鹽霧試驗(yàn)機(jī)劃線處理對(duì)電泳漆膜腐蝕蔓延的影響

引言：

 在實(shí)驗(yàn)室評(píng)估漆膜耐腐蝕性時(shí)通常需要對(duì)涂裝樣品在鹽霧試驗(yàn)前進(jìn)行劃線預(yù)處理。劃線處理是通過人為破壞模擬車輛實(shí)際使用中被刮傷，在鹽霧試驗(yàn)機(jī)氛圍中加速腐蝕破壞的結(jié)果，能反映腐蝕試驗(yàn)中漆膜的耐久性。但是不同地域使用的劃線刀具不同，刀形、劃線深度以及暴露的金屬面積等都不相同，這對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響。目前關(guān)于劃線操作各主機(jī)廠均沒有統(tǒng)一的方法，對(duì)不同劃線處理影響漆膜腐蝕蔓延結(jié)果缺乏對(duì)比分析，其機(jī)理尚無深入討論。
 
本研究選擇常見的刀具分別對(duì)鐵基、鋁基、鐵基鍍鋅板的電泳漆膜進(jìn)行不同的劃線處理，在不同的鹽霧試驗(yàn)機(jī)鹽霧環(huán)境中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，運(yùn)用立體顯微鏡從微觀角度對(duì)劃線處理形貌影響涂層腐蝕擴(kuò)展的機(jī)理進(jìn)行探索研究，分析不同劃線處理對(duì)漆膜腐蝕蔓延性能的影響。目的在于揭示劃線處理的影響因子以及完善漆膜耐腐蝕蔓延評(píng)價(jià)體系。
 
試驗(yàn)
 
樣品按照如下五種刀形進(jìn)行劃線處理，使用的刀具分別為a：ERICHSEN 0.5 mm；b：ERICHSEN 1.0 mm；c：V形尖頭劃刀；d：V形圓弧頭劃刀；e：U型劃刀。
 
1、不同刀形的影響
 
對(duì)鍍鋅板分別采用圖1中c和d進(jìn)行劃線并進(jìn)行840h中性鹽霧 (NSS) 試驗(yàn)。圖2為兩種劃線方式的微觀形貌圖。從圖中可以看出兩種劃線方式產(chǎn)生的劃痕形貌均為楔形，在圖b中劃痕底部較a寬，兩種劃線均已穿透鍍鋅層至鐵基體。
 
圖3為中性鹽霧試驗(yàn)后去除腐蝕產(chǎn)物的樣品表面劃線形貌圖。從圖中可以看出，試驗(yàn)后劃線處均產(chǎn)生了明顯的腐蝕蔓延，但均未出現(xiàn)明顯紅銹。去除表面疏松的漆膜及腐蝕產(chǎn)物后，目測兩種劃線方式得到的腐蝕蔓延程度相近。
 
目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)腐蝕蔓延的評(píng)價(jià)主要分為兩種：一種是按照ISO 4628-8取點(diǎn)計(jì)算平均值，另一種是直接量取大蔓延寬度。圖3中a單邊平均腐蝕蔓延1.69 cm, 大單邊蔓延2.50 cm；b單邊平均腐蝕蔓延1.40 cm，大單邊蔓延2.00 cm?？梢?，采用方式a進(jìn)行劃線處理得到的腐蝕蔓延略大于方式b，對(duì)經(jīng)840h長周期的NSS試驗(yàn)，這兩種方式腐蝕蔓延差別不大。
 
2、不同劃線方式的影響
 
目前各大主機(jī)廠關(guān)于劃線的形狀及角度等并未統(tǒng)一，對(duì)于不同劃線方式對(duì)腐蝕蔓延的影響尚未深入研究。圖4為使用同種寬度的刀具在同一鍍鋅板上分別進(jìn)行5種方式的劃線，其中a、b、c 3種是目前使用較多的劃線方式。
 
