龍?jiān)?，郝玉林，刁鑫林，黎敏，姚士聰，曹建平，劉華賽，于孟，徐海衛(wèi)，李學(xué)濤

（首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院，北京 100043）

在節(jié)能減排的背景下，汽車輕量化的作用越來(lái)越重要。據(jù)報(bào)道，車身每減輕10%，可減少6% ~ 8%的燃料消耗和5% ~ 6%的尾氣排放[1]。使用超高強(qiáng)度鋼制造車身部分零件，既可以減輕車身，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，又能夠提高汽車的安全性[2]。

22MnB5熱成形鋼在高溫狀態(tài)下具有良好的成形性，不易回彈，對(duì)模具壽命影響小，并且成形淬火后的零件具有超高強(qiáng)度，價(jià)格也相對(duì)合理[3]。因此，將22MnB5熱成形鋼應(yīng)用在車身上是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和提升車身安全性的重要手段之一。但是22MnB5材料在熱成形后表面有一層氧化膜，直接影響后續(xù)涂裝性能，因此需要對(duì)材料進(jìn)行除銹處理[4-5]。車身零件一般通過(guò)噴砂(拋丸)除銹。本文采用不同目數(shù)的鋼砂對(duì)22MnB5進(jìn)行噴砂，以研究氧化膜對(duì)磷化膜性能和電泳漆膜耐蝕性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣板的制備

22MnB5的尺寸為1.2 mm × 100 mm × 200 mm，使用國(guó)產(chǎn)青峰6050噴砂機(jī)在壓力0.15 MPa下以80、100或120目的鋼砂對(duì)其進(jìn)行噴砂，以除去表面氧化膜。磷化前處理和電泳均在國(guó)內(nèi)某汽車廠涂裝產(chǎn)線隨線完成。磷化液參數(shù)為：FA(游離酸)0.8點(diǎn)，TA(總酸) 20.5點(diǎn)，AC(促進(jìn)劑)5.0點(diǎn)，溫度35 ～ 40 °C。電泳參數(shù)為：MEQ(毫克當(dāng)量)24.0，pH 5.9，ASH(灰分)18.6 %，NV(固體分)20.4 %，烘干溫度180 °C。

1.2 性能測(cè)試

采用日本電子JSM-7001F掃描電鏡觀察基材和磷化膜的微觀形貌，并用其附帶的能譜儀分析元素組成。

根據(jù)GB/T 9792–2003《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜 單位面積膜質(zhì)量的測(cè)定 重量法》配制脫膜溶液，將稱重后的磷化板置于(75 ± 5) °C脫膜液中15 min，取出后吹干、稱重，計(jì)算膜重，重復(fù)3次，取平均值。

根據(jù)GB/T 2523–2008《冷軋金屬薄板(帶)表面粗糙度和峰值數(shù)測(cè)量方法》，采用德國(guó)Hommel T8000粗糙度測(cè)試儀測(cè)量不同試樣的輪廓算術(shù)平均偏差(Ra)和峰值數(shù)(RPc)。

根據(jù)CETP 00.00-L-467Global Laboratory Accelerated Cyclic Corrosion Test，在英國(guó)Ascott AT2600ip型鹽霧箱中進(jìn)行為期6周的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)。工作日循環(huán)條件為：先在25 °C下噴淋0.5% NaCl溶液6 h，由濕到干燥過(guò)渡2.5 h，再在溫度50 °C、相對(duì)濕度70%的恒溫恒濕條件下保持15.5 h；休息日在溫度50 °C、相對(duì)濕度70%的恒溫恒濕條件下保持48 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼砂粒徑對(duì)噴砂效果的影響

如圖1所示，未噴砂的22MnB5呈現(xiàn)出典型的熱處理后的表面形貌。采用不同粒徑鋼砂噴砂的22MnB5表面形貌差別較小，都存在氧化鐵皮被砂粒撞擊剝落的痕跡。

圖1 未噴砂和經(jīng)不同目數(shù)鋼砂噴砂的22MnB5的表面形貌Figure 1 Surface morphologies of 22MnB5 before and after being sandblasted by steel grits with different mesh numbers

從表1可知，未噴砂時(shí)22MnB5表面O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在15% ～ 22%之間，說(shuō)明材料表面存在氧化膜。噴砂后22MnB5的O質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低(見(jiàn)表2)，說(shuō)明通過(guò)噴砂能夠有效去除22MnB5表面的氧化膜。

表1 未噴砂處理的22MnB5能譜分析結(jié)果Table 1 Energy-dispersive spectroscopic analysis results of unsandblasted 22MnB5

表2 100目噴砂處理的22MnB5表面能譜分析結(jié)果Table 2 Energy-dispersive spectroscopic analysis results of 22MnB5 surface sandblasted with 100-mesh steel grits

國(guó)內(nèi)汽車廠要求板材的Ra在0.6 ～ 1.3 μm之間，RPc在60 ～ 100 cm?1之間[6]。從圖4可知，隨著鋼砂粒徑的增大，22MnB5的Ra和RPc均先降后升，使用100目鋼砂噴砂時(shí)Ra最低。采用80目或120目鋼砂噴砂時(shí)，板材Ra都偏大，后續(xù)電泳處理時(shí)表面粗糙度超標(biāo)的可能性較大。

