淺談溫度對汽車發動機金屬管路表面鍍層的影響

于萍 夏朝輝 侯麗

摘要：本文闡述了汽車發動機金屬管路主要的表面鍍層處理方式，分析不同的鍍層處理對零件表面耐腐蝕能力的影響。在實際使用條件下，零件表面的耐腐蝕能力還受到溫度的影響，同樣的鍍層，在不同的使用溫度條件下，耐腐蝕能力不同。本文主要通過不同溫度條件下鍍鋅和鍍鋅鎳的耐鹽霧試驗對比，分析溫度對零件表面鍍層的影響，為零件表面鍍層的選擇提供參考依據。

Abstract： This paper expounds the main surface coating treatment methods of automobile engine parts， and analyzes the influence of different coating treatment on the surface corrosion resistance of parts.In actual use conditions， the corrosion resistance of parts surface is also affected by temperature， the same coating， under different use temperature conditions， corrosion resistance is different.This paper mainly through the different temperature conditions of zinc and zinc nickel salt spray resistance test comparison， analysis the temperature on the surface of parts coating， to provide reference basis for the parts of the surface coating selection.

關鍵詞：鍍層;溫度;腐蝕

Key words： surface coating;temperature;corrosion

中圖分類號：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0046-02

0? 引言

根據全球地域差異，為了滿足不同銷售區域的顧客對整車腐蝕的關注度以及公司的品牌形象，汽車發動機上的金屬管路一般需要進行特殊的表面處理，以滿足零部件的防腐要求。尤其對于處于高溫交變區域及裸露在外接觸雨水沖刷等零部件，耐腐蝕要求會更高[1]。

對于零部件供應商來說，零件表面的耐腐蝕能力一般在室溫環境下按照中性鹽霧試驗規范進行測試。但在實際使用條件下，零部件因在發動機上的布置位置不同，所承受的環境溫度也不同。尤其在發動機的排氣系統周圍，外表溫度高達500-700℃，整車排氣管溫度甚至高達800-1000℃。零件的表面處理一般采用電泳、電鍍鋅、電鍍鋅鎳合金、電鍍鉻、電鍍銅、鋅鋁合金等，尤其是電鍍鋅和電鍍鋅鎳應用最廣。但這些表層在高溫環境下極易被破壞，從而大大降低鍍層的耐腐蝕能力。本文主要通過對鍍鋅和鍍鋅鎳這兩種比較常用的表面處理方式在不同溫度條件下的耐鹽霧試驗對比，分析溫度對零件表面鍍層的影響，為不同的溫度條件下零件表面鍍層的選擇提供參考依據[2，3]。

1? 表面處理的方式和耐鹽霧時間

如引言所述，發動機金屬管路因使用的邊界條件不同，對應的耐腐蝕要求也有所不同。根據不同的耐鹽霧試驗要求，常見的表面處理方式主要有電泳、電鍍鋅、電鍍鋅鎳合金、電鍍鉻、電鍍銅、鋅鋁合金等[4]。

電泳因為鍍層均勻、滲透力比較強，對于一些復雜零件的表面凹處、縫隙等都具有良好的涂覆能力，但因為表層易被劃傷剝落，目前汽車發動機上已較少應用，而是采用耐磨性更強、更有光澤的電鍍工藝進行替代。

電鍍鋅是目前汽車行業內應用范圍比較普遍的一種電鍍方式，良好的防銹蝕能力，耐鹽霧時間一般，但工藝成熟，成本較低，應用較為廣泛。

電鍍鋅鎳合金與電鍍鋅合金相比，電鍍成分中增加了Ni的含量，使之耐腐蝕能力提高7-10倍，加上工藝成熟，也越來越多的應用在汽車零部件上，尤其是一些環境惡劣、對零件防腐蝕能力要求較高的區域。

電鍍鉻分為裝飾鉻和硬鉻，裝飾鉻主要外觀美觀，耐磨性比較好，但防銹能力較差，汽車行業主要應用在裝飾面板等零件上;硬鉻耐磨性更好，但防銹能力也不如電鍍鋅，主要應用在常溫環境下，且價格比較昂貴。

電鍍銅主要應用在高溫環境下，耐溫性較好，但耐腐蝕能力比較差，一般用于發動機溫度較高且對防銹方面無要求的區域。

鋅鋁合金亦稱達克羅涂層，耐腐蝕能力與鍍鋅鎳相當，但因為達克羅涂層易脫落，一般用于非油路或水路的金屬管路上。

不同的表面處理的耐鹽霧時間，因為不同的廠家采用不同的工藝會略有差異，但一般來說，電泳的耐中性鹽霧時間一般能達到96小時基材無白銹，144小時無紅銹;電鍍鋅耐中性鹽霧時間一般為72小時基材無白銹，240小時無紅銹;電鍍鋅鎳耐中性鹽霧時間最高可達到336小時基材無白銹，1008小時無紅銹;電鍍鉻和電鍍銅的鋅鋁合金耐腐蝕能力與鍍鋅鎳相當。