 
從圖4中可以看出，c和e中橫線處腐蝕蔓延明顯小于其他方向，同時(shí)在c和d中由于淌銹，對(duì)其下方的劃線造成了干擾。忽略c和e中的橫線部分，對(duì)5種劃線處的蔓延分別取平均值，結(jié)果顯示， a、b、c、e  4種方式的蔓延情況基本一致，分析a與d的差異，同樣為斜方向蔓延差值較大主要是由于a中存在交叉位置導(dǎo)致腐蝕較重，涂層更易剝離。同時(shí)試驗(yàn)兩塊板，得到的規(guī)律具有一致性。因此，在實(shí)際的劃線處理中豎直方向一條線是可以用于表征漆膜抗劃線蔓延性能的。橫線與豎線的劃線蔓延差別較大的原因可能是因?yàn)闄M向更容易集聚腐蝕產(chǎn)物及鹽漬，高濃度的腐蝕產(chǎn)物和鹽漬對(duì)吸附氧具有競爭關(guān)系，從而能抑制腐蝕反應(yīng)的繼續(xù)擴(kuò)展。
 
3、不同基材及試驗(yàn)條件的影響
 
汽車行業(yè)常用的基體金屬材料有鐵基、鋁基、鐵基鍍鋅3種。3種材料的電泳漆膜劃線處耐鹽霧腐蝕蔓延能力有很大的不同。為了研究影響劃線腐蝕蔓延性能的影響因素，選取具有代表性的試驗(yàn)條件同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。圖5為不同基材在不同鹽霧試驗(yàn)條件下的腐蝕蔓延數(shù)據(jù)。
  
從圖中可以看出，NSS條件下鍍鋅電泳板的腐蝕擴(kuò)展很明顯，3種條件下鋁基電泳板材均無明顯腐蝕蔓延。在SAE J2334條件中鍍鋅電泳板腐蝕蔓延＜鐵基電泳板，同樣為循環(huán)鹽霧的ISO 11997-1 cycle B中鐵基電泳板＜鍍鋅電泳板。首先分析NSS條件下鍍鋅層腐蝕蔓延較明顯的原因是中性鹽霧試驗(yàn)持續(xù)噴霧，箱內(nèi)Cl-濃度及相對(duì)濕度始終較高，鍍鋅板腐蝕產(chǎn)物疏松，無法阻止水分及Cl-進(jìn)入，而鐵基電泳板中腐蝕產(chǎn)物相對(duì)致密，導(dǎo)致腐蝕進(jìn)展較慢。
 
分析兩種循環(huán)鹽霧條件下，鍍鋅電泳及鐵基電泳表現(xiàn)相反的情況，可能是因?yàn)樵囼?yàn)溶液及試驗(yàn)條件不同而導(dǎo)致。SAE J2334 使用的溶液含有CaCl2及NaHCO3，并且涉及高溫階段；而ISO 11997-1 cycle B使用的是常見的NaCl溶液且沒有50℃以上的高溫階段。GMW 14872中使用的溶液與SAE J2334類似且高溫階段的溫度維持在60℃，分別使用鍍鋅基與鐵基電泳板材進(jìn)行同周期的GMW 14872試驗(yàn)，得到的結(jié)果圖6所示。從圖中可以看出，GMW 14872試驗(yàn)后鍍鋅基電泳板腐蝕蔓延明顯小于鐵基電泳板的腐蝕蔓延。
 
綜上所述，在無高溫階段并使用NaCl溶液的循環(huán)腐蝕過程中鍍鋅基材的腐蝕蔓延較鐵基體大，而在有高溫階段并使用復(fù)合鹽的腐蝕過程中鐵基電泳漆膜的腐蝕蔓延值要大于鍍鋅基材?？梢姼g蔓延程度與電泳基體及腐蝕條件有較大關(guān)系。
  
4、劃線深度的影響
 
分別在同一鍍鋅板上使用同一種劃線刀進(jìn)行兩組劃線，一組劃線深度觸及但不穿破鍍鋅層；另一組劃線穿透鍍鋅層，見圖7。
 
對(duì)劃線試板進(jìn)行5個(gè)循環(huán)的ISO 11997-1 cycle B的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，圖8左側(cè)3條為穿透鋅層的試驗(yàn)結(jié)果，在右側(cè)3條為未穿透鋅層的試驗(yàn)結(jié)果。從圖中可明顯看出，劃線深度較深時(shí)腐蝕蔓延寬度大于劃線較淺的線條。
  
