何彥霏　黃祖朋　謝佶宏　陽勇　邵杰

摘 要：本文通過純電動車的動力蓄電池系統(tǒng)總成的布置，引出了動力蓄電池系統(tǒng)總成的箱體防腐蝕要求，通過對現(xiàn)有動力蓄電池鐵基鈑金箱體項(xiàng)目的沖壓、焊接工藝對應(yīng)可能對防腐蝕的表面處理工藝的影響分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了動力蓄電池鐵基鈑金箱體的最佳表面處理工藝，保證動力蓄電池的全生命周期內(nèi)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：動力電池 箱體 表面處理 腐蝕 工藝

Surface Treatment Process Plan of the Sheet Metal Box of Power Battery

He Yanfei Huang Zupeng Xie Jihong Yang Yong Shao Jie

Abstract：Through the layout of the power battery system assembly of a pure electric vehicle， this article derives the anti-corrosion requirements of the power battery system assembly. Through the stamping and welding process of the existing power battery iron-based sheet metal box project， the article made the impact analysis and test verification of the anti-corrosion surface treatment process， and determined the best surface treatment process for the iron-based sheet metal box of the power battery to ensure the safety and reliability of the power battery during the whole life cycle.

Key words：power battery， cabinet， surface treatment， corrosion， process

1 前言

在動力蓄電池系統(tǒng)總成的生命周期內(nèi)，如果它的箱體強(qiáng)度不足，可能發(fā)生動力蓄電池系統(tǒng)總成掉落，導(dǎo)致動力中斷甚至可能發(fā)生著火、爆炸的安全事故;再者，如果動力蓄電池系統(tǒng)總成的密封不足，電池進(jìn)水可能會導(dǎo)致短路進(jìn)而可能出現(xiàn)著火、爆炸。因此，箱體的強(qiáng)度要求和密封性要求十分必要[1]。影響這兩項(xiàng)性能的重要因素的有選材，強(qiáng)度設(shè)計(jì)，密封設(shè)計(jì)和對應(yīng)的防腐蝕設(shè)計(jì)[1]。本文針對在選材、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)已確定方案的前提下，如何選擇合適的防腐蝕工藝方案以提升動力蓄電池的這兩項(xiàng)性能。

2 動力蓄電池系統(tǒng)鈑金箱體表面處理工藝方案

汽車底盤零部件除了車身附件隨車身一起進(jìn)行陰極電泳外，大部分零部件采用黑色陰極電泳、陽極電泳或自泳工藝。不同的工藝方案及不同材料都使得其防腐蝕性能差異較大，在設(shè)計(jì)時可以依據(jù)不同的使用環(huán)境以及零件的要求，確定所選的零件的表面處理工藝方案。不同的零件由于其特性不同，對表面處理后的防腐蝕性能的要求不一樣。如果選擇不合適的表面處理工藝，導(dǎo)致的表面處理效果會出現(xiàn)非預(yù)期的結(jié)果，使得其防腐蝕效果未能達(dá)到預(yù)期的要求。

以某動力蓄電池箱體的方案作為案例：板材選擇酸洗高強(qiáng)鋼的箱體板材，最初工藝選擇了帶有酸洗工序的前處理工藝+陰極電泳工藝作為動力蓄電池的箱體的表面處理工藝。選擇該帶有酸洗預(yù)處理的前處理工藝主要是為了去除由于存儲不當(dāng)產(chǎn)生的銹，更主要的是去除焊接過程中由于二氧化碳保護(hù)焊伴生的氧化膜。

在脫脂前采用酸洗預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)通過酸洗預(yù)處理后板材大面積返黃銹，磷化無法去除這些疏松的氧化膜，導(dǎo)致無法在表面形成一個可以增強(qiáng)防腐蝕能力的致密的磷化膜，這使得本應(yīng)具備1000小時鹽霧腐蝕不生銹的電泳漆膜只能保證240小時無銹（如圖1），達(dá)不到預(yù)期的防腐蝕性能。

3 問題分析

本案例的表面處理質(zhì)量差，是導(dǎo)致箱體防腐蝕能力低的主要原因。針對該工藝方案，進(jìn)行了分析：

3.1 材料選擇

選用了酸洗高強(qiáng)鋼的箱體板材以及國產(chǎn)某款陰極電泳漆材料，匹配良好的前處理工藝，該涂層性能可耐1000hr鹽霧無銹蝕。實(shí)際涂層的問題是只能保證240小時鹽霧無銹。說明涂料的選擇沒有問題。

3.2 表面處理工藝設(shè)計(jì)

