Vol.53 No. 10 Oct.
姜进京，但文德，周 林
(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海200438)
［摘要］通过对汽车常用不锈钢与紧固件连接处发生的腐蚀进行机理研究，发现紧固件镀锌、锌铝、锌操件之间 电位差差异较小，改变紧固件镀层不能解决腐蚀问题，只能通过改变不锈钢材料来降低与紧固件的电位差或通过 电泳漆等非金属隔离层隔离不锈钢与紧固件连接，规避两者接触引起的电偶腐蚀。
［关键词］不锈钢；紧固件；镀层；腐蚀；电位
［中图分类号］TG172 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-1560(2020)10-0112-03
Study on Corrosion Mechanism and Solution of Automotive Stainless Steel and Fasteners
JIANG Jin-jing, DAN Wen-de, ZHUO Lin
(Commercial Vehicle Technical Center , SAIC Motor Corporation Ltd., Shanghai 200438, China)
Abstract : In this paper , the corrosion mechanism of stainless steel and fastener joints commonly used in automobiles was studied. It was found that the differences of potential difference of zinc plating , zinc - aluminium plating , zinc - nickel plating for fasteners were very small , and changing the coating of fasteners could not solve the corrosion problem. The galvanic corrosion caused by contact between them could only be avoided by changing the stainless - steel materials , or by separating stainless steel from fasteners , such as electrophoretic paint and other non - metallic isolation layer.
Key words : stainless steel ; fastener ； electroplated layer ； corrosion ; potential
0前言
工业污染、太阳辐射、道路石击、海洋性气候和北 方地区冬季道路防滑氯盐的使用等因素，加速了汽车 用钢材的腐蚀，国内外市场人士对车辆锈蚀问题的关
注度和要求愈来愈高。调研发现，汽车的腐蚀问题多 为异种材料的零件接触腐蚀，其中不锈钢零件与
紧固
件螺栓接触腐蚀占比较高。常见的不锈钢与紧固件组 件有蓄电池304不锈钢固定支架与螺栓、304不锈钢移 门导轨与螺栓、436不锈钢固定管路和支架与螺栓、409
不锈钢排气管与螺栓、304不锈钢地板与螺栓等。在整
车腐蚀试验过程中，某车型中的不锈钢与紧固件连接 位置均发生了薄液膜下的腐蚀问题(见图1)。(a ) OBC 固定支架螺栓锈蚀 (b )移动门导轨固定螺栓锈蚀 (c )儈路固定支架螺栓锈蚀
图1不锈钢与紧固件连接腐蚀问题
［收稿日期］2020 -05-24
［通信作者］姜进京(1982-)，本科，总监，主要从事汽车整车开发设计工作，电话：136****3200,E-mail ：shjdjjj@
