【技术帖】镀锌层厚度和电泳膜厚对涂装耐蚀性能影响探讨

摘要：重点介绍了冷轧板和不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材在电泳梯度膜厚下的漆膜性能。同时采用循环腐蚀测试方法等研究手段比较了几种板材在相同前处理方式、不同镀锌层厚度、梯度电泳漆膜下板材耐腐蚀性能等特征，为认识锌铁合金热镀锌板材镀锌层厚度和电泳漆膜厚度对涂装耐腐蚀性能影响提供参考。

关键词：冷轧板 锌铁合金热镀锌板材 梯度电泳膜厚 耐腐蚀性能

1、前言

在汽车车身涂装生产过程中,为提高车身耐腐蚀性能，一般在汽车车身结构设计、电泳涂料选择、工装设计及电泳工艺参数设定等方面充分考虑汽车车身内腔电泳成膜问题，产品设计环节优化车身电泳通电孔等相关工艺孔的设计，同时选用镀锌钢板等防腐性能良好的钢材。镀锌钢板的使用是车身腐蚀防护概念的重要组成部分，汽车钢板的耐腐蚀镀层厚度及梯度电泳膜厚的研究，是一个急待解决的课题，通过循环交变试验验证，比较相同镀层厚度而不同电泳梯度膜厚下的耐腐蚀性能差异，作为车身板材设计及电泳漆膜厚度的设计依据，使汽车产品满足在使用寿命内的车身防腐性能要求，提高整车防腐性能。

2、试验验证

2.1 板材

本次试验选用不同镀锌层厚度的GA锌铁合金热镀锌板和DC04型号的冷轧钢板，试板参数信息详见表1。

表1 试板参数信息

2.2 前处理试验

不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材和冷轧板均在实验室开展前处理试验，工艺流程为脱脂→自来水水洗→表面调整→磷化，脱脂工序采用碱性脱脂剂，型号为FC-E2021，工艺参数为游离碱度9～15pt，温度40～50℃，时间3min，操作方式为浸渍；水洗直接采用自来水冲洗，常温，时间1min，表面调整剂采用液态表调剂，型号为PLX，工艺参数为pH值为8～10，常温，时间1min，操作方式为浸渍。磷化采用三元锌系磷化，型号为PB-3035，工艺参数为：游离酸0.6～1.0pt，促进剂浓度2.0～4.0pt，温度33～37℃，时间3min，工艺方式浸渍。

2.3 电泳试验

不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材和冷轧板均在实验室开展电泳制板工作。将制备好的前处理试板用纯水润湿后电泳，电泳涂料采用高泳透力电泳漆HT-8000，电泳工艺参数，电泳电压为冷轧板结合试验电泳膜厚设计要求，设定在100～320V之间，镀锌板电泳最小电压为有效成膜下限，最大电压为击穿电压临界值，电泳槽液温度为29℃，电泳时间为软启动30 s，电泳时间共计3min。电泳后试板用纯水冲洗干净，在烘箱中165～175℃烘烤20min，自然冷却后在干燥器内存放，控制试板漆膜厚度为梯度电泳膜厚。

2.4 测试性能及技术指标

对不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材和冷轧板的前处理皮膜以及梯度电泳漆膜性能检测按照表2的技术指标及检测方法进行检测。

表2 检测技术指标及检测方法

 

3、试验结果与讨论

对不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材和冷轧板试板制备的前处理板进行实验室电泳，通过控制电泳电压，实现电泳漆膜厚度为梯度，并对电泳后的试板漆膜性能进行检测。

3.1 电泳膜厚

试验用磁性测厚仪对不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板材和冷轧板经过前处理电泳前后进行膜厚度测定，前处理的厚度为镀锌层的镀层厚度，电泳后膜厚为梯度膜厚（含镀锌层厚度），电泳漆膜膜厚（表3）均满足设计要求。

3.2 电泳漆膜附着力

将制备好的梯度膜厚电泳试板按ISO 2409-2007色漆和清漆漆膜的划格试验方法进行检测，用BYK划格器（规格为1mm）划十字，用3M胶带测试漆膜附着情况。试验结果显示，不同镀锌层厚度的锌铁合金热镀锌板和冷轧板在不同梯度电泳膜厚下十字部分交叉部位切割边缘完全平滑，无一格脱落，附着力均为0级。

