許雪冬，李萬江，陳心欣，祁緒鳳，趙雪茹，果巖，張曉東

（1.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣州 510663； 2.東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司，武漢 430058；3.機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100070）

研究背景概述

緊固件作為汽車當(dāng)中使用最為廣泛的零部件，緊固件工藝選擇關(guān)系其防腐能力的同時(shí)，也大大關(guān)系著汽車的制造成本。隨著汽車輕量化發(fā)展、汽車廠家成本的控制，為各個(gè)部件選取適用的工藝、合適的緊固件尤為關(guān)鍵[1]。

目前汽車上主要應(yīng)用的緊固件防腐涂鍍層包括電鍍鋅、電鍍鋅鎳、鋅鋁涂層等[2,3]。其中電鍍鋅鎳在汽車緊固件的應(yīng)用工藝大多采用為堿性工藝，其防腐能力較佳，但是電鍍污水處理成本較高。相比之下，酸性電鍍鋅鎳的絡(luò)合劑添加量較少，且主要成分是有機(jī)羧酸鹽或檸檬酸，絡(luò)合強(qiáng)度較低，廢水處理成本大大降低[4-6]。

環(huán)保低成本酸性電鍍鋅鎳作為一種新型的酸性電鍍鋅鎳工藝產(chǎn)品，在前期開展的防腐工藝調(diào)研中，認(rèn)為酸性鋅鎳工藝相比堿性鋅鎳，具有成本低、電流效率高、電鍍速度快、上鍍能力好等優(yōu)點(diǎn)，且由于其電鍍過程不含絡(luò)合劑，污水處理更簡單，環(huán)保成本更低。而為了論證它在實(shí)際零部件上的防腐性能，需要針對性的開展相應(yīng)的腐蝕試驗(yàn)研究。中性鹽霧試驗(yàn)作為汽車材料及零部件最為通用的人工腐蝕加速試驗(yàn)方法，可以作為考核工藝防腐能力的主要方法及手段[7]。本文通過開展中性鹽霧試驗(yàn)，驗(yàn)證環(huán)保低成本酸性電鍍鋅鎳工藝的防腐能力。

本文主要通過對不同廠家制備的多種工藝要求的酸性鋅鎳螺栓，開展中性鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果，以驗(yàn)證酸性電鍍鋅鎳的防腐能力。并與傳統(tǒng)的堿性鋅鎳相比，討論環(huán)保低成本酸性電鍍鋅鎳是否具有可替代性。從而為環(huán)保低成本酸性電鍍鋅鎳在汽車零部件上的推廣應(yīng)用的可行性分析提供技術(shù)基礎(chǔ)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

1 工藝的選擇與樣品情況

為了充分的驗(yàn)證酸性電鍍鋅鎳工藝的抗腐蝕能力。本試驗(yàn)的樣品采用汽車上較為常用的M8規(guī)格的螺栓件。

參考目前國內(nèi)外的汽車企業(yè)對于電鍍鋅鎳的零部件的工藝要求，最低厚度要求為大于6 μm，最高設(shè)計(jì)要求為大于16 μm。根據(jù)以上的信息，同時(shí)綜合考慮防腐要求、成本及工藝可行性與可比較性，本報(bào)告中的螺栓樣品選用了5 μm、10 μm和13 μm共3種鍍層厚度，對每一種鍍層厚度，選用了“純電鍍鋅鎳”、“電鍍鋅鎳+鈍化”、“電鍍鋅鎳+鈍化+封閉”的3種不同工藝，即共9組工藝組合，基本上覆蓋酸性鋅鎳大部分的工藝在螺栓的應(yīng)用。

本報(bào)告各種要求的樣品，均分別采用兩個(gè)生產(chǎn)商對照制備，共18組。具體的工藝條件如表1所示。每個(gè)試驗(yàn)組試驗(yàn)樣品數(shù)量為4件。在試驗(yàn)前測量每個(gè)樣品的實(shí)際鍍層厚度，得到此組樣品的實(shí)測厚度平均值。通過試驗(yàn)對比，充分驗(yàn)證各種工藝條件的抗鹽霧腐蝕能力。

表1 試驗(yàn)樣品工藝條件

從實(shí)測厚度值來看，兩個(gè)廠家對應(yīng)的組別之間，大部分厚度值均無明顯差別。厚度差異相對較為突出（于對照組平均差別大于1 μm ）情況為：B廠家的L組（純鍍鋅鎳13 μm）、Q組（13 μm +鈍化）明顯較厚。此情況在試驗(yàn)過程中重點(diǎn)關(guān)注。

