鋁鋼 新能源汽車(chē)輕量化成發(fā)展趨勢(shì)，輕質(zhì)材料應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)
wujiai
輕量化材料的應(yīng)用是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的主要手段，但單一材料無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)所有的性能要求，特別是在減重與安全性存在一定矛盾的情況下。鋁、鎂合金等輕質(zhì)金屬材料雖然減重效果好，但其制造成本和維護(hù)成本高，在車(chē)身強(qiáng)度要求較高的區(qū)域碰撞時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足安全性能要求。高強(qiáng)度鋼對(duì)于保障駕駛室安全有顯著作用。充分利用高強(qiáng)度鋼和輕金屬各自性能優(yōu)勢(shì)的“多材料混合”理念應(yīng)運(yùn)而生。如今，這一理念已被汽車(chē)廠商廣泛接受。例如奧迪A8系列放棄了更輕的全鋁車(chē)身，改用多材料混合車(chē)身。這一轉(zhuǎn)變表明，多種材料混合是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
多種材料的使用雖然讓汽車(chē)實(shí)現(xiàn)了輕量化，但也使汽車(chē)更容易受到電化學(xué)腐蝕尤其是電偶腐蝕的影響。電偶腐蝕是由于接觸的異種材料之間存在電位差而產(chǎn)生的，在一定條件下，電位較低的材料加速腐蝕。此外，電偶腐蝕還會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕。當(dāng)與外力作用相結(jié)合時(shí)，容易造成磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕等更加危險(xiǎn)的腐蝕損傷，降低零部件或部件的壽命，影響汽車(chē)長(zhǎng)期行駛的安全。
目前比較常見(jiàn)的異種金屬連接有鋼-鋁、鋼-鎂、鋁-鎂等。大量研究表明，這些金屬的偶聯(lián)會(huì)加速陽(yáng)極金屬的腐蝕。因此，揭示典型汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料偶聯(lián)件的腐蝕機(jī)理，確定影響腐蝕速率的關(guān)鍵因素，進(jìn)而提出有效的防腐措施、優(yōu)化連接設(shè)計(jì)，對(duì)輕量化汽車(chē)的安全穩(wěn)定行駛具有重要的指導(dǎo)意義。
典型汽車(chē)鋼和鋁合金的耐腐蝕性能
1 普通碳鋼
普通碳鋼耐腐蝕性能較差，在城市、沿海、工業(yè)大氣等典型汽車(chē)服役環(huán)境中其腐蝕級(jí)別僅為C5，難以滿(mǎn)足車(chē)輛長(zhǎng)期服役的要求。但其成本較低，在汽車(chē)輕量化過(guò)程中難以完全消除。碳鋼的大氣腐蝕常表現(xiàn)為整體腐蝕，較短時(shí)間內(nèi)表面即可形成一層厚厚的腐蝕產(chǎn)物。一般認(rèn)為，在腐蝕初期，碳鋼的腐蝕速度很大，隨著時(shí)間的推移，腐蝕速度逐漸減慢并趨于一個(gè)相??對(duì)穩(wěn)定值，這顯然與銹層的結(jié)構(gòu)和成分有關(guān)。
為了提高碳鋼的耐腐蝕性能，在碳鋼中加入少量的多元素合金元素，形成耐候鋼。合金元素的作用是暴露時(shí)間越長(zhǎng)，耐蝕性越明顯，耐候鋼的腐蝕速度越低。另外，為了延長(zhǎng)鋼材的使用壽命，汽車(chē)用鋼材常采用鍍層處理，如鍍鋅、鍍鋁鋅等。其中，鍍鋅層對(duì)鋼材基體的保護(hù)體現(xiàn)在鋅對(duì)鋼材基體的陰極保護(hù)作用和對(duì)鋅生成的各種腐蝕產(chǎn)物的腐蝕抑制作用，但在實(shí)際使用中，鍍層厚度需根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。
2 高強(qiáng)度鋼
早在1995年就提出了“超輕碳鋼車(chē)身”的概念，使用高強(qiáng)度鋼可以使車(chē)身減重25%。以輕量化為目標(biāo)的“多材料混合”概念，使高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用更加有針對(duì)性，主要應(yīng)用于對(duì)碰撞性能、強(qiáng)度和剛度要求高的結(jié)構(gòu)件，如立柱、門(mén)檻、加強(qiáng)板、橫梁等，在汽車(chē)底盤(pán)也有應(yīng)用。
