CN111141661A - 一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，包括以下步骤：(1)根据需要进行评价的汽车异种金属板件机械连接结构的两种板材材料，制作由带孔的阳极性板材与螺栓、螺母组成的连接试验件；(2)将连接试验件进行人工加速盐雾试验，去除腐蚀产物后，测定阳极性板材表面与螺栓接触面区域的腐蚀失重量，以及最大腐蚀深度；计算连接试验件中阳极性板材表面与螺栓接触区域的最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度；(3)通过最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度对汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀进行评价，并区分风险等级。本发明方法能够很好地体现异种金属之间接触面区域的实际腐蚀情况，简单易操作。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀防护技术领域，涉及一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法。
背景技术
轻量化是新能源汽车节能降耗、提升续航能力的重要举措。为了达到新能源汽车轻量化的目的，异种金属连接零部件(两种常见连接方式见图1、图2) 越来越多地应用在新能源汽车上，不仅能减轻构件的重量，而且能发挥单体金属各自的性能优势，但由此引发的异种金属界面电偶腐蚀及成本增加问题不容忽视。因此，发展面向新能源汽车异种金属连接结构的可靠快速评价方法，将有助于提升新能源汽车轻量化制造质量、降低选材技术风险。
在大气环境中异种金属连接结构的电偶腐蚀评价方面，主要研究方法有人工加速盐雾试验、间浸试验和电化学试验(电位及电偶电流监测、极化测量、电化学阻抗测量等)，评价指标有失重数据、表面腐蚀形貌和电偶电流、极化电阻等。航空工业部标准《HB 5374-1987不同金属电偶电流测定方法》根据溶液中两金属材料间的平均电偶电流的大小将电偶腐蚀敏感性分为五级。考虑到试验过程中，材料不仅会出现腐蚀深度较大的点蚀、剥蚀，还可能会出现对板材接触区域整体厚度产生影响的均匀腐蚀，故现有技术中单一评价指标不能很好地体现材料表面接触区域不同位置的实际腐蚀情况，且电偶电流、极化电阻等上述指标测试过程较复杂，使得应用范围具有一定的局限性。
为此，有必要提出一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，解决现有技术无法便捷、全面地体现异种金属板件机械连接结构材料接触区域的实际腐蚀情况的问题。
本发明上述目的是通过以下技术方案来实现的：
一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，包括以下步骤：
(1)根据需要进行评价的汽车异种金属板件机械连接结构的两种板材材料，制作由带孔的阳极性板材与螺栓、螺母组成的连接试验件；
(2)将连接试验件进行人工加速盐雾试验，去除腐蚀产物后，测定阳极性板材表面与螺栓接触面区域的腐蚀失重量，以及最大腐蚀深度；计算连接试验件中阳极性板材表面与螺栓接触区域的最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度；
(3)通过最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度对汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀进行评价，并区分风险等级。
本发明中，阳极性板材的材料通过汽车异种金属板件机械连接结构在工作环境条件下，两种板材材料电偶试验中的电极电位顺序确定；螺栓与螺母的材料则是异种金属板件机械连接结构中除去阳极性板材的材料之外的另一种材料。
本发明中，阳极性板材可参照盐雾试验中的小尺寸标准板进行制作。
本发明中，人工加速盐雾试验可以根据GB/T 10125-2012进行，或依据其他循环盐雾试验标准开展试验。
进一步地，所述人工加速盐雾试验的时间不少于480h。
本发明中，最大腐蚀深度占比通过如下公式计算：
其中，hmax是接触区域的最大腐蚀深度，单位mm；δ是板材厚度，单位 mm。
进一步地，接触区域的最大腐蚀深度通过光学显微镜观察接触区域的表面形貌计算腐蚀严重区与局部非接触区域的垂直方向差值获得。
本发明中，当量均匀腐蚀深度通过如下公式计算：
其中Δm是连接试验件中接触面区域的腐蚀失重量，单位g；Sc是板材接触区域的面积，单位mm2，ρ是板材密度，单位10-3g/cm3。
