簡述汽車用鋁合金防護(hù)方式

陳文博，屈闖，丁介然，孫博鋒，朱曉康，馮棋

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，國家強(qiáng)制要求汽車制造商降低汽車排放。據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，汽車每輕量化10%，尾氣排放降低5-6%[1]。由此可見，汽車輕量化可以降低排放量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。汽車輕量化一般通過材料輕量化、削減加工余量、削減規(guī)格等途徑來實(shí)現(xiàn)，材料輕量化中鋁合金以其質(zhì)量輕、利用率高、比強(qiáng)度高、工藝較成熟等優(yōu)點(diǎn)在汽車輕量化中使用占比較大。鋁合金大量應(yīng)用的同時，腐蝕問題也逐漸顯露，鋁合金的防護(hù)便成為汽車輕量化必不可少的環(huán)節(jié)。

1 鋁合金防護(hù)的必要性及難點(diǎn)

1.1 鋁合金防護(hù)的必要性

近幾年，鋁合金的使用量持續(xù)增加，應(yīng)用于各行各業(yè)。一般來說，鋁合金產(chǎn)品在干燥環(huán)境中，表面會自然形成氧化膜，當(dāng)pH值在6.5-7.2之間時，其耐腐蝕性能完全滿足，不用進(jìn)行耐腐蝕防護(hù)。當(dāng)鋁合金產(chǎn)品的氧化膜浸泡于潮濕大氣、水、有機(jī)酸、無機(jī)鹽、無機(jī)酸中時，鋁合金產(chǎn)品都會產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕。

1.2 鋁合金防護(hù)難點(diǎn)

鋁合金表面進(jìn)行油漆涂裝，經(jīng)常會出現(xiàn)掉漆的問題，主要因?yàn)殇X合金基材表面光滑，附著力較差，油漆直接噴涂很難和鋁合金表面產(chǎn)生較好的附著效果，即使勉強(qiáng)進(jìn)行噴涂，涂層也會很快脫落。當(dāng)產(chǎn)品存在狹小空間或復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，經(jīng)常會出現(xiàn)噴不到，漏噴等現(xiàn)象，無法起到良好的保護(hù)作用。所以鋁合金產(chǎn)品必須根據(jù)不同的狀態(tài)及使用環(huán)境，選擇相應(yīng)的防腐蝕方式進(jìn)行防護(hù)。

2 鋁合金防護(hù)方式

2.1 靜電噴涂

靜電噴涂是依靠靜電感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)涂裝的目的。靜電噴涂以其良好的表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率較高、環(huán)保、便于自動化生產(chǎn)、能滿足各種色彩需求而發(fā)展較快。靜電噴涂包括靜電液相噴涂和靜電粉末噴涂兩大類。

2.1.1 靜電液相噴涂

靜電液相噴涂方式包含丙烯酸噴涂處理、聚酯漆噴涂處理、氟碳漆噴涂處理。工藝流程如下：

圖1 靜電液相噴涂工藝流程圖

（1）預(yù)處理：通過脫脂、鉻化或磷-鉻化去除鋁合金產(chǎn)品表面的油脂與氧化膜并形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，使基材與涂料的附著性得以提高，并可達(dá)到保護(hù)基材的效果。

（2）干燥處理：溫度過高會導(dǎo)致化學(xué)轉(zhuǎn)化膜破壞，所以經(jīng)鉻化或磷-鉻化處理后的產(chǎn)品溫度具有一定限制，不宜過高。

（3）噴涂處理：氟碳漆噴涂一般對產(chǎn)品表面進(jìn)行多涂處理，從而達(dá)到裝飾及保護(hù)效果，而丙烯酸及聚酯漆通過刷涂形成漆膜。

靜電液相噴涂操作中易產(chǎn)生漆層厚度不夠及流掛等現(xiàn)象，需對工藝參數(shù)及操作過程嚴(yán)格把控。

2.1.2 靜電粉末噴涂

靜電粉末噴涂是在靜電的作用下，使粉末涂料均勻的吸附在產(chǎn)品表面，經(jīng)過高溫烘烤及固化得到最終涂層。粉末噴涂的噴涂效果在眾多方面優(yōu)于噴漆工藝，且成本相對較低[2]。靜電粉末噴涂與靜電液相噴涂工藝相似，僅在噴涂處理方面略存在差異，粉末涂料通過帶有負(fù)高壓的噴槍與接地產(chǎn)品之間形成高壓靜電場，使其吸附在鋁合金產(chǎn)品表面，形成具有保護(hù)及裝飾性的有機(jī)漆膜。