高強(qiáng)度鋼可分為傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼不僅具有更好的力學(xué)性能，而且在耐腐蝕性能方面也有一定的改善。但并不是所有的高強(qiáng)度鋼都具有良好的耐腐蝕性能。耐腐蝕性能與高強(qiáng)度鋼的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。
腐蝕產(chǎn)物對(duì)進(jìn)一步腐蝕有重要影響。研究表明，高強(qiáng)鋼與普通碳鋼的腐蝕產(chǎn)物基本相同，主要為Fe3O4、α-FeO??OH和γ-FeOOH。銹層通常為雙層結(jié)構(gòu)，外層由γ-FeOOH、α-FeO??OH、Fe3O4組成，隨著腐蝕時(shí)間的增加，腐蝕產(chǎn)物由針狀變?yōu)槊耷驙�，由于結(jié)構(gòu)疏松，對(duì)腐蝕基本起不到抑制作用。內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4，結(jié)構(gòu)比較致密，但裂紋較多，對(duì)基體的保護(hù)作用有限。
高強(qiáng)度鋼對(duì)氫脆非常敏感。在鋼材冶煉、酸洗、電鍍及服役過(guò)程中，氫原子可能滲入材料基體，材料、氫和應(yīng)力相互作用，導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生氫脆。研究發(fā)現(xiàn)，鋼材的氫脆敏感性隨鋼材強(qiáng)度的提高而增大，因?yàn)閺?qiáng)度的提高可以明顯降低鋼材氫致延遲斷裂的臨界氫濃度；當(dāng)鋼材的抗拉強(qiáng)度超過(guò)時(shí)，氫脆幾乎不可避免。氫在不同組織中表現(xiàn)出不同的擴(kuò)散行為，因此組織對(duì)鋼材的氫脆有重要的影響。熱處理、應(yīng)力-應(yīng)變、冷加工及材料缺陷等均對(duì)高強(qiáng)度鋼的氫脆敏感性有不同程度的影響，在材料的冶煉加工過(guò)程中需要特別注意。鑒于氫脆的巨大危害，高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)上的應(yīng)用需要考慮氫脆問(wèn)題。
3 鋁合金
相比高強(qiáng)鋼，鋁合金減重效果更加明顯，典型鋁合金零部件減重一次可達(dá)到30%~40%，剎車(chē)系統(tǒng)、懸架等零部件可進(jìn)一步減重50%。汽車(chē)用鋁合金包括鑄件、鍛件、擠壓件和板材，主要有2xxx系、5xxx系、6xxx系鋁合金。國(guó)內(nèi)汽車(chē)鋁件主要材料為A356、ZL101，廣泛應(yīng)用于車(chē)輪、控制臂、副車(chē)架、發(fā)動(dòng)機(jī)等鑄件；鋁合金板材主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩（外板6016、內(nèi)板5082）、頂蓋、擋泥板、車(chē)門(mén)、行李箱蓋等覆蓋件及轎車(chē)地板結(jié)構(gòu)件。
鋁合金天然具有穩(wěn)定的氧化膜，在一定程度上阻礙了腐蝕的發(fā)生。但氧化膜中的缺陷（活性較高的區(qū)域）會(huì)受到侵蝕性離子的腐蝕。這些脆弱區(qū)域會(huì)首先發(fā)生點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕的直徑和深度取決于合金成分、局部pH值和電解質(zhì)成分。
點(diǎn)蝕過(guò)程通常分為兩個(gè)階段：第一階段，點(diǎn)蝕開(kāi)始，涉及氯離子對(duì)氧化層的吸附和侵蝕。在此階段，如果氧化層重新鈍化，則點(diǎn)蝕過(guò)程不會(huì)進(jìn)入第二階段；第二階段，點(diǎn)蝕增長(zhǎng)，其特征是鋁或合金元素的劇烈溶解和腐蝕產(chǎn)物的析出。
合金化是提高鋁材料性能的主要途徑。合金元素與鋁基體結(jié)合形成不同類(lèi)型的金屬間化合物，這些金屬間化合物的電化學(xué)性質(zhì)與鋁基體不同，易與鋁基體形成電偶，從而加速局部腐蝕。從電化學(xué)角度看，常見(jiàn)的金屬間化合物有MgZn2、Mg2Si等陽(yáng)極相，Al2Cu、Al3Fe等陰極相，以及元素選擇性溶解后，陽(yáng)離子與金屬間極性反轉(zhuǎn)而形成的金屬間化合物。以上陰極和陽(yáng)極都是相對(duì)于鋁基體的。