2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)采用中性鹽霧試驗(yàn)，其具體的試驗(yàn)條件如下：

試驗(yàn)溫度：35±2 ℃；

鹽水濃度：NaCl 45~55 g/L，pH 6.5~7.2；

鹽霧量：1.0~2.0 mL /h（80 cm2收集器）；

樣品擺放方式：樣品考察面（螺栓頭部）與垂直方向呈（15~25） °角。

參考目前國內(nèi)外的汽車企業(yè)，對于鍍鋅鎳的零部件，最高中性鹽霧試驗(yàn)抗紅銹時(shí)間為720～1 000 h之間（個(gè)別廠家在中性鹽霧試驗(yàn)前會(huì)經(jīng)過高溫烘烤）[7,8]。因此，本文在前期每24 h觀察螺栓外觀情況，后期每3~4天觀察一次，拍照記錄，并以720 h、1 000 h兩個(gè)時(shí)間作為關(guān)鍵考核節(jié)點(diǎn)，重點(diǎn)觀察不同工藝的螺栓經(jīng)歷此時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)的腐蝕情況（含白銹、紅銹的情況）。

樣品試驗(yàn)結(jié)束的條件包括如下兩種情況：

1）當(dāng)螺栓試驗(yàn)面紅銹面積達(dá)80 %以上，即認(rèn)為達(dá)到可以結(jié)束試驗(yàn)的要求，可以停止試驗(yàn)，取出該組螺栓樣品；

2）試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到1 200 h，即認(rèn)為此組樣品有良好的抗中性鹽霧腐蝕的能力，結(jié)束試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 樣品首次出現(xiàn)紅銹的時(shí)間

在完成了1 200 h試驗(yàn)后，本次試驗(yàn)的各組樣品，螺栓頭部首次出現(xiàn)紅銹的時(shí)間，記錄如表2所示。

從表2記錄中可知：對于兩個(gè)廠家的工藝，即使使用最薄的酸性鋅鎳鍍層（5 μm）的帶有鈍化的螺栓樣品，也可以達(dá)到抗中性試驗(yàn)720 h以上。且對于所有帶封閉工藝的樣品，均在1 200 h的鹽霧試驗(yàn)后，均未有出現(xiàn)紅銹現(xiàn)象。

表2 中性試驗(yàn)1 200 h后樣品紅銹情況

3.2各工藝螺栓件的經(jīng)典試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)時(shí)刻的腐蝕狀態(tài)

對于各種工藝，為了更為深入的對比。分別對不同工藝組別的螺栓，經(jīng)歷中性鹽霧試驗(yàn)720 h、1 000 h兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行對比分析，分別如表3和表4所示。

表3 中性鹽霧試驗(yàn)720 h后樣品腐蝕情況

表4 中性鹽霧試驗(yàn)1 000 h后樣品腐蝕情況

從各關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的螺栓樣品的腐蝕結(jié)果，可知：除Q組其中兩個(gè)樣品腐蝕數(shù)據(jù)較為異常外，其它樣品均比較符合規(guī)律：對于純度鋅鎳而言，13 μm的樣品約在720 h左右出現(xiàn)紅銹；而含鈍化工藝的樣品，即使是5 μm注：“/”表示對應(yīng)經(jīng)歷1 200 h后仍未出現(xiàn)紅銹。的酸性電鍍鋅鎳+鈍化，也能抵抗1 000 h甚至1 200 h的中性鹽霧試驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文采用中性鹽霧試驗(yàn)對兩個(gè)廠家的酸性鋅鎳螺栓進(jìn)行抗腐蝕性能評價(jià)，通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，可得到以下結(jié)論：

1）13 μm的無鈍化樣品，已可達(dá)到720 h的中性鹽霧試驗(yàn)無紅銹的防腐要求；

2）如需要1 000 h抗紅銹的能力，則工藝控制良好的情況下，5 μm鍍層再加上鈍化工藝的酸性電鍍鋅鎳工藝已可實(shí)現(xiàn)；

3）如需要1 200 h或以上的抗紅銹能力，大部分帶鈍化和封閉的工藝均可實(shí)現(xiàn)，即使鋅鎳層厚度僅有5 μm。

此外，從本文中采用的兩個(gè)廠家的試驗(yàn)結(jié)果對比可見，對于純酸性電鍍鋅鎳、電鍍鋅鎳帶鈍化的工藝，不同廠家的抗腐蝕能力表現(xiàn)有所差異。因此下一步可以根據(jù)實(shí)際使用的抗腐蝕需求，進(jìn)行具體工藝參數(shù)的優(yōu)化，從而達(dá)到汽車緊固件的防腐要求。