2.2 陽極氧化

陽極氧化屬于電化學(xué)保護(hù)的一種[3]，是以鋁及鋁合金為陽極，通過電解作用，使基材表面形成氧化膜的過程。當(dāng)體系電極電位在鈍化區(qū)內(nèi)，電極溶解速率降至很低，從而達(dá)到控制體系腐蝕的效果[4]。陽極氧化膜具有高硬度、耐腐蝕、絕緣性好、吸收能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以使產(chǎn)品壽命得以延長。但鋁合金陽極氧化形成的氧化膜呈多孔的層狀結(jié)構(gòu)，在高腐蝕環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)易滲透氧化膜對產(chǎn)品基體產(chǎn)生破壞，所以應(yīng)用環(huán)境較為嚴(yán)苛的產(chǎn)品必須經(jīng)過封孔處理。

2.3 陽極氧化+電泳涂漆

陽極氧化后的封孔分為高溫封孔、中溫封孔、冷封孔和有機(jī)物封孔。考慮到效率、成本及環(huán)保問題，一般選用有機(jī)物封孔對陽極氧化后的鋁合金產(chǎn)品進(jìn)行處理。電泳是有機(jī)物封孔中的典型實(shí)例。對于有裝飾及功能性需要的鋁合金產(chǎn)品可以同時進(jìn)行電解上色，其工藝流程[5]如下圖：

圖2 陽極氧化+電泳涂漆工藝流程圖

經(jīng)電泳涂漆后的產(chǎn)品表面色彩、光潔度、耐腐蝕性都比較好，能保持原材料的質(zhì)感，且不存在脫落的問題，但陽極氧化+電泳涂漆工藝工序較長，成本略高。

3 各種使用環(huán)境下膜層的選擇

通過靜電噴涂、陽極氧化、陽極氧化+電泳涂漆得到的膜層對鋁合金的保護(hù)能力存在一定的差異，應(yīng)用環(huán)境也各有不同。因此應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，選擇相應(yīng)的防護(hù)方式[6]。

3.1 工業(yè)城市與海洋環(huán)境

工業(yè)城市中大氣污染較為嚴(yán)重，高溫及干濕交替情況經(jīng)常出現(xiàn)；海洋環(huán)境潮濕且存在一定濃度的氯離子，是天然的強(qiáng)電解質(zhì)。噴涂膜在濕熱、酸性及含氯離子的大氣環(huán)境下會加速水和有害離子對膜層的滲透性，侵蝕鋁合金基體表面，產(chǎn)生膜層衰退的現(xiàn)象，同時機(jī)械損傷會加速膜層的侵蝕速度，因此在環(huán)境污染嚴(yán)重或潮濕的環(huán)境中應(yīng)選擇高耐候性粉末噴涂或氟碳漆噴涂對產(chǎn)品進(jìn)行防護(hù)。在沒有酸污染的環(huán)境中，陽極氧化膜的耐鹽水性較好，但在復(fù)雜的酸性環(huán)境中陽極氧化膜會由于膜層溶解降低其防護(hù)性能。因此在污染嚴(yán)重的工業(yè)城市地區(qū)及溫差較大的海洋環(huán)境地區(qū)應(yīng)選擇高膜厚級別的陽極氧化膜。陽極氧化+電泳涂漆復(fù)合膜是在陽極氧化膜表面通過電泳方式附著一層有機(jī)漆膜，從而降低基體遭受機(jī)械損傷及化學(xué)腐蝕，因此在工業(yè)污染嚴(yán)重及海洋環(huán)境應(yīng)選擇高質(zhì)量等級的陽極氧化+電泳涂漆復(fù)合膜。

3.2 鄉(xiāng)村環(huán)境

鄉(xiāng)村自然環(huán)境較好，不存在酸性環(huán)境、工業(yè)污染以及各種化學(xué)侵蝕的影響，所以對防護(hù)膜層的選用較為寬松。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國已成為鋁合金材料生產(chǎn)的第一大國。隨著汽車輕量化的持續(xù)推進(jìn)，鋁合金的應(yīng)用量還在逐年增加。鋁合金的大量使用及環(huán)保政策的出臺，使鋁合金防護(hù)材料向著無毒、通用、環(huán)保、高效低本、高性能的趨勢進(jìn)行發(fā)展，同時成為了行業(yè)專業(yè)化、自動化主要推動力。本文通過對鋁合金防護(hù)迫切性的表達(dá)及幾種防護(hù)方式的介紹，旨在可起到拋磚引玉的效果，望得到業(yè)內(nèi)人士指導(dǎo)并致力于鋁合金防護(hù)技術(shù)的提高，為汽車輕量化持續(xù)提供不竭動力。