鋁合金腐蝕始于點(diǎn)蝕，而第二相的腐蝕往往是點(diǎn)蝕的起點(diǎn)。鋁合金中兩合金相誘發(fā)的點(diǎn)蝕過(guò)程如圖1所示。陰極相往往是鋁合金腐蝕的第一區(qū)，然后逐漸擴(kuò)展到晶界。如果晶界處存在連續(xù)的陽(yáng)極相，則會(huì)由于陽(yáng)極相的溶解而發(fā)生晶間腐蝕。因此，如果能從材料性質(zhì)上研究鋁合金第二相的腐蝕規(guī)律，并提出有效的針對(duì)第二相腐蝕的防護(hù)措施，就能從根本上緩解鋁合金的腐蝕，進(jìn)而緩解鋁合金及其他材料的電偶腐蝕。
圖1 鋁合金中兩合金相誘發(fā)的亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕示意圖
5xxx系列鋁合金的主要合金元素為鎂，其強(qiáng)度隨鎂含量的增加而提高，但與基體相比電位為負(fù)的β相不斷析出并沿晶界分布，會(huì)先于基體發(fā)生腐蝕，最終導(dǎo)致鋁合金在晶界處發(fā)生點(diǎn)蝕和晶間腐蝕。對(duì)于5xxxx系列鋁合金，強(qiáng)度的提高通常會(huì)導(dǎo)致耐腐蝕性能的下降。研究表明，在Al-Mg合金中添加鋅、銅或適量的稀土元素，對(duì)提高合金的耐腐蝕性能有明顯的效果。
6xxx鋁合金是一種可熱處理強(qiáng)化的可變形鋁合金，主要含有鎂和硅作為合金元素。6xxx鋁合金通常對(duì)晶間腐蝕（IGC）具有較高的敏感性。通過(guò)添加微量的合金元素或稀土元素也可以提高6xxx鋁合金的耐腐蝕性能。
鋼-鋁合金電偶腐蝕
1 鋼-鋁合金電偶腐蝕行為
碳鋼與鋁合金在海水中的電偶序列比較接近，其自腐蝕電位(相對(duì)于飽和甘汞電極，SCE)分別在-600mV和-750mV左右。鋁合金電位比鋼更負(fù)，鋁合金與鋼接觸時(shí)會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。電偶腐蝕不僅大大增加鋁合金的腐蝕速率，而且可能改變其腐蝕機(jī)理。腐蝕機(jī)理還與不同類(lèi)型的鋼-鋁組合有關(guān)。但從材料性質(zhì)出發(fā)對(duì)鋼-鋁合金電偶腐蝕機(jī)理的研究較少，特別是在汽車(chē)鋼-鋁合金材料領(lǐng)域。
影響電偶腐蝕的因素主要有幾何因素和環(huán)境因素。崔等研究了各因素對(duì)5050鋁合金-45鋼電偶腐蝕的影響。結(jié)果表明：當(dāng)pH值從4變?yōu)?時(shí)，電偶電流影響不大；pH值的影響體現(xiàn)在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境中，體現(xiàn)了鋁合金兩性金屬的特性；拉應(yīng)力能明顯增加電偶腐蝕效應(yīng)，且呈現(xiàn)正相關(guān)性；鋁合金對(duì)Cl-含量敏感性高，在不含Cl-的蒸餾水中能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。由于不存在Cl-腐蝕，鋁合金表面易形成完整的氧化膜。崔等研究溫度對(duì)2024鋁合金-低碳鋼電偶腐蝕行為影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度大于35 ℃時(shí)，就會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。 溫度對(duì)極性反轉(zhuǎn)的影響是由于溫度升高加速了氧的擴(kuò)散速度，有利于形成完整的氧化膜。由此可見(jiàn)鋁合金表面氧化膜的完整性對(duì)鋼-鋁電偶腐蝕極性變化有重要的影響。
實(shí)際工程中，由于環(huán)境難以控制，幾何因素對(duì)電偶腐蝕的影響受到較多關(guān)注。研究了氧擴(kuò)散速率控制條件下面積變化對(duì)電偶腐蝕的影響。當(dāng)忽略陰陽(yáng)極擴(kuò)散電流密度差異時(shí)，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極腐蝕電流密度（Jag）與氧擴(kuò)散電流密度（JLO2）及陰陽(yáng)極面積比（Ac/Aa）滿(mǎn)足比例關(guān)系，如下式所示：
蘇方騰推導(dǎo)了當(dāng)陽(yáng)極和陰極金屬均受氧擴(kuò)散控制時(shí)，電偶腐蝕速率方程為：