本发明中，汽车中异种金属板材机械连接结构的电偶腐蚀风险等级进行如下分级：
当最大腐蚀深度占比等级与当量均匀腐蚀深度等级不一致时，采用两者等级较低的等级作为综合电偶腐蚀等级。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法采用异种金属板材材料制作的连接试验件替代实物测试，通过连接试验件进行人工加速盐雾试验后计算得到的材料表面接触区域的最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度来对汽车中异种金属板材机械连接结构的电偶腐蚀进行评价并分等级，该方法能够很好地体现异种金属之间接触面区域的实际腐蚀情况，且无需使用复杂的检测设备，简单易操作；
(2)本发明方法与异种金属连接结构实际服役环境相关性较好，综合量化失重数据与表面形貌数据，能够较好地体现材料真实电偶腐蚀情况，为车企设计选材与涂覆层选择工作提供一种新方法，有利于控制异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀风险以及生产成本，同时便于行业数据经验的积累。
附图说明
图1、图2是异种金属连接零部件常见的两种腐蚀防护连接结构；
图3是本发明实施例中连接试验件的连接结构；
图4是实施例1由6014铝板与镀三价彩锌材质螺栓、螺母组成的连接试验件中接触面腐蚀情况实物图；
图5是实施例1由6014铝板与锌镍涂层材质螺栓、螺母组成的连接试验件中接触面腐蚀情况实物图；
图6是实施例1由6014铝板与镀黄锌材质螺栓、螺母组成的连接试验件中接触面腐蚀情况实物图；
图7是实施例1由6014铝板与黑色达克罗涂层材质螺栓、螺母组成的连接试验件中接触面腐蚀情况实物图；
图中附图标记：A-阳极型材料；C-阴极型材料。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
实施例1
一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，包括以下步骤：
(1)需要进行电偶腐蚀评价的汽车异种金属板件机械连接结构的板材材料有两组，其中一组中板材分别是6014铝板与镀三价彩锌板(基底钢材质)，另一组中板材分别是6014铝板与锌镍涂层板(基底钢材质)，根据两种不同板材材料电偶试验中的电极电位顺序，均确定6014铝板作为阳极性板材，制作由6014 铝板与镀三价彩锌螺栓、镀三价彩锌螺母组成的连接试验件(见图3)，以及由 6014铝板与锌镍涂层螺栓、锌镍涂层螺母组成的连接试验件，开展电偶腐蚀评价。
(2)首先，进行样品准备与前处理——制备中部有直径8mm孔的 25mm*50mm*1mm铝板9片，准备镀三价彩锌螺栓、锌镍涂层螺栓各3只，清洗除油、干燥并称重记录，相应用镀三价彩锌螺母、锌镍涂层螺母将螺栓固定于铝板开孔处；然后，将6个连接试验件与3个空白铝板同时放进盐雾试验箱中，试验箱体条件参考GB/T 10125-2012；其次，试验480h后取样并参考GB/T 16545-2015用浓硝酸清洗铝板5分钟，冲洗吹干后再次称重记录，通过光学显微镜观察(见图4、图5)并测量记录腐蚀严重区与局部非接触区域的垂直方向差值，计算接触区域最大腐蚀深度hmax；最后，计算最大腐蚀深度占板厚比例ε与当量腐蚀深度heq。具体计算过程如下：
最大腐蚀深度占比通过如下公式计算：
其中，hmax是接触区域的最大腐蚀深度，单位mm；δ是板材厚度，单位 mm。
当量均匀腐蚀深度通过如下公式计算：
Δm＝Δm1-Δm0
其中Δm是连接试验件中接触面区域的腐蚀失重量，单位g；Δm1是连接试验件的腐蚀失重量，单位g；Δm0是空白板材的腐蚀失重量，单位g；Sc是板材接触区域的面积，单位mm2；ρ是板材密度单位10-3g/cm3。
(3)根据汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀风险等级，见表1，确定该连接结构的电偶腐蚀等级。具体测定数据、计算结果和等级见表2。
实施例2
一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，包括以下步骤：
(1)需要进行电偶腐蚀评价的汽车异种金属板件机械连接结构的板材材料有两组，其中一组中板材分别是6014铝板与镀黄锌板(基底钢材质)，另一组中板材分别是6014铝板与黑色达克罗涂层板(基底钢材质)，根据两种不同板材材料电偶试验中的电极电位顺序，均确定6014铝板作为阳极性板材，制作由 6014铝板分别与镀黄锌螺栓、镀黄锌螺母组成的连接试验件，以及由6014铝板与黑色达克罗涂层螺栓、黑色达克罗涂层螺母组成的连接试验件，开展电偶腐蚀评价。
