鋁型材鈦鋯鈍化對結構膠膠接性能的影響

賈旭明，張鑫，倪周松

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

為了減輕整車重量，提高新能源汽車的續航能力，越來越多的鋁合金零件開始在汽車上應用。為了提升鋁型材基材的耐蝕性及其與膠品、油漆的結合性[1]，部分鋁型材零件在交付主機廠前會進行鈦鋯鈍化處理，使鋁型材表面形成一層鈍化膜。鈦鋯鈍化一般工藝流程為水洗→預脫脂→脫脂→水洗→純水洗→鈍化→水洗→純水洗→滴干→烘干[2]。鈦鋯鈍化雖比傳統六價鉻鈍化更加環保，但是鈍化過程依然會對環境產生污染，有些工廠因環保問題被關停，影響對下游主機廠的交付。此外，主機廠使用鋁型材的主要意圖是主要為了輕量化，而鈦鋯鈍化所帶來的成本增加，削弱了減重意愿。

由于鋁型材出色的防腐性能，在總裝安裝的鋁合金前防撞梁，在不經過任何鈍化及電泳的條件下，依然能滿足整車防腐要求。故本文主要研究鋁型材鈦鋯鈍化前后對結構膠膠接性能的影響，為主機廠定義鋁型材零件是否進行鈦鋯鈍化處理提供依據。

1 試驗材料及方法

結構膠采用西卡-480LV、眾盛-9540A、杜邦-1840C；鋁型材采用敏實6082-T6，厚度為3 mm，一部分型材進行鈦鋯鈍化，另一部分不鈍化；與鋁型材膠接的鋼板選用寶鋼DC51 D+Z，厚度為1.5 mm；防銹油采用奎克6130。

鋁型材與鋼板使用線切割切割成尺寸為（100±0.5）mm×（25±0.5）mm的矩形試樣。兩種表面狀態鋁型材各切割10片，鋼板切割20片。兩種表面狀態鋁型材各取5片，在距頂端（8±0.5）mm位置為圓心鉆一個半徑為（4±0.5）mm的圓孔便于后期電泳掛片。用純凈水洗掉所有金屬試樣表面的附著物，再用丙酮除洗掉試樣表面的油脂，最后用無水乙醇清洗后放在（50±1）℃的烘箱中烘干10 min，隨后冷卻。為模擬鋼板零件的表面狀態，在DC51D+Z表面涂一層800 mg/m2的奎克6130防銹油。

取8片鋼板，在圖1所示位置涂一層0.3 mm左右的西卡-480LV結構膠，兩種表面狀態鋁型材各取4片與鋼板膠接，搭接面積為25 mm*12.5 mm，膠接面使用直徑0.2 mm的玻璃微珠做間隔，確保鋼鋁膠接面保持0.2 mm間隔。膠接位置用燕尾夾夾緊，用壁紙刀刮去搭接邊緣多余的結構膠，室溫放置1 h后，兩種表面狀態鋁合金膠接試樣各取2片放置在（180±2）℃的烘箱中30 min，剩余兩種表面狀態鋁型材膠接試樣各2片搭載白車身過電泳。

圖1 鋼鋁膠接方案

取6片鋼板，使用眾盛-9540A結構膠分別與兩種表面狀態鋁型材各3片按上述方法進行膠接，室溫放置1 h后，試樣全部放置在（180±2）℃的烘箱中30 min后取出。

取6片鋼板，使用杜邦-1840C結構膠分別與兩種表面狀態鋁型材各3片按同樣方法進行膠接，室溫固化2天，所有試樣全部搭載白車身過電泳。

將使用西卡-480LV、杜邦-1840C結構膠且過電泳試樣使用普通玻璃膠將膠接試樣的兩端粘在整車電池包殼體底部，試樣兩端涂剝離膠區域距離試樣兩端不遠于3 cm。試樣隨整車在鹽城中汽試驗場進行120個周期整車強化腐蝕試驗，模擬結構膠應對耐久環境。