式中：和分別為陽(yáng)極和陰極金屬的自腐蝕電流密度；和分別為陽(yáng)極和陰極金屬的自腐蝕電位；βaa和βca分別為陽(yáng)極極化曲線和陰極極化曲線的塔菲爾斜率。
從以上兩個(gè)公式可以看出，當(dāng)材料表面狀態(tài)不變，忽略局部腐蝕現(xiàn)象時(shí)，陰陰極面積比越大，陽(yáng)極腐蝕速率越大。黃桂橋等和姚曦等采用浸泡試驗(yàn)和電化學(xué)試驗(yàn)研究了陰陰極面積比和電偶間距對(duì)鋼-鋁電偶腐蝕的影響，證實(shí)了腐蝕速率隨陰陰極面積比的增加、電偶間距的減小而增大的一般規(guī)律。然而ARYA等研究發(fā)現(xiàn)，雖然電偶腐蝕速率隨陰陰極面積比的增加而增大，但是腐蝕電流密度的增長(zhǎng)速率隨陰陰極面積比的增加而減小，因此綜合考慮各方面因素，腐蝕速率存在一個(gè)最大值。黃桂橋等的研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)，當(dāng)電偶電位差較小時(shí)，陰陰極面積比不大時(shí)陽(yáng)極的腐蝕速率就能達(dá)到極限值； 當(dāng)電偶電位差較大時(shí)，陰陰極面積比較大時(shí)陽(yáng)極的腐蝕速率可達(dá)極限值，影響腐蝕速率的離子擴(kuò)散距離受陰陰極面積比和電偶間距控制，這兩個(gè)影響因素可共同影響電偶腐蝕。
數(shù)值模擬在金屬材料的腐蝕防護(hù)中起著巨大的作用，特別是在電偶腐蝕的預(yù)測(cè)中。SONG等通過(guò)理論推導(dǎo)，提出了電偶腐蝕過(guò)程中電偶電流與電位分布的一維數(shù)學(xué)模型。Zhang等還提出了從一維視角研究電偶腐蝕損傷演變的方法。在中性NaCl電解液中，用有限元法模擬的鋅-鋼、鎂-鋼的腐蝕行為與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果高度一致。近年來(lái)，薄液膜下腐蝕問(wèn)題也引起了研究者的關(guān)注。RUIZ-等提出了一種薄電解質(zhì)膜下鋼-鋁電偶腐蝕的數(shù)值模型，并利用該模型預(yù)測(cè)了腐蝕過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化的腐蝕產(chǎn)物（OH-、Al3+等）含量，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較好。 有研究者采用線性方程和邊界元法模擬薄電解液膜下液膜厚度和Cl-含量對(duì)鑄造鋁合金和黃銅電偶腐蝕的影響，結(jié)果表明：Cl-含量和液膜厚度的增加均會(huì)加劇電偶腐蝕，且液膜厚度的影響較大。
2 鍍層鋼-鋁合金電偶腐蝕行為
鍍鋅層對(duì)鋼鐵基體具有屏蔽和陰極保護(hù)的雙重作用，可以有效延長(zhǎng)鋼鐵的使用壽命。但鍍鋅鋼鐵及鋁合金的使用壽命目前尚不明確。汽車(chē)零部件的鍍層在實(shí)際使用過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生損傷，損傷處露出的基體面積較小，由于陰極大、陽(yáng)極小的效應(yīng)，會(huì)加劇鍍層與基體之間的電化學(xué)腐蝕，加速鍍層的破壞。
張等采用邊界元法模擬薄液膜下的電偶腐蝕，結(jié)果表明腐蝕速率與涂層損傷面積密切相關(guān)，損傷面積越小，涂層損傷區(qū)域的腐蝕速率越大。近年來(lái)，汽車(chē)企業(yè)逐漸采用鋅鎳或鋅鋁鍍層鋼板，而其與鋁合金偶聯(lián)后的電偶腐蝕特性及腐蝕機(jī)理尚不明確。
機(jī)械連接的鋼-鋁合金接頭及搭接處是電偶腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。等通過(guò)動(dòng)電位極化試驗(yàn)研究了鍍鋅鋼鉚釘及兩種汽車(chē)鋁合金板鉚接后的電偶腐蝕行為。結(jié)果表明：在腐蝕初期，鋅層作為陽(yáng)極保護(hù)著碳鋼基體，但隨著鋅層的溶解，極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)，碳鋼充當(dāng)陰極，鋁合金充當(dāng)陽(yáng)極而發(fā)生腐蝕；研究樣品的鋁鋼面積較大，呈大陽(yáng)極、小陰極，電偶電流較小。鋁表面發(fā)生了嚴(yán)重的晶間腐蝕，并富集了大量的腐蝕產(chǎn)物，這是由于鋁合金本身的溶解引起的。