原有的表面處理工藝采用了“酸洗—脫脂—水洗—表調(diào)—磷化—工業(yè)水洗—電泳—（超濾清洗）—純水洗”的前處理電泳工藝，雖然經(jīng)過酸洗預(yù)處理后，二氧化碳保護(hù)焊焊縫的氧化膜被破壞，使得焊縫處電泳后沒有泛黃的氧化膜點(diǎn)，但是經(jīng)過脫脂前的酸洗后冷軋板表面有一層黃銹（如圖2左），經(jīng)過磷化后，仍然可見銹痕，不能形成完整的磷化膜，在電泳出來后可見有明顯的電泳斑痕（如圖2右）。

3.3 工藝設(shè)備選擇

如果生產(chǎn)線的工藝設(shè)備設(shè)計(jì)不能足以保證前處理、電泳質(zhì)量攪拌狀態(tài)在較佳的狀態(tài)，會導(dǎo)致產(chǎn)出電泳漆膜顆粒（如圖3），顯微鏡下顯示有顆粒的點(diǎn)其漆膜缺損。如果顆粒具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，就會導(dǎo)致該點(diǎn)容易產(chǎn)生腐蝕。

4 方案的改進(jìn)及驗(yàn)證

如果采用無酸洗的表面處理方案，除了改善表面處理前的冷軋板的存儲環(huán)境之外，還需要確認(rèn)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊縫上黃色物質(zhì)的具體成分，確認(rèn)其是否對整體的防腐蝕方案的影響很大。

保護(hù)氣體中有二氧化碳，高溫分解為一氧化碳和氧原子，這樣會使焊縫合金元素?zé)龘p。為了避免元素?zé)龘p，需要有效的脫氧。焊絲主要成份是硅錳酸鹽物質(zhì)H08Mn2SiA，表面鍍銅，實(shí)心焊絲中含有一定量的Si、Mn等脫氧元素。在CO2氣體保護(hù)焊接時，焊絲中的Mn、Si與O2發(fā)生反應(yīng)的結(jié)晶物高溫熔化浮在焊縫表面，形成以二氧化硅為主養(yǎng)成份的氧化物（如圖4），帶有黃點(diǎn)的現(xiàn)象。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果不額外增加更強(qiáng)的酸洗，無論如何調(diào)整脫脂、磷化參數(shù)，焊縫處結(jié)晶物都不會被脫脂的堿以及磷化的酸所溶解。電泳生產(chǎn)工藝上不可去除焊縫處結(jié)晶物，而且由于這黃色晶體具有很高的阻抗，電泳不上，導(dǎo)致產(chǎn)生焊縫處黃點(diǎn)現(xiàn)象（如圖5）。如果氧化膜的阻抗很高，意味著其應(yīng)該也具備有良好的耐腐蝕性。

通過分析焊縫處黃點(diǎn)現(xiàn)象，確定對原前處理工藝方案進(jìn)行改進(jìn)為“脫脂（高溫+電解+超聲波）—水洗1—水洗2—表調(diào)—磷化—噴淋水洗—浸漬水洗—純水洗1—純水洗2—電泳—（超濾清洗）—純水洗1—純水洗2”的表面前處理工藝，并對工藝設(shè)備系統(tǒng)做了調(diào)整，增強(qiáng)攪拌過濾系統(tǒng)。通過工藝、設(shè)備的調(diào)整后，磷化膜和電泳漆膜得到了較大的質(zhì)量改進(jìn)。

1）改進(jìn)后的電泳漆膜如圖6左;

2）掛板按照GB/T10125進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)720小時，單邊擴(kuò)蝕控制在2mm以內(nèi)（如圖6右）;

2）采用新工藝后，二氧化碳保護(hù)焊焊縫也出現(xiàn)了黃點(diǎn)。但按照鹽霧試驗(yàn)結(jié)果可知，焊縫處表面的結(jié)晶物具備一定的耐腐蝕性，腐蝕黃色結(jié)晶物的腐蝕輕微，沒有擴(kuò)寬跡象，焊縫處的黃點(diǎn)耐蝕性影響不大，如圖7。

5 結(jié)論

工藝改進(jìn)后，防腐蝕性能具有很大的改進(jìn)，這說明表面處理工藝的方案選擇對表面處理后的鈑金涂層的防腐蝕性具有很大的影響。最終選定改進(jìn)后的方案并作為新的動力蓄電池鈑金箱體表面處理工藝方案。

基金項(xiàng)目：廣西科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（桂科AC16380043）;柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2016B030101）

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB/T 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分 安全性要求與測試方法.

[4]宋東方、何莉、萬濤 汽車涂裝技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社出版.