汽車輪轂用鎂合金腐蝕防護(hù)研究.pdf

1、輪轂作為汽車行駛的運(yùn)動(dòng)部件，在支撐全部重量的同時(shí)還起著轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)等關(guān)鍵作用，其輕量化尤其重要。鎂合金汽車輪轂因質(zhì)輕節(jié)能，可提高汽車加速和制動(dòng)性能，同時(shí)因阻尼減振性能而使車輛行駛過(guò)程更加平穩(wěn)舒適，因而受到廣大汽車產(chǎn)業(yè)的青睞。然而，受耐蝕性差等因素的制約，鎂合金至今仍未能成為轎車輪轂的主流材料。本文結(jié)合鎂合金輪轂開(kāi)發(fā)及路試中的問(wèn)題，開(kāi)展了輪轂用鎂合金耐腐蝕性及提高鎂輪轂表面處理層防護(hù)能力等研究。通過(guò)金相顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（

2、SEM）、差示掃描量熱分析（DSC）、X射線衍射（XRD）、拉伸試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)裝置以及電化學(xué)工作站等檢測(cè)設(shè)備，研究了不同含量Ca元素添加以及熱塑性變形條件等對(duì)典型輪轂用鎂合金的組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響規(guī)律和相關(guān)作用機(jī)制；并分析比較了氟碳漆、聚酯漆和微弧氧化三種表面處理方式對(duì)合金耐腐蝕性能、結(jié)合力、延展性和動(dòng)態(tài)彎曲性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴輪轂用鑄態(tài)Mg-5Al-0.4Mn-xCa合金隨著Ca添加量從1wt％，2

3、wt%到4wt%增加，合金中分別依次生成了Al2Ca,(Mg,Al)2Ca和Mg2Ca相。隨Ca含量的改變，合金的腐蝕方式發(fā)生變化，Mg-5Al-0.4Mn合金不添加Ca或者Ca添加量很少時(shí)，合金的電偶腐蝕主要是鎂基體被腐蝕，而當(dāng)Ca添加量較大生成了含Ca相后，含Ca相代替鎂合金基體優(yōu)先受到腐蝕。Mg-5Al-Mn-2Ca合金具有最佳的耐腐蝕性能，腐蝕電流密度為37.82μA/cm2，生成相(Mg,Al)2Ca作為犧牲的陽(yáng)極可保護(hù)鎂基體

4、，合金表面生成的含Ca化合物膜層有阻礙腐蝕介質(zhì)深入基體的作用。⑵通過(guò)輪轂用Mg-2Zn-1Mn-xCa（ZM21-xCa）變形態(tài)鎂的研究發(fā)現(xiàn)：ZM21合金具有較低的腐蝕電流密度，耐蝕性在各種常用鎂合金中有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)不同含量Ca（0.1，0.3，0.7 wt%）添加到ZM21合金后，晶粒細(xì)化和Ca2Mg6Zn3相的生成使合金強(qiáng)度和耐腐蝕性能升高。當(dāng)Ca的添加量過(guò)量為1.6wt%時(shí)，Mg2Ca相生成，合金強(qiáng)度和耐蝕性均急劇下降。添加0.7 w

5、t% Ca到ZM21合金中，合金由于細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用具有最高的強(qiáng)度和較優(yōu)的延伸率，同時(shí)合金中生成的大量離散分布的 Ca2Mg6Zn3相顆粒作為電偶腐蝕的陽(yáng)極受到腐蝕從而保護(hù)了基體，導(dǎo)致合金耐腐蝕性能提高。ZM21-0.7Ca合金綜合性能最佳，拉伸強(qiáng)度為260 MPa，延伸率為21.5%，腐蝕電流密度和失重為39.74μA/cm2和0.77 mg/cm2·d。⑶熱變形過(guò)程對(duì)輪轂鎂合金的組織和耐蝕性的影響研究表明，Mg-5

6、Al-0.4 Mn-2Ca合金經(jīng)過(guò)熱變形后，強(qiáng)度從鑄態(tài)的201.44 MPa升高到擠壓態(tài)的281.01 MPa。合金不同工藝狀態(tài)的腐蝕電流密度大小關(guān)系為鑄態(tài)最低（37.82μA/cm2），擠壓態(tài)稍低（56.08μA/cm2），均勻化態(tài)最差（215.15μA/cm2），合金耐腐蝕性能隨熱變形過(guò)程而降低。⑷經(jīng)不同溫度變形的（300℃、350℃和400℃）Mg-5Al-0.4Mn-1Ca合金的耐腐蝕性有顯著差異，350℃溫度比300℃更有利于

7、提高合金耐蝕性，但當(dāng)溫度繼續(xù)升高至400℃，合金基體的腐蝕電流密度升高，耐蝕性降低。合金的腐蝕方式隨著變形溫度的改變而發(fā)生變化，300℃和400℃變形的合金在腐蝕過(guò)程中有點(diǎn)蝕發(fā)生；350℃變形的合金無(wú)點(diǎn)蝕發(fā)生，表面有抗腐蝕層。⑸隨著變形程度的增加，Mg-5Al-0.4Mn-1Ca合金耐腐蝕性能降低，當(dāng)擠壓比為9的合金腐蝕電流密度和腐蝕失重分別為11.26μA/cm2和19.01 mg/cm2·d，顯示了最佳的耐腐蝕性能。擠壓過(guò)程中AZ3

8、1耐腐蝕性能隨組織演變而發(fā)生改變，再結(jié)晶程度高的區(qū)域晶粒細(xì)化，且形成的再結(jié)晶晶粒區(qū)域具有更高的腐蝕電位，可以阻礙腐蝕過(guò)程深入，導(dǎo)致合金耐腐蝕性能提高。⑹不同表面處理方式的對(duì)比研究表明，氟碳漆涂層腐蝕電流密度和結(jié)合力分別為6.53×10-6μA/cm2和33.73N，具有最佳的耐腐蝕性能和結(jié)合力；涂層延展性較差，在模擬輪轂服役狀態(tài)的動(dòng)態(tài)彎曲試驗(yàn)中，反復(fù)彎曲氟碳漆材料4258次后表面可見(jiàn)微小裂紋。聚酯漆材料腐蝕電流密度和結(jié)合力分別為0.11

9、μA/cm2和24.05N，具有較優(yōu)的耐腐蝕性能和結(jié)合力；涂層延展程度達(dá)到了靜態(tài)彎曲試驗(yàn)設(shè)置的最大位移，反復(fù)彎曲聚酯漆材料5055次后表面可見(jiàn)微小裂紋。微弧氧化材料腐蝕電流密度和結(jié)合力分別為3.82μA/cm2和1.88N，耐腐蝕能力最差，涂層延展性好，反復(fù)彎曲材料3637次可見(jiàn)微小裂紋。⑺聚酯漆噴涂工藝研究結(jié)果表明，刻蝕處理后的材料具有比未刻蝕材料更高的結(jié)合力和延展性，同時(shí)具有與未刻蝕漆層稍低的耐腐蝕能力。聚酯漆隨著噴涂厚度的增加，材