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超保#
第53卷•第10期• 2020年10月赵晓宏⑴研究发现，镀锌铝和镀锌鎳螺栓分别与 SS400热轧钢连接时，镀锌鎳螺栓比镀锌铝螺栓抗腐蚀 力强。徐敬等⑷研究了 304L 不锈钢法兰配35CrMo 紧 固件腐蚀问题，发现不锈钢局部渗碳后耐蚀性降低发 生腐蚀，并给出了在设计过程中避免不锈钢法兰配碳 钢紧固件发生腐蚀情况的建议。冯子峰等⑶研究了奥
氏体不锈钢紧固件电偶腐蚀问题，进一步讨论了奥氏 体不锈钢活化-钝化腐蚀的机理。骆青业等⑷依据实 际使用环境，研究了 14Crl7Ni2不锈钢紧固件进行达 克罗涂层和电解钝化2种表面处理工艺的可行性。由 上述研究可知，不锈钢与其他材料连接容易出现电偶 腐蚀问题，这也是行业研究的方向。
目前，汽车生产中常用的不锈钢有304/409/436 等，而紧固件主要是由高强碳钢件、合金钢件等材料通 过机加工和电镀工艺所得到，常用电镀层有电镀锌、锌 铝、锌镰合金等。作为连接件的紧固件，不可避免地在 使用的时候和车体中普通钢件和有金属合金制造的 部件接触，也会与不锈钢直接接触。
本工作选择常用不锈钢304和紧固件（镀锌、锌铝、 锌镰）之间的腐蚀机理进行研究。通过测量极化曲线, 确定标准电极电位，并用盐雾试验验证，探讨不锈钢与紧 固件连接腐蚀的机理。再根据腐蚀机理，提出解决腐蚀 问题方案，并通过盐雾试验和整车腐蚀试验验证。1腐蚀机理1.1试验材料及试剂
试验材料化学成分（质量分数）见表1，试验试剂: 乙醇、硫酸、丙酮、氯化钠均为市售分析纯。
表1
试验材料化学成分%元素C Mn P S Cr Ni Fe
DC010.1300.6000.3500.030 --余量3040.070 2.0000.0350.030 17.000-19.000&000-11.000余量1.2试验测试与分析1.2.1不锈钢与紧固件的标准电极电位试验为了测量紧固件镀层的标准电极电位，选用DC01 钢板切割成10 mmXlO mm 的正方形，在电镀厂随紧固 件一起滚镀，获得与紧固件镀层一致性能的电镀锌、锌 铝和锌镰镀层试样。
同时，制作不锈钢304的10 mm X 10 mm 试验样 品。采用GamrylOOO 电化学工作站测量4种试样在常 温下3.5%NaCl 溶液中的标准电极电位见图2O
■7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0Ig[J/ ( A • cm 2 )]-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
lg[«// ( A • cm'2)]lg[J/ ( A • cm 2)](c)镀锌铝lg[J/ ( A • cm -2)](d)镀锌鎳
图2 4种试样的标准电极电位
试验结果显示，304不锈钢的电位为-1.002 V （vs V，镀锌锌的电位为-1.320 V 。根据结果可以看出304SCE ），镀锌的电位为-1.360 V，镀锌铝的电位为-1.330 不锈钢与3种镀层之间的电位差较大，镀锌、锌铝、
锌
Vol.53No.1()Oct.2020
鎳件之间电位差差异较小。
1.2.2不锈钢与紧固件盐雾试验
在整车腐蚀试验中，不锈钢与紧固件连接均出现了锈蚀。试验材料选用304不锈钢板(20cmx25cm)、M8镀锌螺栓、锌铝螺栓和锌镰螺栓，进行240h单体和组合件的中性盐雾试验，试验方法按照标准GB/T 10125“人造气氛腐蚀试验盐雾试验”实施。试验期间，盐雾箱内温度维持在(35±2)咒，整个试验阶段应能够提供合适的湿度，氯化钠浓度为(50±5)g/L,pH值在6.5-7.2，盐雾沉降量1.5mL/(80cm2-h)。中性盐雾试验时间分别为0,96,168,240h o
试验结果显示，单体240h盐雾试验均未出现红锈。组合件240h锈蚀严重。试验还发现，无论是单体还是组合件中的304不锈钢均未发生腐蚀现象。
1.2.3结果分析
