Automobile Technology & Material
汽车车身铝合金板材加速防腐试验方法的研究
田冰星 邢汶平 肖毅川
230601） （安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，合肥
摘要：介绍了铝合金板材的腐蚀机理，对车身铝合金板材的耐腐蚀影响因子进行分析，并
通过乙酸加速盐雾试验（AASS）、铜加速乙酸盐雾试验（CASS）、丝状腐蚀试验（FILIFORM）以及汽车零部件及材料循环腐蚀试验（CATCH）等4
种不同实验舱加速腐蚀试验方法和户外海南整车道路强化腐蚀户外整车道路强化腐蚀试验进行对比，通过试验数据得出不同室内试验方法与户外试验方法的相关性。结果显示，无论是从试验样板的腐蚀形貌还是腐蚀面积进行对比，
CATCH
方法都是最接近户外海南整车道路强化腐蚀试验的室内加速腐蚀试验方法。关键词：车身铝合金板材 实验舱加速腐蚀试验 相关性
中图分类号：U466 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190260
1 引言
1%，
根据相关研究数据显示，汽车质量每减轻
0.6%～1.0%；车辆每减重100 kg，
可节省燃料消耗
CO2 5 g/km，在轿车中每使用1kg
排放量可减少约
20 kg
铝，可在其使用寿命期内减少 尾气排放。铝合金是汽车车身重要的轻量化材料，其具有强度
1/3，耐腐蚀性
高且质量轻的特点，比重是钢铁的优越，经久耐用更安全。近二十年，随着铝合金挤压、铸造、温热成型等加工工艺的成熟，以及适合铝合金的热连接和机械连接等各种新工艺不断被开发出来，铝合金在汽车白车身的轻量化中也得到了广泛的应用。
目前，国内外各知名车企都在纷纷研究采用铝合金汽车车身，部分高端品牌车身铝合金的应
作者简介：田冰星（1983—），男，工程师，学士学位，研究方向为汽
车开发涂装工艺同步工程分析及车身防腐技术研究。
A8
用比例已经达到较高的水平，如奥迪 白车身铝
65.3%，特斯拉S
合金比例达到 系列铝合金比例达
97%，这也是目前车身铝合金比例最高的车型。
到
ES8\ES6
我国自主品牌汽车起步较晚，除蔚来汽车
96%外，其他汽车
系列产品白车身铝合金比例达到车身铝合金使用才刚刚开始，并仅仅用于一些结构简单的零件。
随着汽车车身铝合金板材的应用，对于其耐腐蚀性研究已经成为涂装行业迫在眉睫的一个研究课题，本文主要介绍了铝合金板材的腐蚀机理，并通过实验室加速腐蚀试验与户外整车试验对比，得出与整车试验相关性更好的实验室加速腐蚀试验方法。
2 铝合金板材腐蚀机理简介
2.1 汽车车身铝合金板材介绍
1000/2000/3000/
常见的铝合金系列，主要包括4000/5000/6000/7000
等多个系列，不同系列的铝合
5000
金材料的特性和使用范围有所不同。其中 系
列、6000
系列铝合金材料具有良好的成型性和强度，适用于汽车车身。
5000 Al-mg，镁含量在3%～
系列主要合金元素
5%左右，Mg Al。6000
固溶于 系列主要合金元素为
Al- Mg- Si，mg 1% ，Si 0.6%
含量 含量 ，强化相为
Mg2si。从表1 5000 n
中可以看出 系列的硬化指数
5000
值最大，说明 系列板材的冲压性能最好，但
5000
系列存在表面拉伸伤痕，导致吕德斯线（金属板材由于局部的突然屈服产生不均匀变形，在表面产生条带状皱褶的一种现象，会降低冲压件表面质量）较差，因而可用于制成汽车内部结构复杂且表
