝕性能最差，單位面積失重1.9E-3g/mm，熱鍍鋅板次之，Al-Si板稍好，熱成形后電鍍鋅的耐腐蝕性能最好。熱成形后電鍍鋅的耐腐蝕能力比Al-Si板和熱鍍鋅板的耐腐蝕能力高達(dá)20倍以上（面積失重）。
而熱成形后電鍍鋅由于鋅層表面致密光滑，無(wú)Al-Si板和熱鍍鋅板在熱成形后涂層開(kāi)裂，脫落問(wèn)題，可以很好的保護(hù)基材。
表6實(shí)驗(yàn)試樣中性鹽霧720h實(shí)驗(yàn)結(jié)果
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板材 |
原材 重量（g） |
720h腐蝕 重量（g） |
失重（g） |
質(zhì)量失重 百分比 |
面積 mm2 |
面積失重 (g/mm2) |
|
無(wú) |
185.26 |
148.78 |
36.48 |
19.69% |
19006 |
1.9E-3 |
|
Al-Si |
149.69 |
147.15 |
2.54 |
1.69% |
18400 |
1.38E-4 |
|
熱鍍鋅 |
241.73 |
237.57 |
4.16 |
1.72% |
10504 |
3.96E-4 |
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電鍍鋅 |
235.85 |
235.74 |
0.11 |
0.4% |
19173 |
5.74E-6 |
圖19無(wú)涂層板熱成形（720h鹽霧）
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圖20熱成形Al-Si板（720h鹽霧）
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圖21 熱鍍鋅熱成形（720h鹽霧）
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圖22熱成形后電鍍鋅（720h鹽霧）
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2.3.3 電泳切口鹽霧實(shí)驗(yàn)
對(duì)熱成形后的22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板、熱鍍鋅板進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，通過(guò)720h無(wú)紅銹，表明電泳涂層均具有良好的防腐蝕能力，但在打孔、切邊、邊緣等電泳涂層薄弱處，耐腐蝕性能均稍差。電泳后22MnB5無(wú)涂層板、Al-Si涂層板和熱鍍鋅板在打孔、切邊、邊緣等處均出現(xiàn)鐵銹，而無(wú)涂層板熱成形電鍍鋅后的零件無(wú)鐵銹出現(xiàn)，只有少量白銹，如圖23-圖26所示。表明無(wú)涂層板熱成形電鍍鋅可以很好的對(duì)打孔、切邊、邊緣處進(jìn)行陰極保護(hù)。
表7 電泳結(jié)合力測(cè)試及720h鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果
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涂層類形 |
附著力 |
720h后鹽霧試驗(yàn)失重 |
720h后鹽霧試驗(yàn) |
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熱鍍鋅 |
0 |
0g |
圓孔及邊緣處出現(xiàn)少量鐵銹 |
|
無(wú) |
0 |
0g |
圓孔及邊緣處出現(xiàn)少量鐵銹 |
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Al-Si |
0 |
0g |
圓孔及邊緣處出現(xiàn)少量鐵銹 |
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熱成形后電鍍鋅 |
0 |
0g |
圓孔及邊緣處出現(xiàn)少量白銹 |
圖23無(wú)涂層板熱成形電泳
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圖24熱成形Al-Si板電泳
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圖25 熱鍍鋅熱成形電泳 |
圖26熱成形后電鍍鋅電泳
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熱成形后的22MnB5無(wú)涂層板百格試樣的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)電泳層破裂時(shí)，10min時(shí)出現(xiàn)少量鐵銹，1h后鐵銹布滿劃痕處，如圖29所示。鋼材基體則很快就產(chǎn)生腐蝕，說(shuō)明電泳涂層無(wú)陰極保護(hù)效果，當(dāng)電泳涂層破裂后，鋼材腐蝕嚴(yán)重。
圖27無(wú)鍍層板熱沖壓電泳
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圖28百格測(cè)試 |
圖29鹽霧測(cè)試（1h）
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2.3.4鍍層試樣劃痕擴(kuò)散結(jié)果分析
720h劃痕中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8及圖30-33所示。
從圖30-33可以看出，Al-Si板熱成形電泳后腐蝕產(chǎn)物寬度最寬，高達(dá)9.42mm，無(wú)涂層板次之，最好的為熱成形后電鍍鋅的產(chǎn)品。
從圖34-37可以看出，Al-Si板熱成形電泳后劃痕寬度為3.22mm，腐蝕形式沿厚度方向及橫向方面發(fā)展，其原因?yàn)锳l-Si加熱及熱沖壓后形成的金屬化合物具有少量的陰極保護(hù)功能，中性鹽霧直接腐蝕鋼板基材。而無(wú)涂層板后熱成形主要以縱向方向腐蝕為主。熱鍍鋅板和電鍍鋅由于具有犧牲陽(yáng)極保護(hù)效果，先腐蝕鋅層，導(dǎo)致涂層腐蝕方向沿橫向方向發(fā)展，基材無(wú)腐蝕情況發(fā)生。
表8 720h中性鹽霧實(shí)驗(yàn)試樣劃痕腐蝕結(jié)果
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涂層 |
熱成形電泳后 |
720h鹽霧后 |
720h鹽霧 |
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無(wú) |
1.20 |
8.51 |
1.54 |
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Al-Si |
1.479 |
9.42 |
3.22 |
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熱鍍鋅 |
0.938 |
6.67 |
0 |
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電鍍鋅 |
0.957 |
6.08 |
0 |
圖30 無(wú)涂層板熱成形（720h鹽霧）
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圖31 Al-Si板熱成形（720h鹽霧）
