汽车金属的腐蚀及防腐方法

2019-11-06 00:50:45 hualin 34

随着汽车市场的不断扩大和竞争日益激烈,用户对车身用材及涂装要求越来越高,汽车用品的防腐蚀质量也越来越受到重视。汽车零部件制造所用的材料以金属为主,在各种使用环境条件下,金属零部件的腐蚀是难以避免、普遍存在的问题。汽车金属零部件在腐蚀性气体或液体环境中,其表面发生化学腐蚀或电化学腐蚀,形成腐蚀层,摩擦就会使其剥落而导致零件损坏,不仅破坏了汽车的外观,还直接影响到汽车质量和使用寿命。因此,了解汽车金属的腐蚀及如何防腐是很必要的。


一、汽车金属腐蚀破坏的类型

根根腐蚀现象的不同,腐蚀有许多形式。汽车常见的腐蚀破坏一般是以下几种类型。


1.1 全面腐蚀

全面腐蚀是最常见的一种腐蚀形式。它的特点是暴露的表面普遍受到或大或小一样的腐蚀,而且侵蚀的深度上也只有很小差别。


全面腐蚀现象和速度可以用试验来测定。通过试验可以得到在各种不同环境下普通汽车材料的腐蚀速度数据,通过分析,通常情况下全面腐蚀不会造成没有预见的、突然的事故。汽车车身全面腐蚀破坏主要受温度、湿度、酸性气体以及电解质等方面的影响。


1.2 电化学腐蚀

当两个或几个不同的金属偶合并放在电解质中,会发生严重的腐蚀破坏,这是典型的电化学腐蚀。比较活泼的金属被腐蚀而破坏。汽车由于常年裸露在大气中,在汽车各部件的表面经常会有雨水或水汽存在,这就会和大气中的碳化物、硫化物形成微电池状态而自行放电;在每一对金属中,接近活泼端的金属是阳极,阳极被腐蚀;而比较惰性的金属则得以保护。这也是汽车上所有的用电设备都采用负极搭铁,就是利用了这一原理,采用牺牲阳极法来保护设备。


1.3 点蚀

点蚀是在金属表面上形成无数的小孔,它是局部腐蚀的一种形式。点蚀是一种特别危险的腐蚀类型,它不但能使工件发生穿孔而失效,如果在高应力下,这点腐蚀孔就有可能成为疲劳源,使局部损伤扩展而产生疲劳断裂,这在高速行驶的汽车上是相当危险的,如汽车变速箱齿轮经常由于点蚀而造。


1.4 局部溶蚀

局部溶蚀是合金中有一元素优先从固溶体中溶解出来或者是一相优先腐蚀的一种腐蚀形式。例如汽车上的一些仪表由于黄铜的脱锌,材料变成以铜为基础的海绵状结构。从而使零件的强度锐减而损坏。


1.5 应力腐蚀

应力腐蚀是零件在机械应力与腐蚀环境的共同作用下形成的腐蚀。在各种形式的局部腐蚀中,应力腐蚀是最严重的。应力腐蚀的必需条件是:首先是对一种具有应力腐蚀敏感的合金,例高强度钢、黄铜等。其次在特殊的环境中,例如黄铜、锌离子能引起应力腐蚀。而且必须有拉应力存在,它可以是残留的或是外加的应力。例如热处理时不均匀的冷却,产生残余应力可以产生汽车底盘大梁的断裂破坏。


1.6 晶间腐蚀

晶间腐蚀是在材料的晶粒界面上优先发生的腐蚀。由于大多数金属材料是多晶体的,这就可能造成偏析或晶间沉淀等。晶间腐蚀的主要原因就是引起腐蚀处化学成分不一致、不均匀造成的。例如汽车自动变速箱齿轮由于奥氏体不锈钢的晶界处缺铬,则特别容易引起晶间腐蚀。


二、汽车金属的防腐方法

2.1 常用的防腐方法

2.2 工厂中常用防腐工艺

(1)钢制件的发蓝处理

将钢制件放在空气——水蒸气或化学药物溶液中加热到一定温度,在其表面就会形成一层黑色或蓝色的氧化膜,从而改善钢制件的耐蚀性,这种工艺就称为发蓝处理。如把钢制件放入氧化剂(NaNO2、NaNO3)和烧碱的溶液中,在140-150℃温度下,保持60-120分钟,在钢制件表面就会生成一层以Fe3O4为主的多孔氧化膜,这层膜与金属表面结合牢固,再经浸油处理填充氧化膜中孔隙后,就能有效地抵抗腐蚀气体的腐蚀。发蓝处理广泛应用于汽车机械零件、汽车仪表零件等的防腐。


