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汽车紧固件用锌铝涂层配套体系的研究

发布于:2016/7/7 12:31:27

关键词:铝粉,环氧树脂
简  介:张昭,吴志杰,张冰,黄文民(长城汽车股份有限公司技术中心,河北保定071000)  摘要:分析了锌铝涂层的防腐机理。通过对底涂结构跟底涂+面涂结构在涂层附着力、抗破坏能力、耐盐雾能力、摩擦因数稳定性4...

  张昭,吴志杰,张冰,黄文民(长城汽车股份有限公司技术中心,河北保定071000)

  摘要:分析了锌铝涂层的防腐机理。通过对底涂结构跟底涂+面涂结构在涂层附着力、抗破坏能力、耐盐雾能力、摩擦因数稳定性4个角度进行对比,验证了面涂层的重CS-1000美能达要性。

  核心词:紧固件;锌铝涂层;摩擦因数

  中图分类号:TQ639文献标识码:A文章编号:1009-1696(2015)05-0020-04

  0·引言

  锌铝涂层是为了满足世界各国的挥发性有机化合物(VOC)法规跟汽车行业规定的环保要求,而开发出的一种表面处理类型。锌铝涂层以其优异的防腐性已被国外汽车制造行业普遍认可,并大规模投入运用。可是国内汽车厂应用锌铝涂层经历中对涂层结构并无具体要求,导致锌铝涂层紧固件难以达到理想的防腐性能跟稳定的摩擦因数。

  1·锌铝涂层防腐机理

  锌铝涂层也称为达克罗涂层,是一种将超细锌鱗片跟铝鱗片叠合包暴在特别黏结剂中的无机涂层。锌铝涂层主要从物理屏蔽、阴极保护、锌粉钝化、自修复4个角度对钢铁基体给予保护作用。

  1.1物理屏蔽

  经过处理的鳞片状锌跟鳞片状铝层层相叠,构成了有效的阻挡层,水、氢离子及别的腐蚀电解质需要经过很长的腐蚀路径绕过金属薄片才能到达基体,如图1所示。

  1.2阴极保护

  因为锌、铝的电位比铁负,没有被完全包裹的鳞片状锌、铝片作为牺牲阳极被腐蚀,为钢铁基体给予阴极保护。

  1.3钝化作用

  特别黏结剂中含有氧化物跟硅化物,对腐蚀起到一定的缓释作用,从而降低钢铁基体跟锌、铝的腐蚀速率。

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  1.4自修复

  当涂层被划伤、擦破或以别的方式产生破坏(如安装中工具的破坏),暴露到腐蚀环境中后,锌跟钢铁间的原电池腐蚀加速了锌的腐蚀,其腐蚀产物填充在涂层中,然后再跟空气中的二氧化碳发生反应,生成不溶的碳酸锌,又恢复了"阻挡"功能,起到了自修复作用。

  2·试验方法

  为验证锌铝涂层中面涂层的重要性,对底涂结构跟底涂+面涂结构在涂层附着力、抗破坏能力、耐盐雾能力、摩擦因数稳定性4角度进行对比。试验中采纳德国某公司当下在中国应用范围最广的底涂层A及面涂层B。涂层A、B的成分见表1。

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  试验中选用M12×80,抗拉强度为1000MPa的六角法兰面紧固件。选用德国WMV行星式涂覆机进行涂覆,涂覆结构为2A(两道底漆)、2A+B(两道底漆+一道面漆),具体涂覆经历如表2所示。

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  对涂覆后的紧固件进行涂层厚度测量,测量3个点,取平均值,结果见表3。

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  3·试验经历及结果讨论

  由表3可见:2A涂层跟2A+B涂层厚度基本相等,在涂层厚度几近相等的前提下进行以下涂层性能对比。

  3.1涂层附着力试验

  根据GB/T5267.2-2002标准要求,运用3M胶带,用手坚实地压到锌铝涂层样件表面,随后再垂直于样件表面急速拉开,检测涂层的剥落状况。试验2A涂层无显著剥落,而胶带有少量金属粉;2A+B涂层无显著剥落,胶带无金属粉。

  3.2涂层抗破坏率试验

  针对锌铝涂层紧固件,在安装经历中会对涂层产生一定的破坏,涂层破坏率旨在表征紧固件涂层在正常安装经历中抵抗破坏的能力。用扭力扳手,按照装配扭矩(约40Nm)对2A、2A+B涂层样件进行安装,通过SEM(扫描电子显微镜)对涂层破坏部位进行成分分析,Fe含量由打伤前2.57%,增加至53.03%,证明涂层破坏处已深至钢铁基体。对涂层破坏面积进行测量,结果显示:2A涂层破坏率为17.8%,2A+B涂层破坏率为4.5%,如图2所示。

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  3.3中性盐雾试验

  中性盐雾试验是考量零部件防腐蚀性能的重要试验方法。依照GB/T10125-2012中性盐雾试验要求,对2A、2A+B涂层样件进行测试,分别记录浸泡240h、480h、720h后样件状态。2A涂层样件240h无红锈,480h时出现红锈,720h红锈面积进一步加大;2A+B涂层样件240h、480h、720h均无红锈产生。

  3.4摩擦因数稳定性试验

  分别取20个2A涂层、2A+B涂层9.8级M10X40紧固件,通过摩擦因数试验机对上述样件进行测试,试验结果见表4。

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  当对这个紧固件用40Nm的扭矩进行装配后,2A涂层紧固件紧固轴力Fmin为12.0kN,Fmax为17.8kN,紧固轴力波动量相对于平均轴力偏差比例约(17.8-12.0)/(17.8+12.0)×2≈38.9%。

  当对这个紧固件用40Nm的扭矩进行装配后,2A+B涂层紧固件紧固轴力Fmin为22.6kN,Fmax为26.6kN,紧固轴力波动量相对于平均轴力偏差比例约(26.6-22.6)/(22.6+26.6)×2≈16.3%。

  涂层总扭矩跟紧固轴力的关系分别见图3、4。

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  4·结语

  (1)锌铝涂层对基材的附着力高,能有效改善紧固件安装经历中涂层破坏问题,因为面涂层多是以环氧树脂、丙烯酸树脂为主的有机涂层,降低了锌粉、铝粉的脱落,从而提升了锌铝涂层的附着力跟抗破坏能力。

  (2)面涂层的增加,就是对底涂层进行了进一步的防护。通过中性盐雾试验结果可发现,面涂层的增加至少将紧固件红锈生成时间延缓240h,进而使紧固件取得了更稳定的机械性能。

  (3)增加面涂层能保证紧固件取得更稳定的轴向力,当锌铝涂层惟独底涂层时因为摩擦因数的不稳定,导致所取得的轴向力波动较大,而增加面涂层后有效改善了摩擦因数的不稳定性,从而能取得更加稳定的轴向力。保证稳定的轴向力可以有效降低整车在运用经历中出现螺栓拉断、螺栓反松、零件震动等诸多问题。