圖2 未噴砂處理的22MnB5能譜分析位點(diǎn)Figure 2 Sampling points for energy-dispersive spectroscopic analysis of unsandblasted 22MnB5

圖4 采用不同目數(shù)鋼砂噴砂后22MnB5的表面輪廓Figure 4 Surface profile of 22MnB5 after being sandblasted with different mesh numbers of steel grits

圖3 100目噴砂處理的22MnB5能譜分析位點(diǎn)Figure 3 Sampling points for energy-dispersive spectroscopic analysis of 22MnB5 sandblasted with 100-mesh steel grits

2.2 鋼砂粒徑對(duì)磷化效果的影響

從圖5a可知，未噴砂處理的22MnB5磷化后表面零散地分布著球狀顆粒，結(jié)合能譜分析結(jié)果(見(jiàn)表3)可知，這些顆粒含有P和Zn，屬于磷化膜成分，無(wú)顆粒處的元素組成與未噴砂處理的22MnB5相近，說(shuō)明22MnB5表面氧化膜的存在會(huì)阻礙磷化的進(jìn)行，導(dǎo)致板材磷化膜覆蓋不完整。

表3 未噴砂處理22MnB5的磷化膜能譜分析結(jié)果Table 3 Energy-dispersive spectroscopic analysis results of phosphating film on unsandblasted 22MnB5

從圖5b?5d可知，分別采用80、100和120目鋼砂噴砂后再磷化所得膜層形貌相近，都由均勻、致密的球形顆粒組成，顆粒直徑都在2 ～ 5 μm之間，測(cè)得膜重分別為2.57、2.64和2.41 g/m2。汽車廠要求磷化膜在1 ～ 3 g/m2之間[7]，因此3種試樣均滿足要求。

圖5 未噴砂和采用不同目數(shù)鋼砂噴砂的22MnB5表面磷化膜的微觀形貌Figure 5 Morphologies of phosphating films on 22MnB5 unsandblasted and sandblasted with different mesh numbers of steel grits, respectively

圖6 未噴砂的22MnB5表面磷化膜能譜分析位點(diǎn)Figure 6 Sampling points for energy-dispersive spectroscopic analysis of phosphating film on unsandblasted 22MnB5

2.3 鋼砂粒徑對(duì)22MnB5電泳板性能的影響

國(guó)內(nèi)汽車廠一般要求電泳板Ra在0.2 ～ 0.3 μm之間，RPc在5 ～ 15 cm?1之間[6]。從圖7可知，采用80目或120目鋼砂進(jìn)行噴砂時(shí)，所得的電泳板Ra都不合格。只有采用100目鋼砂進(jìn)行噴砂時(shí)電泳板的Ra和RPc才同時(shí)符合要求。因此選用100目鋼砂對(duì)22MnB5噴砂。

圖7 采用不同目數(shù)鋼砂噴砂時(shí)22MnB5表面電泳漆膜的表面輪廓Figure 7 Surface profiles of electrophoresis coating on 22MnB5 sandblasted with different mesh numbers of steel grits

如圖8所示，未噴砂和100目鋼砂噴砂預(yù)處理時(shí)所得電泳板劃線均發(fā)生顯著的擴(kuò)蝕，存在紅銹流淌痕跡。經(jīng)測(cè)量，未噴砂和100目噴砂電泳板劃線的平均擴(kuò)蝕寬度分別為12.1 mm和5.3 mm，前者明顯大于后者。電泳漆膜的擴(kuò)蝕是由于劃線處發(fā)生吸氧腐蝕而 pH升高，使得磷化膜溶解，腐蝕產(chǎn)物逐漸形成并在干燥階段脫水，造成漆膜分離和破裂，隨后O2、H2O、Cl?等沿著破裂處持續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)散，磷化膜繼續(xù)溶解，腐蝕逐漸內(nèi)擴(kuò)。而未噴砂22MnB5表面存在氧化膜，由此而引起的磷化膜覆蓋率不足是導(dǎo)致其電泳后耐蝕性差的主要原因[8]。

圖8 未噴砂和采用100目鋼砂噴砂的22MnB5表面電泳漆膜劃線加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果Figure 8 Accelerated corrosion results of electrophoresis coating with artificial scratches on 22MnB5 unsandblasted and sandblasted with 100-mesh steel grits, respectively

3 結(jié)論

(1) 22MnB5熱處理后在其表面形成的氧化膜不除盡會(huì)導(dǎo)致后續(xù)磷化膜覆蓋率不足，引起電泳漆膜耐蝕性下降。因此22MnB5在熱處理后要進(jìn)行噴砂。

(2) 采用80、100和120目鋼砂對(duì)22MnB5進(jìn)行噴砂均能有效去除其表面氧化膜，磷化膜質(zhì)量符合汽車廠要求，但電泳之后，80目和120目噴砂處理后的電泳板粗糙度超標(biāo)，因此宜用100目鋼砂對(duì)22MnB5噴砂。

(3) 噴砂處理后，電泳板的耐蝕性明顯提升，劃線擴(kuò)蝕寬度從12.1 mm降低為5.3 mm。