冀 鵬，于春滿，黃 偉，李雙一

(吉利控股集團皮卡項目(籌)研發(fā)中心，浙江 杭州 310000)

0 前 言

眾所周知，為提高整車的耐蝕性，車身用金屬板材通常會使用帶涂層的材料，常應用于汽車工業(yè)的金屬板材主要有熱鍍純鋅板(GI)、熱鍍鋅鐵合金板(GA)、熱鍍鋁鋅板(GL)以及熱鍍鋅鋁鎂板(ZnAlMg)，其中自主品牌和歐美系汽車主要使用GI，日韓系汽車主要使用GA。相較于GI和GA，林原等研究表明熱鍍鋅鋁鎂板由于鍍層中有共晶相的存在且Mg均勻分布，能夠抑制腐蝕的發(fā)生，提高了鋅鋁鎂鍍層的耐腐蝕性[1]。杜昕等進一步研究認為鋅鋁鎂鍍層具有優(yōu)異的耐切邊腐蝕性和耐膜下腐蝕性能，另外鋅鋁鎂鍍層還具有自愈性等特點[2]。近年來，隨著國內鋅鋁鎂鍍層技術的不斷成熟，熱鍍鋅鋁鎂板在汽車上的應用越來越多。但GI、GA和鋅鋁鎂板之間的相對耐蝕性以及使用多少鍍層質量的鋅鋁鎂能夠達到相同的防腐效果無明確的驗證結果。為此，本工作通過對比3種不同鍍層以及同種鍍層不同鍍層質量經中性鹽霧試驗后的質量損失、腐蝕速率，分析了不同涂層的相對耐蝕性，以為后續(xù)切換鋅鋁鎂鍍層板提供數(shù)據(jù)參考。

1 試 驗

1.1 試驗材料

試驗原材料由某鋼廠提供，牌號分別為DC51D+Z、DC51D+ZF、DC51D+ZM，雙面熱鍍，基板厚度均為1.2 mm，試樣尺寸為150 mm×70 mm，樣板表面光滑平整、無劃痕及其他缺陷。基板化學成分、理論鍍層質量、實際鍍層質量如表1所示，實際鍍層質量按照GB/T 1839-2008測得。

表1 基板化學成分(質量分數(shù)/%)及鍍層質量

1.2 磷化

每個試驗組號3塊樣板，所有樣板采用隨車掛板的方式磷化，磷化工序為水洗—脫脂—表調—磷化—鈍化，隨后取出晾干。

1.3 微觀形貌分析

采用SIGMA 300型掃描電鏡觀察不同種鍍層截面和磷化后表面的微觀形貌及特征。

1.4 中性鹽霧試驗

試驗前，用電子天平稱重并記錄樣板原始質量。由于鋅鋁鎂涂層具有自愈性，可以有效保護鋼板邊緣、切邊、焊接部位以及鍍層破損部位，使鍍層具有高切邊耐蝕性[3]，因此為避免邊緣切口及剪切毛刺對試驗結果產生影響，試樣距邊緣位置5 mm處用專用膠帶包邊，如圖1所示。采用XD-27-90型鹽霧試驗箱進行中性鹽霧試驗，氯化鈉溶液濃度為(50±5)g/L，pH值在6.5～7.2之間，按照GB/T 10125-2012對磷化后的試樣進行480 h試驗，試驗過程中每隔24 h開箱觀察表面銹蝕情況，試驗后去除表面腐蝕產物后再次稱重。