連接方式對(duì)接頭耐蝕性也有明顯影響。杜等研究了汽車(chē)用鍍鋅鋼與鋁合金兩類(lèi)接頭（TOX和SPR接頭）的腐蝕特性。由于鍍鋅層電位較負(fù)，在拉應(yīng)力作用下鋁合金與鍍鋅層形成大陰極/小陽(yáng)極狀態(tài)，發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕。同時(shí)鋁合金上出現(xiàn)點(diǎn)蝕和腐蝕裂紋，受力部位腐蝕更為嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，TOX接頭的耐蝕性低于SPR接頭，這與鉚接后板材變形處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。接頭處多材料耦合的復(fù)雜組合使研究變得復(fù)雜。張等也進(jìn)行了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)了多種類(lèi)型的腐蝕，包括電偶腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。 研究發(fā)現(xiàn)，在某些腐蝕體系中，縫隙腐蝕比電偶腐蝕和自腐蝕更為嚴(yán)重。
3 電偶腐蝕研究關(guān)鍵技術(shù)
腐蝕是一個(gè)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)演化的過(guò)程。隨著電偶腐蝕的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物不斷積累，合金表面狀態(tài)和溶液環(huán)境也隨之發(fā)生變化，影響電偶腐蝕速率，也可能改變腐蝕機(jī)理。因此，在電偶腐蝕研究中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩電極的耦合電位、電偶電流等參數(shù)。
電化學(xué)噪聲（EN）是指電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)在演化過(guò)程中其電狀態(tài)參數(shù)（電極電位、外加電流密度等）出現(xiàn)的隨機(jī)非平衡波動(dòng)現(xiàn)象。電化學(xué)噪聲技術(shù)是目前最常用的電偶腐蝕電位與電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用零電阻電流表（ZRA）測(cè)量電偶腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)噪聲信號(hào)。電化學(xué)噪聲結(jié)合電化學(xué)阻抗譜（EIS）可獲得電極反應(yīng)界面特征的動(dòng)態(tài)演化。兩種方法反映的都是電極表面的平均腐蝕特征，不能提供局部最大腐蝕電流數(shù)據(jù)和位置信息。對(duì)腐蝕過(guò)程中的電偶電流分布和腐蝕后合金形貌、成分及溶液環(huán)境的演變進(jìn)行定性分析，可以更準(zhǔn)確地判斷腐蝕類(lèi)型的演變和量化腐蝕速率。宋教授對(duì)一維電偶腐蝕系統(tǒng)的模擬研究結(jié)果表明，電偶腐蝕電流和電位在空間分布不均勻，陰極/陽(yáng)極電流密度在兩電極接觸位置達(dá)到最大值。 距離連接處越遠(yuǎn)，腐蝕電流越小，這一現(xiàn)象在宋等人的相關(guān)研究中也出現(xiàn)過(guò)。另外研究發(fā)現(xiàn)，電偶對(duì)之間的距離也就是電極之間的間距是影響電偶腐蝕速率的重要因素之一，電極之間的間距越大，電偶效應(yīng)越弱。
近年來(lái)，可以獲得局部電偶腐蝕信息的微區(qū)電化學(xué)測(cè)量技術(shù)在電偶腐蝕機(jī)理研究中得到了廣泛的應(yīng)用，如用于測(cè)量電偶腐蝕電流空間分布的掃描振動(dòng)參比電極（SVET）、用于測(cè)量氣體環(huán)境中表面電位分布的掃描探針（SKP）、用于測(cè)量局部阻抗分布的局部電化學(xué)阻抗譜（LEIS）等。此外，還有一些掃描微電極也可以獲得局部電偶腐蝕信息，如微離子選擇電極（SIET）可以原位監(jiān)測(cè)活性離子如H+或腐蝕性離子如Cl-的空間分布。
