汽車金屬的腐蝕及防腐方法

錢(qián)亞飛

（池州市職業(yè)教育中心 汽車機(jī)電部，安徽池州247000）

隨著汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，用戶對(duì)車身用材及涂裝要求越來(lái)越高，汽車用品的防腐蝕質(zhì)量也越來(lái)越受到重視。汽車零部件制造所用的材料以金屬為主，在各種使用環(huán)境條件下，金屬零部件的腐蝕是難以避免、普遍存在的問(wèn)題。汽車金屬零部件在腐蝕性氣體或液體環(huán)境中，其表面發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，形成腐蝕層，摩擦就會(huì)使其剝落而導(dǎo)致零件損壞，不僅破壞了汽車的外觀，還直接影響到汽車質(zhì)量和使用壽命。因此，了解汽車金屬的腐蝕及如何防腐是很必要的。

1 汽車金屬腐蝕破壞的類型

根根腐蝕現(xiàn)象的不同，腐蝕有許多形式。汽車常見(jiàn)的腐蝕破壞一般是以下幾種類型。

1.1全面腐蝕

全面腐蝕是最常見(jiàn)的一種腐蝕形式。它的特點(diǎn)是暴露的表面普遍受到或大或小一樣的腐蝕，而且侵蝕的深度上也只有很小差別。

全面腐蝕現(xiàn)象和速度可以用試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。通過(guò)試驗(yàn)可以得到在各種不同環(huán)境下普通汽車材料的腐蝕速度數(shù)據(jù)，通過(guò)分析，通常情況下全面腐蝕不會(huì)造成沒(méi)有預(yù)見(jiàn)的、突然的事故。汽車車身全面腐蝕破壞主要受溫度、濕度、酸性氣體以及電解質(zhì)等方面的影響。

1.2電化學(xué)腐蝕

當(dāng)兩個(gè)或幾個(gè)不同的金屬偶合并放在電解質(zhì)中，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕破壞，這是典型的電化學(xué)腐蝕[1]。比較活潑的金屬被腐蝕而破壞。汽車由于常年裸露在大氣中，在汽車各部件的表面經(jīng)常會(huì)有雨水或水汽存在，這就會(huì)和大氣中的碳化物、硫化物形成微電池狀態(tài)而自行放電；在每一對(duì)金屬中，接近活潑端的金屬是陽(yáng)極，陽(yáng)極被腐蝕；而比較惰性的金屬則得以保護(hù)。這也是汽車上所有的用電設(shè)備都采用負(fù)極搭鐵，就是利用了這一原理，采用犧牲陽(yáng)極法來(lái)保護(hù)設(shè)備[1-3]。

1.3點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是在金屬表面上形成無(wú)數(shù)的小孔，它是局部腐蝕的一種形式。點(diǎn)蝕是一種特別危險(xiǎn)的腐蝕類型，它不但能使工件發(fā)生穿孔而失效，如果在高應(yīng)力下，這點(diǎn)腐蝕孔就有可能成為疲勞源，使局部損傷擴(kuò)展而產(chǎn)生疲勞斷裂，這在高速行駛的汽車上是相當(dāng)危險(xiǎn)的，如汽車變速箱齒輪經(jīng)常由于點(diǎn)蝕而造。

1.4局部溶蝕

局部溶蝕[1-3]是合金中有一元素優(yōu)先從固溶體中溶解出來(lái)或者是一相優(yōu)先腐蝕的一種腐蝕形式。例如汽車上的一些儀表由于黃銅的脫鋅，材料變成以銅為基礎(chǔ)的海綿狀結(jié)構(gòu)。從而使零件的強(qiáng)度銳減而損壞。

1.5應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕[1-3]是零件在機(jī)械應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用下形成的腐蝕。在各種形式的局部腐蝕中，應(yīng)力腐蝕是最嚴(yán)重的。應(yīng)力腐蝕的必需條件是：首先是對(duì)一種具有應(yīng)力腐蝕敏感的合金，例高強(qiáng)度鋼、黃銅等。其次在特殊的環(huán)境中，例如黃銅、鋅離子能引起應(yīng)力腐蝕。而且必須有拉應(yīng)力存在，它可以是殘留的或是外加的應(yīng)力。例如熱處理時(shí)不均勻的冷卻，產(chǎn)生殘余應(yīng)力可以產(chǎn)生汽車底盤(pán)大梁的斷裂破壞。