面质量要求不高的部件。6000
系列的均匀伸长率
6000
最大，说明 系板材的极限变形程度最大，不存在表面拉伸伤痕，可以用于表面质量要求较高的外板部件。
5000
因此 系列铝合金一般应用于车身内板、
6000
系列铝合金一般应用于车身。不同系列铝合
1。
金材质的物理性能见表
2.2 铝合金腐蚀机理
在水溶液中铝的平衡电极电位为-1.66V。平
衡电极电位是指在一个可逆的电极中，金属成为阳离子进入溶液以及溶液中的金属离子沉积到金属表面的速度相符时，反应达到动态平衡。即正逆过程的物质迁移和电荷运送速度都相同，此时该电极上的电位值称为平衡电极电位。不同金属
1。
的平衡电极电位见图
铝在空气中，2AL+3/2O2→AL2O3
。铝在水溶液中会发生电化学反应如下。a.阳极反应：al—3e→al3+
；
b.阴极反应：3h++3e→3/2h2
；
O2+2H2O+4E→4OH（中性或碱性溶液）；
-
O2+4H++4E→2H2O（酸性溶液）； 2AL+3H2O→A（L OH）3+3/2H2
。
2 PH
从图 中可以看出，铝合金在不同 值的溶液中的存在形式是不同的。
A.PH 4～8
值为 区间，溶液中的铝以氧化铝的形式存在；
B.PH 值＜4
时，溶液中的铝以铝离子的形式存在；
C.PH值＞8
时，溶液中的铝以偏铝酸根离子的形式存在。在空气中，铝被氧化后形成一层氧化膜，以
AL2O3
形式存在，当氧化膜上有液体存在时，会通过
PH
氧化膜渗入到铝板基体内，当溶液环境为 值＜
4
的酸性环境时，就会在基材内部发生化学反应，铝以离子的形式存在，此时铝被腐蚀。当溶液环
PH值＞8
境为 的碱性环境时，铝也会发生化学反
应，生成氢氧化铝，在不同浓度的碱性条件下，氢氧化铝和偏铝酸根离子相互转化，此时铝也会被
3
腐蚀[1]，如图
所示。
另外，铝合金基材中含有不同种类的金属元素，这些金属元素与铝会形成第二相，第二相与基体铝金属之间存在电位差，导致电化学反应的发
4）。这也是铝合生，使得铝合金局部发生腐蚀（图金发生点蚀以及晶界腐蚀的重要原因。
3 车身铝合金板材加速腐蚀试验验证
本试验主要是通过室内加速腐蚀试验与户外整车道路强化腐蚀试验进行试验对比，得出室内加速腐蚀试验与户外试验的相关性。
3.1 试验样板
根据铝合金板材以及涂层的腐蚀机理，为了试验能够得到不同腐蚀程度的结果，从铝合金板材的种类、涂装前处理电泳面漆的工艺和材料、电泳漆膜的厚度等影响因素去制作不同条件组合的试验样板。
4种板材（2 5000 6000
确定了 个厂家的 系列和
系列），3
种前处理方式（有机转化膜、薄膜前处理
以及磷化加氟前处理），2
种面漆（传统面漆、喷粉
面漆），3种电泳膜厚（7/11/17 μm）。
3.2 试验方法
5
本次试验主要选择了 种实验室加速腐蚀试验方法，包括压力锅试验（主要测试涂层的附着
力）、AASS、CASS、FILIFORM CATCH。户外试验主
和
QC/T 732—2005
要是按 《乘用车强化腐蚀试验方
2
法》贴板试验，试验介绍如表 所示。
3.3 试验结果
3.3.1
压力锅试验
压力锅试验[2]主要是测试样板涂层的附着力，
1h
一般要求压力锅试验 ，在划格区域内的涂层应
5
无脱落，表面不应该有气泡。图 所示的是经过压
1h
力锅试验 后的铝合金涂层样板附着力的测试结果，从放大图中显示可以看出，部分试验板划痕处已经出现脱落现象。
CASS
将同批次样板经过压力锅试验和 加速腐蚀试验结果对比，得出以下结果。
图5 样板压力锅试验检测结果及局部放大示意