表3 电泳漆膜厚度

注：上述冷板及3种镀锌板的梯度电泳净膜厚为5～6/8～9/10～11/13～14/15～17/19～20/22～24/25～26μm。

3.3 电泳漆膜循环交变性能

试验采用循环腐蚀试验方法，将不同镀层厚度、梯度电泳漆膜板材的四边用3M防水胶带封边，试板中心用Erichsen公司生产的型号为463的划痕工具，宽度为0.5mm的刀片划X型处理，按ASTM D1654循环交变腐蚀（30个循环）方法进行实验室试验测试，腐蚀结果采用膜下扩蚀面积测试图像积分法进行结果评价，如图1所示。

图1 膜下扩蚀面积图像积分法流程

实验结果如下。

a.冷轧板不同电泳漆膜厚度试样经过30个循环交变腐蚀实验后，对试板表面进行评价，试板表面膜下扩蚀严重，随着电泳漆膜厚度增加膜下扩蚀面积呈下降趋势，漆膜过薄时漆膜物理阻隔性能失效详见图2和图3。锌铁合金热镀锌板（35 g/m²）随着电泳漆膜厚度增加膜下扩蚀面积呈快速下降趋势，漆膜厚度较薄（≤15μm）时膜下腐蚀仍较大，详见图4和图5。

图2 锌铁合金热镀锌板（35g/m²）腐蚀情况

b.锌铁合金热镀锌板（45g/m²）不同电泳漆膜厚度试样均出现较轻膜下扩蚀；随着电泳漆膜厚度增加膜下扩蚀面积呈下降趋势，测试膜厚＞22 μm时无显著膜下扩蚀发生，详见图6和图7；锌铁合金热镀锌板（60 g/m²）不同电泳漆膜厚度试样轻微膜下扩蚀，随着电泳漆膜厚度增加膜下扩蚀面积呈下降趋势，测试膜厚＞22μm时无显著膜下扩蚀发生，详见图8和图9。

图3 冷轧板腐蚀情况

图4 冷轧板腐蚀图片

图5 锌铁合金热镀锌板（35g/m²）腐蚀图片

图6 锌铁合金热镀锌板（60g/m²）腐蚀情况

图7 锌铁合金热镀锌板（45g/m²）腐蚀情况

图8 锌铁合金热镀锌板（45g/m²）腐蚀图片

图9 锌铁合金热镀锌板（60g/m²）腐蚀图片

c.在同样电泳膜厚的情况下，镀锌层重量越大防腐性能越好，如图10所示，采用镀锌质量达到45g/m²时，涂层膜下腐蚀量会明显下降并趋于稳定。

图10 不同锌铁合金热镀锌质量对耐膜下腐蚀的影响分析

4、结束语

通过对不同镀锌层厚度的GA锌铁合金热镀锌板材和冷轧板的梯度电泳漆膜性能研究表明，无镀层冷轧板表面电泳后耐膜下腐蚀性能较差，随着电泳漆膜厚度增加耐膜下腐蚀性能逐渐增强,但主机厂一般电泳层厚度要求分别为：内腔膜厚≥8μm，内表面膜厚≥12μm，外表面膜厚≥17μm,如全部采用冷轧板，即使电泳膜厚达到25μm时，膜下扩蚀面积仍有8cm²，在一些防腐性能要求较高区域仍存在一定腐蚀风险。相同电泳膜厚情况下，镀层重量增加膜下腐蚀保护性能提升，但同时镀层重量增加对外观可能会产生不良影响，根据上图9,在镀锌层重量达到45g/m²时，膜下腐蚀量已明显下降并趋于稳定，因此大多数主机厂在一些腐蚀环境较为恶劣的部位会采用镀锌重量为45g/m²的镀锌板来保证车身的防腐要求。同时汽车车身用材各主机厂一般会结合用材习惯、车型市场定位、自身涂装体系特征和耐蚀性能要求等综合考虑，选择冷轧板或更加经济的镀层质量镀锌板，以保障整车耐蚀性能。

来源：《汽车工艺与材料》

作者：吴吉霞、邢汶平、程新鸣、赵艳亮

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