SHI等將SVET與SIET技術(shù)相結(jié)合，測(cè)量了Al2Cu-Al和Al3Fe-Al電偶對(duì)陰極/陽(yáng)極電流的空間分布和pH值。等利用SVET/SIET技術(shù)監(jiān)測(cè)Al/MgZn2電偶腐蝕電流分布、局部pH值和Cl-濃度，并用掃描電鏡和X射線光電子能譜對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，證明了pH值的變化會(huì)引起兩電極的極性反轉(zhuǎn)，從微觀角度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腐蝕的位置。對(duì)于兩性金屬鋁，通過(guò)pH值隨腐蝕演變的變化可以有效判斷其反應(yīng)機(jī)理。結(jié)合掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和X射線光電子能譜(XPS)等設(shè)備對(duì)腐蝕表面的形貌、成分和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以為電偶腐蝕機(jī)理分析提供更充分的證據(jù)。 目前，對(duì)鋼-鋁耦合后腐蝕速率變化規(guī)律的研究很少，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，無(wú)法建立可靠的腐蝕演變預(yù)測(cè)模型。
隨著汽車(chē)用高強(qiáng)鋼在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，不同高強(qiáng)鋼-鋁合金機(jī)械連接的電偶腐蝕行為逐漸成為研究熱點(diǎn)。從材料本質(zhì)來(lái)看，合金化處理后的高強(qiáng)鋼必然存在微觀腐蝕行為的差異。鋁合金作為兩性金屬，局部酸化或堿化都會(huì)誘發(fā)鋁合金的溶解，這種局部pH值的變化會(huì)顯著影響微區(qū)電偶腐蝕行為。由于微觀組織尺度微小，微區(qū)測(cè)量技術(shù)對(duì)于高強(qiáng)鋼-鋁合金電偶腐蝕機(jī)理研究具有更重要的意義。
汽車(chē)電偶腐蝕的防護(hù)措施
設(shè)計(jì)和制造時(shí)采取的保護(hù)措施
選用耐腐蝕性能強(qiáng)的材料可以從根本上提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能，必要時(shí)可對(duì)材料進(jìn)行表面處理，進(jìn)一步提高其耐腐蝕性能，如電鍍、涂料、鋁合金陽(yáng)極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理等。根據(jù)電偶腐蝕機(jī)理，應(yīng)盡可能選用電位相近的連接材料，以減少電偶腐蝕的傾向；應(yīng)盡可能避免采用陰極大、陽(yáng)極小的結(jié)構(gòu)，避免將太小的部位作為陽(yáng)極；連接材料之間應(yīng)采用絕緣處理，或?qū)煞N材料完全覆蓋，以隔絕腐蝕環(huán)境。
在設(shè)計(jì)車(chē)身結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須考慮與后續(xù)防腐工藝的適應(yīng)性，避免出現(xiàn)不利于涂裝的尖角結(jié)構(gòu)。
1.工藝孔
在滿(mǎn)足車(chē)身強(qiáng)度、剛度的前提下，內(nèi)腔設(shè)置盡可能多的電泳工藝孔，以增加漆膜厚度。結(jié)合電泳生產(chǎn)線及車(chē)身腔體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、布置通氣孔，避免形成氣室及電泳盲區(qū)。
2. 腔體
車(chē)身腔體對(duì)于提高汽車(chē)強(qiáng)度、減輕重量十分重要，但防止腔體腐蝕卻是一項(xiàng)十分困難的工作，因此可通過(guò)合理布置腔體位置、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、采用腔體注蠟及高耐蝕材料等措施提高腔體防腐性能，提高電泳、注蠟等防腐工藝的可行性。
此外，在整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免腐蝕誘導(dǎo)區(qū)的形成。如果鋼鋁接觸面較大，應(yīng)采用線接觸而非面接觸，并在中間填充密封膠，這樣既可以消除腐蝕誘導(dǎo)區(qū)，又可以消除因接觸面積大而產(chǎn)生的縫隙。對(duì)于外露覆蓋件的折邊設(shè)計(jì)，折邊方向應(yīng)與雨水侵入方向一致，下端不應(yīng)有凹槽，避免泥水滯留和腐蝕。對(duì)于車(chē)門(mén)板總成、底板等容易進(jìn)水、積水的區(qū)域，應(yīng)合理開(kāi)設(shè)排水孔。