通过对不锈钢与紧固件的标准电极电位试验和盐雾试验分析得到，单体均满足240h盐雾试验要求，而组合件240h盐雾试验均出现严重锈蚀现象，说明接触后，电位不同的2种金属在电解质溶液中发生原电池反应，其中电位较低的金属构成原电池的阳极，发生氧化反应，腐蚀速率增大；电位较高的金属构成原电池的阴极，发生还原反应，腐蚀速率减小，受到保护，即电偶腐蚀。因此,304不锈钢被保护，紧固件镀层被腐蚀。同时还发现镀锌、锌铝、锌镰件之间电位差差异较小，因此不能通过改变紧固件镀层来规避腐蚀问题。
2不锈钢与紧固件腐蚀的解决方案及验证
通过以上腐蚀机理研究发现，不能通过改变紧固件镀层来解决此类问题。因此，只有2种方法可以选择：一种是改变不锈钢材料来降低与紧固件的电位差；另一种是通过隔开不锈钢与紧固件直接接触，规避两者接触引起的电偶腐蚀。
2.1改变不锈钢材料
以管路固定支架螺栓锈蚀为例(见图lc)，支架是304不锈钢，紧固件表面是镀锌层，盐雾试验和整车腐蚀试验均出现红锈，无法满足设计要求。改进方案将304不锈钢改为DC01+镀锌铝，镀锌铝与镀锌件之间的电位差远小于304不锈钢与镀锌件之间的电位差。将DC01+镀锌铝支架与镀锌螺栓连接进行盐雾试验，观察连接件的腐蚀情况。结果显示：240h时,DC01+镀锌铝支架和镀锌紧固件连接处有少量白锈产生，没有发生严重的腐蚀现象，螺栓表面镀层对螺栓依然有保护作用，证实了将管路支架的材料由304不锈钢改为DC01+镀锌铝可以降低两者之间的电位差，减小电偶腐蚀的几率，满足240h的盐雾试验要求。又经过整车道路强化腐蚀试验验证(20个循环)，显示DC01+镀锌铝支架满足试验要求。同时.DC01+镀锌铝的价格低于304不锈钢，降低了成本。
2.2隔开不锈钢与紧固件直接接触
以OBC固定支架螺栓锈蚀为例(见图la)，支架是304不锈钢，紧固件是镀锌鎳镀层，整车腐蚀试验中出现锈蚀问题，不满足设计要求。本案例的改进方案是将304不锈钢改为304不锈钢+电泳漆。在整车中，多数金属零件均采用电泳漆来保证防腐蚀性能，能够满足240h中性盐雾试验要求。同时，电泳漆是非金属材料，使得不锈钢与紧固件之间绝缘无法形成电子导通回路，规避电偶腐蚀。通过搭载整车腐蚀试验验证(20个循环)显示，满足设计要求。
可用于隔开不锈钢与紧固件直接接触实现绝缘的除了电泳漆外，还有很多其他防腐蚀材料如防腐蚀富锌涂料等。
3总结
(1)紧固件中的镀锌、镀锌铝和镀锌镰件的标准电极电位差异不大，分别是镀锌(-1.360V)、镀锌铝(-1.330V)和镀锌谋(-1.320V)，因此，对于不锈钢与紧固件(镀锌、锌铝、锌镰)连接出现的电偶腐蚀问题，不能通过改变紧固件镀层进行解决。
(2)不锈钢与紧固件(镀锌、锌铝、锌鎳)连接时，不锈钢材料电位较高，构成原电池的阴极，腐蚀速率减小，受到保护，不会岀现锈蚀问题。
(3)通过机理研究，发现解决不锈钢与紧固件的腐蚀问题可以采用如下2种办法：一种是改变不锈钢材料来降低与紧固件的电位差；另一种是通过非金属隔离层如电泳漆等隔开不锈钢与紧固件连接，从而规避两者接触引起的电偶腐蚀。
［参考文献］
［1］赵晓宏.汽车紧固件用钢涂镀工艺及电偶腐蚀行为研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学,2017：15-16.
［2］徐敬，付现桥，王伟，等.304L不锈钢法兰配35CrM。
紧固件腐蚀分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2016,
商用汽车23：63-64.
［3］冯子峰，邓明，赵玉江.奥氏体不锈钢紧固件电偶腐蚀原因分析与防护［J］.装备环境工程，2009(5)=10-15.［4］骆青业，赵洲，宋舟航.14Crl7Ni2不锈钢紧固件防腐工艺的研究［J］.机电产品开发与创新，2017(5):12-13.
［编校：王宇］
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