劉志昌，李洋洋，王義，常蘇捷,*，石磊，王雪，林浩，田雨

（1.亞薩合萊國(guó)強(qiáng)(山東)五金科技有限公司，山東 樂(lè)陵 253600；2.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101；3.廣潤(rùn)金屬制品有限公司，山東 威海 264400）

造成工件鍍層耐蝕性下降的原因復(fù)雜多樣，企業(yè)主要以工件是否達(dá)到鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定工件的耐蝕性。本文主要針對(duì)某型號(hào)為 LZJ-2004-01的五金件產(chǎn)品出現(xiàn)的耐蝕性下降問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并提出相應(yīng)的解決方案。

1 失效件觀察

LZJ-2004-01為門窗五金組合件，是在鍍Zn-Fe合金的鋅合金固定座上鉚接鍍Zn-Ni合金的Q235鋼鉚接件所得(見圖1a)。該組合件在中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)[溫度(35 ± 5) °C，pH 6.4 ~ 7.1；下同]240 h后固定座表面就出現(xiàn)大量白色腐蝕產(chǎn)物，并且伴有腐蝕坑，無(wú)法滿足耐NSS腐蝕480 h以上的要求。如圖1b所示，腐蝕從鉚接處開始向四周擴(kuò)散，其他部位的腐蝕情況較輕，可見腐蝕最先發(fā)生在鉚接處。

圖1 腐蝕前(a)、后(b)LZJ-2004-01工件的外觀Figure 1 Appearance of LZJ-2004-01 part before (a) and after (b) being corroded

2 失效原因分析

2.1 原因定位

從現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取LZJ-2004-01的鍍Zn-Fe合金固定座和鍍Zn-Ni合金鉚接件進(jìn)行NSS試驗(yàn)。結(jié)果表明，在NSS試驗(yàn)864 h后固定座邊角開始出現(xiàn)黑色腐蝕點(diǎn)(見圖2a)，鉚接件則是在823 h后出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)(見圖2b)。這說(shuō)明固定座和鉚接件都具備很好的耐鹽霧腐蝕能力，可排除單獨(dú)組件的鍍層和鍍液導(dǎo)致產(chǎn)品腐蝕失效，猜測(cè)可能是兩者的組合引起腐蝕。鋅合金的腐蝕電位比Q235鋼低，會(huì)優(yōu)先發(fā)生腐蝕，因此推測(cè)鋅合金固定座與Q235鋼鉚接件之間的電位差引起了電偶腐蝕，導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

圖2 固定座(a)和鉚合件(b)NSS試驗(yàn)后的腐蝕狀態(tài)Figure 2 Corroded fixed base (a) and rivet part (b) after NSS test

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述推論，對(duì)鋅合金材質(zhì)的固定座分別進(jìn)行掛鍍Zn-Fe合金、掛鍍Zn-Fe合金+苯并三氮唑封閉和滾鍍Zn-Ni合金。如圖3所示，鍍Zn-Fe合金件表面存在大量孔隙。封閉后表面平整度得到改善，孔隙率約降低了60%。從圖4可知，Zn-Ni合金鍍層的晶粒較Zn-Fe合金鍍層粗大，致密性差，這不利于鍍層對(duì)工件的防護(hù)。

圖3 封閉前、后鍍Zn-Fe合金固定座的200倍光學(xué)顯微形貌(左)和3D顯微形貌(右)Figure 3 Optical micromorphologies (left) and 3D s micromorphologies (right) at a magnification of 200×for Zn-Fe alloy-coated fixed base before and after being sealed

圖4 鍍Zn-Ni合金固定座的200倍光學(xué)顯微形貌(左)和3D顯微形貌(右)Figure 4 Optical micromorphology (left) and 3D micromorphology (right) at a magnification of 200×for Zn-Ni alloy-coated fixed base

分別以暴露面積為1 cm2的上述3種試片為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為輔助電極，采用上海辰華CHI760E電化學(xué)工作站測(cè)試它們?cè)?.5% NaCl溶液中的塔菲爾(Tafel)曲線，結(jié)果見圖5，相應(yīng)的擬合參數(shù)見表1?？梢?種試樣的腐蝕電位(φcorr)和腐蝕電流密度(jcorr)都相近，說(shuō)明它們的耐蝕性相當(dāng)。

圖5 不同試樣在3.5% NaCl溶液中的Tafel曲線Figure 5 Tafel plots for different samples in 3.5% NaCl solution

表1 不同試樣在3.5% NaCl溶液中的腐蝕電位和腐蝕電流密度Table 1 Corrosion potentials and corrosion current densities of different samples in 3.5% NaCl solution

分別取封閉的掛鍍 Zn-Fe合金固定座和滾鍍Zn-Ni合金固定座，與鍍 Zn-Ni合金的鉚接件鉚接后進(jìn)行NSS試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：掛鍍Zn-Fe合金+封閉件經(jīng)NSS試驗(yàn)48 h后表面出現(xiàn)黑色點(diǎn)狀腐蝕物(見圖6a)；滾鍍Zn-Ni合金件在72 h后出現(xiàn)鼓泡(見圖6b)，劃開后發(fā)現(xiàn)鼓泡內(nèi)有黑色腐蝕產(chǎn)物?？梢姼淖冨儗臃N類和對(duì)鍍層進(jìn)行封閉都不能有效減輕組合件的電偶腐蝕。

圖6 掛鍍Zn-Fe合金+封閉件(a)和滾鍍Zn-Ni合金件(b)NSS試驗(yàn)后的腐蝕狀態(tài)Figure 6 Parts treated by Zn-Fe alloy rack plating and sealing (a) or by Zn-Ni alloy barrel plating (b)after corrosion in NSS test

其余工藝不變，改用與鋅合金固定座的電位差更小的1Cr17鋼來(lái)制造鉚接件，與固定件組合后進(jìn)行NSS試驗(yàn)。結(jié)果表明，改進(jìn)的組合產(chǎn)品在NSS試驗(yàn)360 h后只是表面光亮度降低，480 h后僅有少量白銹，說(shuō)明電偶腐蝕的確是導(dǎo)致工件失效的主要原因。

3 解決措施

(1) 改用與鋅合金固定座電位差較小的材料(如1Cr17鋼)制作鉚接件，以保證在不影響工件性能的前提下有效避免電偶腐蝕。

(2) 對(duì)固定座和鉚接件電鍍后用苯并三氮唑封閉，借助非金屬膜層阻斷兩者之間的電偶腐蝕。

4 實(shí)施效果

采用上述措施后，產(chǎn)品在中性鹽霧試驗(yàn)480 h后未發(fā)生明顯的腐蝕，說(shuō)明上述措施有效。