1.6晶間腐蝕

晶間腐蝕[5]是在材料的晶粒界面上優(yōu)先發(fā)生的腐蝕。由于大多數(shù)金屬材料是多晶體的，這就可能造成偏析或晶間沉淀等。晶間腐蝕的主要原因就是引起腐蝕處化學(xué)成分不一致、不均勻造成的。例如汽車自動(dòng)變速箱齒輪由于奧氏體不銹鋼的晶界處缺鉻，則特別容易引起晶間腐蝕。

2 汽車金屬的防腐方法

2.1常用的防腐方法

（1）在冶煉金屬的過(guò)程中，為提高金屬本身的耐腐蝕性會(huì)加入一些合金元素，如鉻、鎳、錳等，以增強(qiáng)其耐蝕能力。不銹鋼就是很有代表性的一例。鉻不銹鋼中會(huì)加入不少于12.5%的鉻，在鋼表面會(huì)形成一層鈍化膜。鎳鉻不銹鋼中會(huì)同時(shí)加入鎳和鉻，冶煉后會(huì)使鋼在常溫下呈奧氏體組織，從而提高了抵抗電化學(xué)腐蝕的能力。也可利用滲鋁、滲鉻、滲氮等表面熱處理方法，在金屬表面產(chǎn)生一層耐蝕性強(qiáng)的表面層。

（2）覆蓋法防腐就是把金屬同腐蝕介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，來(lái)達(dá)到防腐目的。主要有：一是用搪瓷、油漆、合成樹(shù)脂等非金屬材料覆蓋在金屬表面上；二是用噴鍍、電鍍等方法鍍上一層或多層金屬；三是用磷化、發(fā)藍(lán)等氧化方法處理，使金屬表面自身形成一層堅(jiān)固的氧化膜，以防止腐蝕。

（3）電化學(xué)防腐經(jīng)常采用的是犧牲陽(yáng)極法，即用電極電位較低的金屬與被保護(hù)的金屬接觸，使被保護(hù)的金屬成為陰極而不被腐蝕[1-3]。

（4）通過(guò)改善腐蝕環(huán)境來(lái)營(yíng)造一個(gè)防腐的小氣候。如干燥氣體封存法：就是在包裝空間內(nèi)充入干燥氣體（如氮?dú)猓┗蚍湃敫稍飫缓竺芊獍b，從而使金屬不易生銹。目前，已有許多國(guó)家采用此法包裝整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車總成或整架汽車等，效果良好。

（5）在汽車日常使用過(guò)程中盡量保持汽車的干燥狀態(tài)，避免在汽車車身形成局部的電化學(xué)環(huán)境，以防止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

2.2工廠中常用防腐工藝

（1）鋼制件的發(fā)藍(lán)處理。

將鋼制件放在空氣——水蒸氣或化學(xué)藥物溶液中加熱到一定溫度，在其表面就會(huì)形成一層黑色或藍(lán)色的氧化膜，從而改善鋼制件的耐蝕性，這種工藝就稱為發(fā)藍(lán)處理。如把鋼制件放入氧化劑（NaNO2、NaNO3）和燒堿的溶液中，在140-150℃溫度下，保持60-120分鐘，在鋼制件表面就會(huì)生成一層以Fe3O4為主的多孔氧化膜，這層膜與金屬表面結(jié)合牢固，再經(jīng)浸油處理填充氧化膜中孔隙后，就能有效地抵抗腐蝕氣體的腐蝕。發(fā)藍(lán)處理廣泛應(yīng)用于汽車機(jī)械零件、汽車儀表零件等的防腐。

（2）鍍鋅。

鋅是一種灰白色的金屬，在干燥空氣中很穩(wěn)定，在潮濕空氣中易與二氧化碳和氧作用，生成碳酸鋅和氧化鋅薄膜，這層薄膜能防止鋅繼續(xù)損壞[4]。鋅的電極電位比鐵低，對(duì)鋼鐵零件能起保護(hù)作用。目前，鍍鋅廣泛用于在大氣中工作的汽車鋼件及與鋁合金接觸的鋼件。

（3）鋁合金件的陽(yáng)極氧化法。

將鋁制品放在硫酸電解液槽的陽(yáng)極上，通以電流，使零件表面生成一層氧化膜，這種方法稱為陽(yáng)極氧化法[4]。圖1為陽(yáng)極氧化示意圖。

陽(yáng)極氧化法形成的氧化膜與基體金屬結(jié)合牢固，不僅提高了鋁制品的耐蝕性，還增加了表面的耐磨性。由于氧化膜的多孔性，具有較強(qiáng)的吸附油漆的能力，是良好的油漆底層。氧化膜的孔隙還可以吸附各種染料，經(jīng)著色填充處理，使表面獲得各種美麗的色彩。