(2)首先，进行样品准备与前处理——制备中部有直径8mm孔的 25mm*50mm*1mm铝板9片，准备镀黄锌螺栓、黑色达克罗涂层螺栓各3只，清洗除油、干燥并称重记录，相应用黄锌螺母、黑色达克罗涂层螺母将螺栓固定于铝板开孔处；然后，将6个连接试验件与3个空白铝板同时放进盐雾试验箱中，试验箱体条件参考GB/T 10125-2012；其次，试验480h后取样并参考GB/T 16545-2015用浓硝酸清洗铝板5分钟，冲洗吹干后再次称重记录，通过光学显微镜观察(见图6、图7)并测量记录腐蚀严重区与局部非接触区域的垂直方向差值，计算接触区域最大腐蚀深度hmax；最后，计算最大腐蚀深度占板厚比例ε与当量腐蚀深度heq，计算公式同实施例1。
(3)根据汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀风险等级，见表1，并确定该连接结构的电偶腐蚀等级。具体测定数据、计算结果和等级见表3。
表1汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀等级
注：当最大腐蚀深度占比等级与当量均匀腐蚀深度等级不一致时，采用两者等级较低的等级作为综合电偶腐蚀等级。
表2实施例1中相关测定数据及评价结果
表3实施例2中相关测定数据及评价结果
按实施例1-2所开展的汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀评价，得出的电偶腐蚀等级与实际使用经验相符，说明本发明所述异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀评价方法能够较好地反映连接结构在实际工作环境中电偶腐蚀风险，且同时增加试验周期与采样次数，能反映更长应用期限内结构材料的电偶腐蚀风险。
以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。
Claims (8)
1.一种汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据需要进行评价的汽车异种金属板件机械连接结构的两种板材材料，制作由带孔的阳极性板材与螺栓、螺母组成的连接试验件；
(2)将连接试验件进行人工加速盐雾试验，去除腐蚀产物后，测定阳极性板材表面与螺栓接触面区域的腐蚀失重量，以及最大腐蚀深度；计算连接试验件中阳极性板材表面与螺栓接触区域的最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度；
(3)通过最大腐蚀深度占比和当量均匀腐蚀深度对汽车中异种金属板件机械连接结构的电偶腐蚀进行评价，并区分风险等级。
2.根据权利要求1所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，最大腐蚀深度占比通过如下公式计算：
其中，hmax是接触区域的最大腐蚀深度，单位mm；δ是板材厚度，单位mm。
3.根据权利要求2所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，所述接触区域的最大腐蚀深度通过光学显微镜观察接触区域的表面形貌计算腐蚀严重区与局部非接触区域的垂直方向差值获得。
4.根据权利要求2或3所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，当量均匀腐蚀深度通过如下公式计算：
其中Δm是连接试验件中接触面区域的腐蚀失重量，单位g；Sc是板材接触区域的面积，单位mm2，ρ是板材密度，单位10-3g/cm3。
5.根据权利要求4所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，人工加速盐雾试验根据GB/T 10125-2012进行，或依据其他循环盐雾试验标准开展试验。
6.根据权利要求5所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，所述人工加速盐雾试验的时间不少于480h。
7.根据权利要求1或5或6所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，阳极性板材的材料通过汽车异种金属板件机械连接结构在工作环境条件下，两种板材材料电偶试验中的电极电位顺序确定；螺栓与螺母的材料则是异种金属板件机械连接结构中除去阳极性板材的材料之外的另一种材料。
8.根据权利要求7所述汽车中异种金属板材机械连接结构电偶腐蚀评价方法，其特征在于，阳极性板材参照盐雾试验中的小尺寸标准板进行制作。
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