不同工藝中異種接頭的防護(hù)處理
異種零件的連接部位往往對(duì)電化學(xué)腐蝕比較敏感，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少異種零件的連接部位，可將多個(gè)零件設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。由于連接處的緊固件（鉚釘、螺釘?shù)龋┒际切×慵�，它們的材料活性�?duì)腐蝕的影響較大，原則上緊固件材料的活性應(yīng)低于接觸面大的金屬。緊固件的表面處理也是十分必要的，最常用的工藝是達(dá)克羅工藝。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也可設(shè)計(jì)出防止電化學(xué)腐蝕的緊固件。
鉚接是鋼鋁連接的主要方法之一，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，接頭的腐蝕是影響連接強(qiáng)度、導(dǎo)致失效的重要原因。等對(duì)自沖鉚接頭的電偶腐蝕退化區(qū)域進(jìn)行了劃分，如圖2所示。
圖2 自沖鉚接接頭電偶腐蝕引起的臨界劣化區(qū)域
如圖2所示，GC2的鍍鋅鉚釘與周?chē)匿摪逍纬闪嗽缙诘男D(zhuǎn)效果。因此，縫隙加速了在電流腐蝕和縫隙腐蝕的雙重影響下的腐蝕性。應(yīng)避免使用三層以上的板的連接。 因?yàn)楫?dāng)鉚釘力不足時(shí)，板之間將留下巨大的間隙，導(dǎo)致電解質(zhì)的侵入加劇腐蝕。
當(dāng)螺栓用于連接時(shí)，需要添加非金屬的絕緣墊，以防止膠合物在隔離式腐蝕方面，應(yīng)使用較難的溝渠，以防止摩擦式腐蝕密封劑可以有效抑制腐蝕的發(fā)生，以確保密封的質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制重疊的間隙的大小。
車(chē)輛不同部分的抗腐蝕技術(shù)
車(chē)輛的表面涂層是最有效和成熟的保護(hù)方法。
對(duì)于高外觀和其他保護(hù)的零件，通常使用底漆 +中間油漆 +面漆的涂料結(jié)構(gòu)，不僅可以自動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的抗腐蝕能力，而且可以自動(dòng)產(chǎn)生穩(wěn)定的涂層質(zhì)量。
對(duì)于容易受到沙子和石材濺起影響的底盤(pán)和輪拱等區(qū)域，應(yīng)噴涂PVC抗石撞擊油漆，以提高汽車(chē)底部的耐腐蝕性。
在覆蓋零件的尖銳邊緣（例如門(mén)內(nèi)板，發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋）的尖銳邊緣上使用膠，不僅可以提高下擺的強(qiáng)度鋁鋼，而且還可以防止水分和道路污垢穿透和引起腐蝕。
可以在裂紋表面，未密封的腔，發(fā)動(dòng)機(jī)室和門(mén)鉸鏈上使用抗焦油，以改善這些區(qū)域的耐腐蝕性。
結(jié)論
隨著輕量化過(guò)程中多物質(zhì)混合體的持續(xù)發(fā)展，汽車(chē)的電腐蝕問(wèn)題將不可避免地成為影響汽車(chē)使用壽命的重要因素。新的高強(qiáng)度鋼，幾乎沒(méi)有關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)（即微結(jié)構(gòu)）的鋼鋁電腐蝕機(jī)制的研究。
此外，涂層和鍍層后鋼和鋁合金之間接觸腐蝕的動(dòng)態(tài)演變?nèi)圆磺宄?/p>
鋼鋁合物通常是腐蝕的最大打擊。
當(dāng)前的汽車(chē)電力腐蝕方法主要是涂料保護(hù)和不同的材料之間的有效隔離，但是缺乏數(shù)據(jù)積累和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以進(jìn)行保護(hù)效果，并且在保護(hù)腐蝕時(shí)需要考慮每個(gè)過(guò)程的特征。
值得注意的是，應(yīng)防止電流腐蝕與整個(gè)車(chē)輛的抗腐蝕相結(jié)合，并應(yīng)采用先進(jìn)和完整的抗腐蝕技術(shù)，以顯著延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命。