圖1 樣板包邊示意圖

2 結果及討論

2.1 鍍層截面微觀結構

純鋅板、鋅鐵合金板、鋅鋁鎂板(試驗組號分別為1、2、3)鍍層的截面微觀形貌如圖2所示。由圖2a可以看出，純鋅鍍層主要包含兩相，分別為外層的純鋅層和內層的鐵鋁合金相層(FeAl3或Fe2Al5)，鐵鋁合金相層位于純Zn層和鋼基體之間[4]。該合金層的主要作用為抑制鋅與鋼基體反應，提高鋅層附著力，鐵鋁合金相層是目前生產純鋅板所用的鋅液中添加0.2%(質量分數(shù))的Al元素所致[5]。由圖2b可知，鋅鐵合金鍍層由外向內依次為相對疏松的柱狀晶δ相、中間層相對致密的δ1k層、與基體交界處的Г相層，其中δ相層為鍍層的主要部分，厚度約5～7 μm[6]。這是由于鋅鐵合金鍍層鋼板在熱浸鍍鋅后經熱處理期間鋼基體的鐵與鋅相互擴散，繼而形成鋅鐵合金相層。由圖2c可以看出，鋅鋁鎂鍍層主要由3相組成，分別為初生的富Zn相、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/MgZn2/Mg三元共晶組織。其中Zn/MgZn2二元共晶組織呈片狀，Zn/MgZn2/Mg三元共晶組織具有納米特性，呈細密點狀[7.8]。

圖2 不同種類鍍層截面微觀形貌

2.2 磷化后表面微觀結構

純鋅板、鋅鐵合金板、鋅鋁鎂板(試驗組號分別為1、2、3)隨車掛板磷化后的表面微觀形貌如圖3所示。由圖3a、3c可知，純鋅板和鋅鋁鎂板磷化膜表面呈葉片狀，葉片厚度均勻，結晶尺寸約為5 μm[9]。鋅鐵合金板磷化膜表面呈細小的針狀，如圖3b所示，結晶尺寸約3～5 μm，磷化膜相比前2者更加致密，可能是由于表面Fe和Zn含量不同導致[10]。

圖3 不同種類鍍層磷化膜表面微觀形貌

2.3 中性鹽霧試驗結果

由表2紅銹出現(xiàn)時間看：磷化后的GI和GA(試驗組號1、2)在120 h(第5 d)時出現(xiàn)了5%的紅銹，同等鍍層質量的鋅鋁鎂板(試驗組號3)試驗結束時未出現(xiàn)5%的紅銹，僅有個別小的紅黃色銹點。鍍層質量為40 g/m2和35 g/m2鋅鋁鎂板(試驗組號4和5)分別在456 h(第19 d)和336 h(第14 d)出現(xiàn)了5%的紅銹，由此可知鋅鋁鎂鍍層具有較優(yōu)的耐蝕性。

由表2平均腐蝕速率看：相同鍍層質量下，鋅鋁鎂板(試驗組號3)的腐蝕速率遠遠小于純鋅板和鋅鐵合金板(試驗組號1、2)，相對耐蝕性約是2者的6.5倍，純鋅板和鋅鐵合金板的平均腐蝕速率基本相同；不同鍍層質量下，鍍層質量越大腐蝕速率越小，由試驗組號1、2、5可知，鍍層質量為35 g/m2的鋅鋁鎂板可達到與50 g/m2GI和GA相同的耐蝕性。

表2 不同鍍層試樣試驗結果

綜合來看，鋅鋁鎂鍍層具有極高的耐蝕性，和其鍍層成分及組織有著密切的關系，相關文獻研究表明，鋅鋁鎂鍍層不同相之間的電化學性質不同，在由NaCl溶液體系構成的腐蝕原電池中會引起選擇性腐蝕，腐蝕順序依次為Zn/MgZn2二元共晶相、Zn/MgZn2/Mg三元共晶相、富Zn相。隨著腐蝕的進行，與純鋅和鋅鐵合金層相比，鋅鋁鎂鍍層會生成不溶性的氧化物或者鹽類沉積在鍍層表面，可以有效阻止鍍層的進一步腐蝕[1，11]。因此，后續(xù)由GI或GA切換鋅鋁鎂板時，可適當減小鍍層質量。

3 結 論

(1)相同鍍層質量下，磷化后鋅鋁鎂板的耐蝕性遠高于純鋅板和鋅鐵合金板，相對耐蝕性約是后2者的6.5倍，純鋅板和鋅鐵合金板耐蝕性基本相當。

(2)與50 g/m2純鋅板和鋅鐵合金板相比，采用35 g/m2鍍層質量的鋅鋁鎂板即可達到較高的耐蝕性。