這是因?yàn)閯澗€較深時(shí)漏出鐵基體，鐵基體與鋅鍍層構(gòu)成電偶對(duì)，加速了鋅的腐蝕，鋅發(fā)生腐蝕會(huì)形成毛狀2ZnCO3?3Zn(OH)2， ZnO，ZnCl2?Zn(OH)2等。這些腐蝕產(chǎn)物具有吸濕性，在循環(huán)交變鹽霧試驗(yàn)機(jī)伴隨鹽霧和高濕度的過程，劃線處腐蝕產(chǎn)物逐漸堆積，腐蝕產(chǎn)物將劃線凹槽填平，腐蝕逐漸發(fā)展成膜下腐蝕橫向擴(kuò)展。由于電偶加速作用更容易形成腐蝕產(chǎn)物堆積，所以劃線較深時(shí)腐蝕蔓延較劃線較淺時(shí)的更嚴(yán)重。
 
5、不同線寬的影響
 
分別在同一鍍鋅板分別進(jìn)行0.5 mm和1 mm寬度的劃線處理，得到劃線處的微觀形貌如圖9所示?？梢钥闯?，兩種刀形劃線的差別僅在劃線寬度不同。
 
 
圖10為在腐蝕試驗(yàn)后的形貌圖，左側(cè)3條為0.5 mm寬，右側(cè)3條為1 mm寬的劃線。表1為兩種劃線方式經(jīng)腐蝕試驗(yàn)得到的蔓延結(jié)果?？梢钥闯觯骄祦砜?，0.5mm劃線方式平均值較大，大蔓延來看，1mm劃線方式的腐蝕較大。
 
0.5 mm劃線目測漆膜脫落連續(xù)性較強(qiáng)，因平均腐蝕蔓延的計(jì)數(shù)方法是根據(jù)ISO 4628-8間隔固定距離量取的左右大值后計(jì)算得到的，這種計(jì)算方法更好的反映了整體腐蝕蔓延情況，但存在對(duì)腐蝕蔓延嚴(yán)重程度反映不足的問題。在使用大蔓延來評(píng)估時(shí)，可以明確漆膜抗劃傷腐蝕蔓延的能力，但同時(shí)也存在數(shù)據(jù)偶然性的問題，因此較好的評(píng)估方法應(yīng)該是同時(shí)記錄并評(píng)價(jià)兩種評(píng)價(jià)方法。
 
在鍍鋅層與鐵基體構(gòu)成的電偶腐蝕對(duì)中鋅作陽極，鐵作陰極，兩種不同寬度的劃線方式鍍鋅層暴露面積相等，鐵基體暴露的面積0.5 mm為1 mm下的一半。在該腐蝕體系中，腐蝕初期電極反應(yīng)主要受陰極控制，此時(shí)電極反應(yīng)速度隨暴露面積的增加而增加；當(dāng)腐蝕產(chǎn)物較多，腐蝕體系變成電阻控制，此時(shí)鍍鋅層形成的腐蝕產(chǎn)物的數(shù)量及分布將完全決定腐蝕的反應(yīng)速度。劃線較寬時(shí)堆積的腐蝕產(chǎn)物較劃線較窄的要多，絮狀腐蝕產(chǎn)物吸水性更強(qiáng)，誘發(fā)強(qiáng)烈的膜下腐蝕，所以腐蝕蔓延中劃線較寬時(shí)大腐蝕蔓延值較大，而劃線較窄的劃線方式中看起來腐蝕蔓延更均勻。
 
結(jié)語
（1）使用不同刀形劃線對(duì)腐蝕腐蝕蔓延影響不同，V形尖頭與V形圓弧頭的差別不大；
（2）不同劃線角度，橫向劃線蔓延較小，豎向與傾斜角度差別不大；
（3） 腐蝕蔓延程度與基體及腐蝕條件有較大關(guān)系，鋁合金基材電泳膜耐腐蝕蔓延性能；
（4）劃線深度影響漆膜抗腐蝕擴(kuò)展，劃線深時(shí)腐蝕蔓延較大；
（5）不同劃線寬度對(duì)漆膜的影響較為復(fù)雜，劃線較寬時(shí)大腐蝕蔓延值較大，劃線寬度較h腐蝕蔓延更均勻，實(shí)際測試中評(píng)價(jià)應(yīng)從平均蔓延值及大蔓延值兩個(gè)維度評(píng)價(jià)更為合理。