動力蓄電池鈑金箱體表面處理工藝方案

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總成的布置，引出了動力蓄電池系統總成的箱體防腐蝕要求，通過對現有動力蓄電池鐵基鈑金箱體項目的沖壓、焊接工藝對應可能對防腐蝕的表面處理工藝的影響分析和試驗驗證，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的安全可靠性。

關鍵詞：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

在動力蓄電池系統總成的生命周期內，如果它的箱體強度不足，可能發生動力蓄電池系統總成掉落，導致動力中斷甚至可能發生著火、爆炸的安全事故;再者，如果動力蓄電池系統總成的密封不足，電池進水可能會導致短路進而可能出現著火、爆炸。因此，箱體的強度要求和密封性要求十分必要[1]。影響這兩項性能的重要因素的有選材，強度設計，密封設計和對應的防腐蝕設計[1]。本文針對在選材、強度設計、密封設計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性能。

2 動力蓄電池系統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，在設計時可以依據不同的使用環境以及零件的要求，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，導致的表面處理效果會出現非預期的結果，使得其防腐蝕效果未能達到預期的要求。

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。選擇該帶有酸洗預處理的前處理工藝主要是為了去除由于存儲不當產生的銹，更主要的是去除焊接過程中由于二氧化碳保護焊伴生的氧化膜。

在脫脂前采用酸洗預處理，發現通過酸洗預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，導致無法在表面形成一個可以增強防腐蝕能力的致密的磷化膜，這使得本應具備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），達不到預期的防腐蝕性能。

3 問題分析

本案例的表面處理質量差，是導致箱體防腐蝕能力低的主要原因。針對該工藝方案，進行了分析：

3.1 材料選擇

選用了酸洗高強鋼的箱體板材以及國產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 表面處理工藝設計

原有的表面處理工藝采用了“酸洗—脫脂—水洗—表調—磷化—工業水洗—電泳—（超濾清洗）—純水洗”的前處理電泳工藝，雖然經過酸洗預處理后，二氧化碳保護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，但是經過脫脂前的酸洗后冷軋板表面有一層黃銹（如圖2左），經過磷化后，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 工藝設備選擇

如果生產線的工藝設備設計不能足以保證前處理、電泳質量攪拌狀態在較佳的狀態，會導致產出電泳漆膜顆粒（如圖3），顯微鏡下顯示有顆粒的點其漆膜缺損。如果顆粒具有較強的導電性，就會導致該點容易產生腐蝕。

4 方案的改進及驗證

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境之外，還需要確認二氧化碳氣體保護焊焊縫上黃色物質的具體成分，確認其是否對整體的防腐蝕方案的影響很大。

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

通過分析焊縫處黃點現象，確定對原前處理工藝方案進行改進為“脫脂（高溫+電解+超聲波）—水洗1—水洗2—表調—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，并對工藝設備系統做了調整，增強攪拌過濾系統。通過工藝、設備的調整后，磷化膜和電泳漆膜得到了較大的質量改進。

1）改進后的電泳漆膜如圖6左;

2）掛板按照GB/T10125進行鹽霧試驗720小時，單邊擴蝕控制在2mm以內（如圖6右）;

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

5 結論

工藝改進后，防腐蝕性能具有很大的改進，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。

基金項目：廣西科技計劃資助項目（桂科AC16380043）;柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2016B030101）

參考文獻：

[1]GB/T 4208-2008外殼防護等級（IP代碼）.

[2]王芳、夏軍等 電動汽車動力蓄電池系統安全分析與設計 科學出版社 2016年9月-6日.

[3]GB/T 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統 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 化學工業出版社出版.