基于SPHC 的一款零件腐蚀失效原因的分析与讨论

文／褚明志·广汽乘用车有限公司

一款热轧板零件在测试时发生腐蚀，通过镀层厚度测试、工艺过程分析发现，其失效主要是因为边缘镀锌、磷化效果差导致局部区域涂层厚度不合格。对于通过现场工艺流程审核及生产工艺检查所发现的问题提出可行建议，优化了零件生产工艺。改善后的零件持续跟进测试，其镀锌层最小厚度12μm，涂层最小总厚度31μm，中性盐雾144h无红锈，各项指标均满足技术要求。

SPHC 是一种热轧普通碳素钢，因含碳量较低通常不进行热处理，具有较好的塑性、韧性和可焊性，常用于制造一些简单的冷冲压件、焊接结构件和轻型工件等。同时，因其强度和硬度相对较低，适用于一些要求强度不高、形状简单、表面要求不高的应用领域，包括汽车制造、建筑结构等。

基于SPHC 的一款零件的生产工艺为：冲压成形→电镀→喷丸→电泳→包胶。技术要求：镀锌厚度≥8μm，电泳厚度≥15μm，电镀+电泳总膜厚≥23μm，中性盐雾144h 后基体不允许出现锈蚀，对于边缘、焊接缝较多，表面不平整的零件，允许边缘或焊缝锈蚀长度在10%以内，不平整表面允许面积锈蚀在5%以内。

试验过程与结果

试验现象

根据GB/T 10125-2021 试验要求，开展盐雾试验的结果如图1 所示，在产品边缘及冲压凹角处存在不同程度的腐蚀，其中边缘腐蚀接近80%，远超过技术指标所要求的10%。

图1 盐雾试验结果

涂镀层厚度检测

采用金相法(图2)测量时发现，试样表面无明显镀锌层。使用数码显微镜可观察到试样边缘厚度不一的涂层，如图3 所示。随机取样多次测试发现，试样边缘加工面及非加工面涂层厚度均存在不合格现象，试样加工面的最小涂层厚度约5μm，最大厚度约22μm，不满足技术要求。

图2 表面金相组织

图3 边缘涂层厚度

工艺完整性检查

磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化是一种常用的前处理技术，用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；或用于一些要求不高的环境给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀。

金相法测试时发现零件表面无镀锌层，在对样品处理后观察磷化膜形貌：零件平整面及侧边沿表层磷化膜晶粒呈长条板状，横向平铺，致密性较差分布不均匀，局部区域存在缺失，如图4、图5 所示。结合生产工艺流程和生产变化点分析，判断在保证电泳层的附着力和厚度的情况下，镀锌后抛丸使局部区域镀锌层缺失导致零件磷化不均匀甚至未发生磷化反应。

图4 脱漆后磷化膜形貌

图5 腐蚀区域磷化膜形貌

分析讨论

失效性质及原因分析

综上，送检样品镀锌层厚度和涂层整体厚度不满足图纸要求是引起腐蚀的主要原因，根本原因为生产工艺不当，现场检查时发现两个明显的问题：⑴冲压成形后边缘存在大量毛刺，未进行处理直接镀锌；⑵为改善电泳漆附着力和不合格率，镀锌后用3 ～5cm钢珠振抛，振抛可提高镀锌层的粗糙度，同时导致部分区域镀锌层脱落，降低了涂层的防腐能力，若沿用之前的电泳工艺可能会导致整体涂层厚度不满足标准要求，无法通过盐雾试验。

从晶体角度考虑，磷化膜致密、耐腐蚀性强，抗酸、碱溶解性和电泳配套性好。磷化膜缺失在后续电泳时将导致局部电流密度过高，在高电流密度的孔隙区域电解产生的气体量很大，并吸附于表面形成隔离层，造成沉积的电泳湿漆膜疏松、粘着力差，甚至导致针孔等漆膜弊病，从而导致产品耐腐蚀能力下降。

产品表面的粗糙度将会影响产品涂镀层的附着力，粗糙度对涂层附着力的影响机理是在涂装过程中漆膜渗入粗糙表面的缝隙间形成机械互锁。粗糙度大的表面缝隙较多且较深，形成的机械互锁作用就强，因此具有较高的附着力，其次粗糙度增大会导致基体的表面积相应增大。基体的表面积增大，意味着漆膜和基体之间有更大的接触面积，提高了漆膜和基体之间的界面吸附力和化学键作用力。

改进措施

针对现场发现的问题，再结合实际情况优化加工工艺：冲压成形→振抛+研磨→镀锌→滚抛→电泳→包胶。振抛+研磨工艺在改善冲压半成品边缘毛刺的同时可以提高表面的粗糙度，在相同工艺条件下可改善镀锌层的厚度及附着力；滚抛的目的是优化镀锌层的粗糙度改善电泳漆的厚度及附着力。改善后的取样盐雾试样合格；镀锌层最小厚度12μm，总厚度最小为31μm，满足技术要求。涂镀层测试结果见图6。

图6 改善后涂镀层测试结果

结束语

产品盐雾试验不合格是因为量产件侧面边缘镀锌、磷化效果差，另相比设计工艺，完成镀锌后增加的抛丸工序大幅破坏了镀锌层的完整性，引起磷化膜颗粒尺寸不均匀且部分区域缺失，最终导致电泳层厚度极不均匀和耐腐蚀能力差，在测试及使用过程中易出现生红锈现象。工艺改善后持续跟进半年，零部件的各项指标满足技术要求，一致性较好。