陽(yáng)極氧化法廣泛用于汽車上的各種鋁制件的防腐。

圖1 陽(yáng)極氧化示意圖

（4）鈍化防腐處理。

車身部分具有金屬表面，并且其中這些金屬表面以金屬表面積計(jì)不少于90%是由鋅、鎂和鋁或這些金屬相互之間的合金或與其它合金元素的合金組成，在該方法中，對(duì)所述的車身進(jìn)行清洗、鈍化和上漆，其特征在于，將車身引入與一種水溶液接觸以便鈍化，對(duì)于汽車儀表中的銅制件，如螺釘，墊片、齒輪等，常采用銅合金的鈍化處理，它是將銅制件浸入氧化劑（鉻鹽及硫酸混合液）溶液中處理2-3分鐘，制件表面即生成化學(xué)穩(wěn)定性較高的鈍化膜，從而提高其防腐能力。

鈍化防腐處理經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)單、不影響零件尺寸，所以在汽車制造過(guò)程被廣泛采用。

3 汽車金屬防腐蝕的發(fā)展趨勢(shì)及展望

隨著汽車新工藝、新材料等的研究與開(kāi)發(fā)，汽車金屬的防腐蝕呈現(xiàn)了日新月異的發(fā)展。將會(huì)向以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）高性能和多功能化的防腐涂料將會(huì)在汽車領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。高性能和多功能化的防腐涂料不僅可以提高汽車的外觀質(zhì)量，更重要的是提高汽車的內(nèi)在質(zhì)量，抗腐蝕，延長(zhǎng)了汽車的使用壽命。采用的防腐涂料將會(huì)從傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)向環(huán)保型，單一品種多功能化，即單一品種同時(shí)會(huì)具有高溫防腐、高彈性、抗靜電、無(wú)毒等多項(xiàng)功能。如太陽(yáng)能屏蔽防腐蝕涂料、阻尼防腐蝕涂料、可剝性防腐蝕涂料、耐氣候防腐蝕聚氨酯涂料、阻燃導(dǎo)靜電耐溫防腐蝕涂料等。

對(duì)使用壽命要求達(dá)到10年甚至15年以上的，而且適用于非常苛刻腐蝕條件的防腐涂料的需求將會(huì)急劇增加，高性能和多功能防腐蝕涂料將在汽車上得到廣泛使用。

（2）汽車制造中將會(huì)大量采用抗腐蝕性能強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料[6]不僅具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的熱膨脹系數(shù)、良好的高溫性能、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和良好的尺寸穩(wěn)定性，而且具有一般金屬材料所不能比擬的高抗腐蝕性能。這類材料將會(huì)逐漸被廣泛地應(yīng)用到汽車工業(yè)當(dāng)中去。

（3）隨著新材料的研究與開(kāi)發(fā)，在汽車生產(chǎn)中將會(huì)逐漸利用一些新材料來(lái)替代部分金屬材料。像高強(qiáng)度與高彈性模量的復(fù)合材料具有和金屬材料相近的機(jī)械性能，同時(shí)在一定條件下有金屬材料所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，如耐腐蝕、易于涂裝等。所以，像汽車車身防腐蝕的主要發(fā)展方向就是利用復(fù)合材料來(lái)替代部分金屬材料。如玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料、陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等[6-7]。目前在汽車上已經(jīng)普遍應(yīng)用的主要是玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料(SMC)，像陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等在汽車上的使用仍處于試驗(yàn)階段，如用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)制作的車身、傳動(dòng)軸、懸掛片簧、車門(mén)等，在不久的將來(lái)將可大量應(yīng)用。展望未來(lái)，以后也許我們的汽車不需用金屬材料來(lái)制造，困擾人們多年的由于汽車的金屬腐蝕而對(duì)大家所造成的破壞及損失將會(huì)不復(fù)存在。

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[2]程玉光.涂裝材料[M].北京:高等教育出版社,2006:2-10，15-30.

[3]陳文均.汽車材料[M].北京:高等教育出版社,2007:22-31.

[4]傅繼盈，蔣秀珍.機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:136-139.

[5]姚智慧，張廣玉，侯珍秀，等.現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:208.

[6]趙玉濤.金屬基復(fù)合材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010: 15-19，35-39.

[7]尹洪峰，魏劍.復(fù)合材料[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2010:2-3.