a.由于不同样板的制作工艺及板材有所不同，
所以腐蚀程度存在差异。
CASS
b.压力锅试验的结果与 试验的结果相关
3），压力锅试验不合格的样板在CASS
性较好（表 试验中均出现了不同程度的扩蚀，压力锅试验合格的
样板，CASS 6
试验也同样没有出现问题，如图 所示。
从以上结论中可以看出，在铝合金涂层板的耐腐蚀性测试前，可以先通过压力锅对铝板涂层进行测试，压力锅测试不合格，将不具备加速腐蚀试验的条件，试验终止。
3.3.2
室内加速试验与户外试验
AASS、CASS、FILIFORM、
本次试验主要研究了
CATCH 4
种室内酸性加速腐蚀试验与乘用车强化腐蚀试验方法贴板试验（在海南试验场进行的整车道路强化腐蚀）之间的相关性，通过试验结果对比分析哪种室内加速腐蚀试验与实际户外的结果最接近，相关性最好。
3.3.2.1
结果评价方法室内加速腐蚀试验与户外试验的腐蚀结果，
7
统一采用面积进行统计对比。如图 所示。
图7 腐蚀结果评价示例
3.3.2.2
试验结果分析
24 4
试验结果主要统计了 块样板分别在 种室内加速腐蚀试验方法和户外整车道路强化腐蚀试
4
验方法贴板试验的，具体结果如表 所示。从试验数据可以得出以下结论。
A.AASS CATCH
和 试验结果与乘用车强化腐
蚀试验方法贴板试验结果相近，CASS Filiform
和 腐
8
蚀程度相对较大，如图 所示。
AASS CATCH
b.将 和 试验结果单独与整车道
9 CATCH
路强化腐蚀试验结果对比，如图 显示 的试验结果与整车道路强化腐蚀试验结果更加接近，相关性更好。
c.从所有样板的在不同腐蚀试验下的腐蚀面积
10显示，CATCH
求和来分析，如图 试验的腐蚀面积总计与整车道路强化腐蚀试验总计面积最接近。
11、图12）可以看出腐
d.从腐蚀样板的形貌（图
CASS 试验＞filiform 试验＞AASS
蚀强度为 试验＞
CATCH CATCH
试验且 试验的腐蚀形貌与整车道路强化腐蚀试验方法贴板试验的腐蚀形貌最接近。
4 结论
通过对汽车车身铝合金板材腐蚀机理研究，通过不同的实验室加速腐蚀试验方法和乘用车强化腐蚀试验方法贴板试验进行对比，得出以下结论。
5000 6000 a.汽车车身所使用的 系列和 系列铝合金板材在有涂层保护的情况下，依然可能出现腐蚀现象。
b.铝合金涂层的耐腐蚀性检测可通过压力锅
试验对涂层的附着力进行检测，如果检测不合格则无需进行下一步的试验检测验证。
4 AASS，CASS、
c.从 种室内加速腐蚀试验包括
Filiform CATCH
和 与乘用车强化腐蚀试验方法贴
板试验进行对比分析，CATCH
试验无论是样板的腐蚀面积和腐蚀形貌，都最接近户外整车道路强化腐蚀试验方法贴板试验结果。
CATCH
试验结果最接近整车道路强化腐蚀试
CATCH
验方法，主要可能是 是酸性条件下的循环交变试验，其它试验都是酸性条件下恒温恒湿试
验，CATCH
相对来说更接近户外实际条件。但是
CATCH PH 4.0，相对其它3
由于 试验 值为 种试验方法，加速腐蚀的速度较慢，试验周期较长，后期
PH
可以通过 值的优化，提升腐蚀速率，在保证相关性的前提下，减少试验时间，成为对铝合金板材加速耐腐试验检测的最有效方法。
参考文献：
[1] 马腾, 王振尧, 韩薇. 铝和铝合金的大气腐蚀[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2004, 16（03）:155-161.
[2] GB 5237. 4—2004, 铝合金建筑型材[S].