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圖32 熱鍍鋅熱成形（720h鹽霧）
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圖33 熱成形后電鍍鋅（720h鹽霧）
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圖34 無(wú)涂層板熱成形后劃痕腐蝕寬度（720h鹽霧）
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圖35 Al-Si板熱成形后劃痕腐蝕寬度（720h鹽霧）
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圖36 熱鍍鋅板熱成形后劃痕腐蝕寬度（720h鹽霧）
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圖37 電鍍鋅熱成形后劃痕腐蝕寬度（720h鹽霧）
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2.3.5 B柱中性鹽霧實(shí)驗(yàn)分析
圖38-圖40分別是無(wú)涂層B柱、Al-Si涂層激光拼焊B柱以及無(wú)涂層B柱電鍍鋅零件。圖41-圖43分別是上述B柱的局部圖，圖44-圖46分別是上述B柱中性鹽霧的16h腐蝕圖。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)圖12可知，Al-Si涂層用平板模具成形時(shí)，涂層表面有少量裂紋出現(xiàn)，24h鹽霧只出現(xiàn)少量紅銹。而熱成形B柱在熱成形過(guò)程中，B柱表面與模具表面產(chǎn)生劇烈摩擦，涂層被嚴(yán)重破壞，如圖42所示。經(jīng)過(guò)嚴(yán)重磨損的Al-Si涂層B柱的耐腐蝕性能基本與無(wú)涂層板一致。而熱成形后電鍍鋅板在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)過(guò)程中則零件基體基本無(wú)腐蝕發(fā)生。
圖38
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圖39
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圖40
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實(shí)驗(yàn)圖12
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圖41
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圖42
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圖43
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圖44
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圖45
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圖46
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圖38無(wú)涂層B柱
圖39 Al-Si B柱局
圖40 電鍍鋅B柱
圖41無(wú)涂層B柱局部圖
圖42 Al-Si B柱局部圖
圖43 電鍍鋅B柱局部圖
圖44無(wú)涂層B柱局部腐蝕6h
圖45 Al-Si B柱局部腐蝕16h
圖46 B柱電鍍鋅局部腐蝕16h
圖12 Al-Si 板熱沖壓24h
2.4白車身腐蝕
車身頻繁出現(xiàn)腐蝕的部位包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部、后輪罩、后保下部、前側(cè)門和門檻等部位。
圖47 Al-Si鍍層示意圖
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圖48 熱鍍鋅鍍層示意圖
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當(dāng)汽車白車身零件在，焊接搭邊處，或者在螺栓連接搭邊處，在電泳過(guò)程中電泳涂層不能夠覆蓋到鍍層上。其熱成形后Al-Si鍍層及熱鍍鋅鍍層示意圖如圖47和圖48所示。當(dāng)有腐蝕溶液在滲入到上述無(wú)電泳層部位時(shí)，耐腐蝕性能主要靠涂層自身的耐腐蝕性能。而從實(shí)驗(yàn)圖12和圖15可以看出，在沒(méi)有電泳涂層保護(hù)的地方，Al-Si鍍層對(duì)車身基體的保護(hù)能力稍高于熱鍍鋅鍍層，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱成形后再進(jìn)行電鍍鋅的效果。
圖49 Al-Si鍍層電泳示意圖
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圖50 熱鍍鋅電泳示意圖
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當(dāng)在沒(méi)有電泳涂層保護(hù)的地方同時(shí)Al-Si涂層或熱鍍鋅涂層受損時(shí)，例如激光拼焊的焊縫處，點(diǎn)焊處，再遇到電泳涂層因搭邊無(wú)法覆蓋零件表面時(shí)，或表面涂層（電泳涂層與Al-Si或Zn鍍層）受到外物機(jī)械作用時(shí)（碎石、泥沙撞擊等）而劃傷受損時(shí)，其Al-Si鍍層及熱鍍鋅鍍層結(jié)構(gòu)示意圖如圖49和圖50所示。Al-Si涂層由于電極電位與基體基本一致，無(wú)陽(yáng)極保護(hù)效果，此時(shí)容易在涂層受損部位（Al-Si涂層和基材）或切口部位發(fā)生腐蝕，如實(shí)驗(yàn)圖31和圖35所示。而熱鍍鋅涂層和熱成形后電鍍鋅涂層雖然被碎石、泥沙等損壞，但熱鍍鋅涂層和電鍍鋅層具有犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)效果，在腐蝕過(guò)程中，先腐蝕鋅層，而基體受到保護(hù)，如實(shí)驗(yàn)圖36和圖37所示。
3結(jié)論
(1) Al-Si鍍層板和熱鍍鋅鍍層板原材都具有良好的耐腐蝕性能，但經(jīng)過(guò)加熱后鍍層開(kāi)裂，耐腐蝕性能減弱，再經(jīng)過(guò)熱沖壓成形后，鍍層易與模具粘模，鍍層減薄且開(kāi)裂情況加劇，耐腐蝕性能大大減弱。
(2) 劃痕實(shí)驗(yàn)表明， 熱鍍鋅熱鍍鋅鋁硅涂層熱成形零件基材的腐蝕寬度為3.22mm，而熱壓沖電鍍鋅零件基材腐蝕寬度為0mm，可以為基體提供良好的切口保護(hù)效果。
（3）對(duì)熱壓沖零件進(jìn)行熱沖壓后再進(jìn)行電鍍鋅處理，鍍層致密均勻沒(méi)有破損（包括對(duì)零件孔和邊的切口封閉），又具有極好的陰極保護(hù)效果，其耐腐蝕能力為Al-Si鍍層板的20倍以上。熱成形后進(jìn)行電鍍鋅零件可以對(duì)汽車白車身進(jìn)行良好的保護(hù)。
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