參照GB/T 7124-2008[3]對固化后及耐久后試樣進行剪切拉伸試驗，拉伸速度50 mm/min，記錄剪切強度及結構膠破壞形式。

2 試驗結果與分析

2.1 膠接面破壞形式

西卡-480LV固化后試樣剪切拉伸試驗后試樣宏觀形貌見圖2；兩種表面狀態鋁型材剝離面均存在嚴重界面剝離，鈍化試樣內聚破壞面積占比5 %、3 %，平均內聚破壞面積4 %。未鈍化試樣內聚破壞面積占比5 %、5 %，平均內聚破壞面積5 %。未鈍化試樣內聚破壞面積略大，但兩種試樣內聚破壞程度差異較小。

圖2 西卡結構膠試樣固化后剪切拉伸試驗結果

眾盛-9540A固化后試樣剪切拉伸試驗后試樣宏觀形貌見圖3；兩種表面狀態鋁型材結構膠破壞形式均存在界面剝離，鈍化試樣內聚破壞面積占比5 %、12 %、8 %，平均內聚破壞面積8.3 %，未經鈍化試樣內聚破壞面積占比5 %、11 %、7 %，平均內聚破壞面積7.6 %。鈍化試樣內聚破壞面積略大，兩種試樣內聚破壞程度差異較小。

圖3 眾盛結構膠試樣固化后剪切拉伸試驗結果

西卡-480LV整車強化腐蝕試驗后試樣剪切拉伸試驗后試樣宏觀形貌見圖4；兩種表面狀態鋁型材結構膠破壞形式均存在界面剝離，鈍化試樣內聚破壞面積占比77 %、89 %，平均內聚破壞面積占比83 %。未經鈍化試樣內聚破壞面積占比49 %、47 %，平均內聚破壞面積48 %。鈍化試樣內聚破壞面積明顯大于未鈍化試樣，但兩種試樣剝離面基材無腐蝕。

圖4 西卡結構膠試樣耐久試驗后剪切拉伸試驗結果

杜邦-1840C整車強化腐蝕試驗后剪切拉伸試驗后試樣宏觀形貌見圖5。兩種表面狀態鋁型材結構膠破壞形式均存在界面剝離，鈍化試樣內聚破壞面積占比3 %、8 %，25 %，平均內聚破壞面積12 %。未經鈍化試樣內聚破壞面積占比10 %、3 %，17 %，平均內聚破壞面積10 %。鈍化試樣內聚破壞面積略大，但兩種試樣內聚破壞程度差異較小，兩種試樣剝離面基材無腐蝕。

圖5 杜邦結構膠試樣耐久試驗后剪切拉伸試驗結果

2.2 結構膠剪切強度

西卡-480LV與眾盛-9540A固化后剪切強度見表1。由表1剪切強度均值可見，無論鋁型材是否進行鈍化，對兩種結構膠剪切強度幾乎沒有影響。

表1 固化后剪切強度

西卡西卡-480LV與杜邦1840-C整車強化腐蝕試驗后剪切強度見表2。由表2剪切強度均值可見，使用西卡-480LV，未鈍化的鋁型材較鈍化的鋁型材剪切強度降低0.65 MPa，衰減程度為4.6 %。使用杜邦-1840C，未鈍化的鋁型材較鈍化的鋁型材剪切強度降低0.17 MPa，衰減程度為0.9 %。使用兩種結構膠，未鈍化試樣結構膠剪切強度相比于鈍化試樣均有所衰減，但是根據膠品的不同，衰減程度不同，杜邦1840-C剪切強度衰減較小。

表2 整車強化腐蝕試驗后剪切強度

3 結論

1）未經鈍化的鋁型材，對固化后結構膠剪切強度及膠接面剝離程度無明顯影響。

2）在耐久試驗后，未經鈍化的鋁型材在剪切試驗后膠接面更傾向于發生界面剝離，且剪切強度根據膠品差異，出現不同程度的小幅衰減。

3）鋁型材零件不進行鈍化時，應根據生產基地所用膠品廠家及牌號評估結構膠耐久剪切強度的衰減能否滿足整車耐久強度要求，同時根據界面剝離情況評估潛在腐蝕風險。