(2)镀锌

锌是一种灰白色的金属,在干燥空气中很稳定,在潮湿空气中易与二氧化碳和氧作用,生成碳酸锌和氧化锌薄膜,这层薄膜能防止锌继续损坏。锌的电极电位比铁低,对钢铁零件能起保护作用。目前,镀锌广泛用于在大气中工作的汽车钢件及与铝合金接触的钢件。


(3)铝合金件的阳极氧化法

将铝制品放在硫酸电解液槽的阳极上,通以电流,使零件表面生成一层氧化膜,这种方法称为阳极氧化法。图1为阳极氧化示意图。


阳极氧化法形成的氧化膜与基体金属结合牢固,不仅提高了铝制品的耐蚀性,还增加了表面的耐磨性。由于氧化膜的多孔性,具有较强的吸附油漆的能力,是良好的油漆底层。氧化膜的孔隙还可以吸附各种染料,经着色填充处理,使表面获得各种美丽的色彩。


阳极氧化法广泛用于汽车上的各种铝制件的防腐。

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 图1 阳极氧化示意图


(4)钝化防腐处理

车身部分具有金属表面,并且其中这些金属表面以金属表面积计不少于90%是由锌、镁和铝或这些金属相互之间的合金或与其它合金元素的合金组成,在该方法中,对所述的车身进行清洗、钝化和上漆,其特征在于,将车身引入与一种水溶液接触以便钝化,对于汽车仪表中的铜制件,如螺钉,垫片、齿轮等,常采用铜合金的钝化处理,它是将铜制件浸入氧化剂(铬盐及硫酸混合液)溶液中处理2-3分钟,制件表面即生成化学稳定性较高的钝化膜,从而提高其防腐能力。


钝化防腐处理经济、操作简单、不影响零件尺寸,所以在汽车制造过程被广泛采用。


三、汽车金属防腐蚀的发展趋势及展望

随着汽车新工艺、新材料等的研究与开发,汽车金属的防腐蚀呈现了日新月异的发展。将会向以下几个方向发展:

(1)高性能和多功能化的防腐涂料将会在汽车领域中广泛应用。高性能和多功能化的防腐涂料不仅可以提高汽车的外观质量,更重要的是提高汽车的内在质量,抗腐蚀,延长了汽车的使用寿命。采用的防腐涂料将会从传统型转向环保型,单一品种多功能化,即单一品种同时会具有高温防腐、高弹性、抗静电、无毒等多项功能。如太阳能屏蔽防腐蚀涂料、阻尼防腐蚀涂料、可剥性防腐蚀涂料、耐气候防腐蚀聚氨酯涂料、阻燃导静电耐温防腐蚀涂料等。

对使用寿命要求达到10年甚至15年以上的,而且适用于非常苛刻腐蚀条件的防腐涂料的需求将会急剧增加,高性能和多功能防腐蚀涂料将在汽车上得到广泛使用。

(2)汽车制造中将会大量采用抗腐蚀性能强的金属基复合材料。金属基复合材料不仅具有高的比强度、高的比模量、低的热膨胀系数、良好的高温性能、优异的导电导热性和良好的尺寸稳定性,而且具有一般金属材料所不能比拟的高抗腐蚀性能。这类材料将会逐渐被广泛地应用到汽车工业当中去。

(3)随着新材料的研究与开发,在汽车生产中将会逐渐利用一些新材料来替代部分金属材料。像高强度与高弹性模量的复合材料具有和金属材料相近的机械性能,同时在一定条件下有金属材料所不能比拟的优点,如耐腐蚀、易于涂装等。所以,像汽车车身防腐蚀的主要发展方向就是利用复合材料来替代部分金属材料。如玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料、陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料等。目前在汽车上已经普遍应用的主要是玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料(SMC),像陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料等在汽车上的使用仍处于试验阶段,如用碳纤维复合材料(CFRP)制作的车身、传动轴、悬挂片簧、车门等,在不久的将来将可大量应用。展望未来,以后也许我们的汽车不需用金属材料来制造,困扰人们多年的由于汽车的金属腐蚀而对大家所造成的破坏及损失将会不复存在。