2? 溫度對電鍍鋅和電鍍鋅鎳耐腐蝕能力的影響

對于用于密封的金屬管路，管路的表面處理主要選擇電鍍鋅或電鍍鋅鎳。腐蝕環境比較惡劣的條件下，一般使用耐腐蝕能力更強的電鍍鋅鎳的處理工藝。目前針對金屬管路的耐腐蝕能力，采用的中性鹽霧實驗測試溫度為室溫。當溫度較高時，鍍層的耐腐蝕能力將大幅降低。本文主要對鍍鋅和鍍鋅鎳這兩種比較常用的表面處理方式進行試驗驗證，對比不同溫度條件下的耐鹽霧能力。驗證過程如下：

2.1 試驗樣件狀態

隨機選擇目前量產的兩個產品A、B各3根，產品狀態如下：A-電鍍鋅，耐中性鹽霧能力：72小時無白銹，240小時無紅銹;B-電鍍鋅鎳，耐中性鹽霧能力：336小時無白銹，1008小時無紅銹。

產品A、B如圖1所示。

2.2 試驗設備

高溫箱（溫度范圍0-300℃），中性鹽霧試驗箱。

2.3 試驗步驟

①將高溫箱溫度設定在250℃，分別放入產品A、B，并在該溫度下靜置120小時;②將經過高溫后的產品A、B放入中性鹽霧試驗箱中，進行中性鹽霧試驗;③每隔24小時觀察零件表面的耐腐蝕情況。

高溫后產品進行鹽霧試驗過程如圖2所示。

試驗結果發現：經過高溫后的樣件A在中性鹽霧試驗箱中進行至72小時時即在零件頭部表面出現紅銹，如圖3所示，樣件B進行至192小時時即在管身表面出現紅銹，如圖4所示，試驗終止。樣件經過高溫后再進行常規的中性鹽霧試驗，耐腐蝕能力大大降低。

樣件A試驗結果如圖3所示。

從圖3可以看出，樣件A經過120小時250℃的持續高溫后，在經過中性鹽霧時間72小時后即在零件的頭部表面直接出現紅銹，大大低于常溫下可耐240小時無紅銹的中性鹽霧時間要求。

樣件B試驗結果如圖4所示。

從圖4可以看出，樣件B經過120小時250℃的持續高溫后，在經過中性鹽霧時間192小時后在零件的管身表面出現少量的白銹，大大低于常溫下可耐336小時無白銹的中性鹽霧時間要求。

3? 試驗結果

從以上驗證試驗可看出：采用電鍍鋅和電鍍鋅鎳進行表面處理的金屬零件，經過一定時間的高溫250℃環境后，耐鹽霧時間都大大降低，電鍍鋅在72小時即出現紅銹（常溫下240小時無紅銹），電鍍鋅鎳在192小時出現白銹（常溫下336小時無白銹）。但在同樣的溫度條件下，常溫耐腐蝕能力較高的鍍層經過高溫后耐腐蝕能力仍優于常溫耐腐蝕能力較低的鍍層。根據以上驗證結果，當零部件使用環境處于溫度較高區域時，零件表面的耐腐蝕要求還需要同時考慮溫度對表面鍍層的影響，評估當前鍍層是否能滿足既耐高溫又耐腐蝕的要求。一般情況下，鍍層的耐高溫性能較差，較高的溫度會使鍍層受到一定的破壞，導致零件的表層更容易受到腐蝕，很難使零件的表面達到又耐高溫又耐腐蝕的要求。發動機溫度較高的區域，比如排放系統零部件，受到的表面輻射溫度可能高達500-700℃，這種情況下，一般對零部件的防銹能力不做要求，僅做耐高溫要求即可。

4? 結語

耐腐蝕要求是汽車發動機很多外圍零部件比較常規的要求，很多零部件進行鍍層處理后，常溫下耐腐蝕能力較強，但在發動機運行工況下，經過高溫環境后，耐腐蝕能力會大大降低，甚至無法滿足實際的使用要求。這種情況下，就需要同時考慮一些措施滿足防腐要求，比如降低整車排放溫度、對零件表面進行隔熱保護、采用常溫下耐腐蝕能力更高的電鍍方式等。①溫度對表面鍍層的影響較大，高溫條件下，會大大降低鍍層的耐腐蝕能力。②選擇零件的表面處理方式時，需要同時考慮零件周邊環境的影響，確認是否處于高溫交變環境等。③同一零件通用在不同的整車溫度壞境時，需要按照最苛刻的要求進行零件的表面鍍層處理，滿足耐腐蝕要求的最高等級。

參考文獻：

[1]王建昕，帥石金.汽車發動機原理[M].北京：清華大學出版社，2011，3：74-75.

[2]Dr. Zeynep N. Cehreli. Lubrication System Development on 5-Cylinder Engine. SAE論文，2007，1.

[3]童寶宏，桂長林，陳華.發動機潤滑系統的研究與進展[J]. 車用發動機，2007，4.

[4]蔣德明.內燃機原理[M].北京：農業機械出版社，1998.1：3-6.