在汽车防腐技术中应用的达克罗技术

1、前言达克罗（Dacromet）技术诞生于20世纪70年代初，是美国DiamondShamrock公司为解决由融雪盐引起的汽车锈蚀问题而研制的一种全新的金属防腐系统。与传统的电镀、热浸镀等工艺相比，达克罗涂层具有高耐蚀性、高耐热性、高耐候性、无氢脆、与环境友好等优点，自问世以来，在许多工业部门包括在汽车的防腐中得到了广泛应用。目前，世界上、许多汽车公司如德国大众、美国通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒、韩国现代以及日本丰田、日产、本田、三菱等均已采用达克罗技术，并明确规定某些零件只能采用达克罗涂层防腐。除普通钢制件外，达克罗涂层还可用于铸铁、粉末冶金材料、铝合金等零件的表面防腐处理。达克罗技术的应用，大大延长了汽车的使用寿命。在多年的应用中，各汽车公司已逐步形成了达克罗技术的处理规范和涂层质量检测标准，如大众的TL245、TL193,TL233，通用的GME0025-F,福特的WSD-M21P11-B1等标准。2、达克罗涂层的防腐机理达克罗涂层主要由鳞片状锌片、铝片以及无定形复合铬酸盐聚合物(nCrO3,mCr203)组成。金属片在基体表面层层叠加，铬酸盐聚合物填塞在金属片之间，并通过树脂固化反应，使金属片之间以及金属片与基体牢固地粘结在一起，形成一种特殊的片状交错叠层结构。达克罗涂层对基体的保护作用主要体现在以下3个方面。a．机械屏蔽作用达克罗涂层的交错叠层结构本身就是一个非常有效的机械阻卜挡层，而且．絮状无定形的铬酸盐聚合物填塞在金属片之间，大大减少了涂层的空隙率，使涂层更为致密。此外，锌的腐蚀产物与空气中的CO2反应，生成不溶于水的碳酸锌，不断恢复其机械阻挡功能。因此，达克罗涂层能在零件表面形成良好的机械屏蔽层，使腐蚀介质很难找到进人金属基体的通道。b.自钝化作用锌、铝金属片与铬酸发生化学反应，在各自表面生成致密的钝化膜，并通过无机盐粘结在一起，使整个涂层完全由带有钝化膜的铝、锌片紧密叠加而成，形成“超厚”钝化膜。镀锌层的钝化反应仅发生在镀层表面，当有限的Cr6+被消耗完时，镀层防腐蚀能力迅速下降，而达克罗技术是对整个涂层中的锌铝及基体金属进行全面钝化，且锌铝涂层中每个金属片周围都有Cr6+，当钝化膜遭到破坏时，由于膜层中还有少量的六价铬，使金属片表面重新生成钝化膜，起到了自修复作用，因而保护作用更强。c.牺牲阳极电化学保护作用由于锌、铝的标准电极电位远远负于钢铁基体的标准电极电位，一在腐蚀介质中形成微电池时，锌铝作为阳极被牺牲，基体作为阴极得到保护。此外，涂层的叠层结构层层削弱了腐蚀电流，加之铝片的“淘析”作用，大大减缓了锌被腐蚀的速度，从而延长了涂层的防腐寿命。3达克罗技术在汽车制造和设计中的应用a.承受热负载零件的防腐。部分汽车零件如隔热板、制动盘、排气管、散热器、喷油嘴以及发动机零件等工作温度较高，要求这些零件的表面防护层在中高温下也具有良好雨抗腐蚀性能。传统的镀锌层表面钝化膜在70℃左右就会被破坏，抗蚀能力急剧下降，而达克罗涂层的固化温度为300℃左右，涂层中的铬酸聚合物不含结晶水，涂层在高温下不易被破坏，表现出优异的高温防腐性能。用达克罗技术处理的零件在250℃下连续长期使用，其外观几乎不变，抗腐蚀性能也几乎不受影响，因此达克罗技术非常适用于需要承受一定温度负载的汽车零部件的防腐。目前，上海大众生产的PASSAT,TOUILAN,POLO等车．型的制动盘、隔热板等多种零件均已采用达克罗技术，大大提高了零件的高温抗腐蚀性能。b.高强度钢制件的防腐。高强度钢在酸洗和电镀等过程中有产生氢脆的危险性，虽然可以通过热处理驱氢，但很难彻底驱氢。达克罗涂覆过程不需酸洗和活化，也没有导致析氢的电化学反应发生，避免了氢脆，因此特别适用于高强度钢制件如高强度负荷的支架、连接件等零件的防腐。德国大众已明确提出了达克罗技术特别适用于抗拉强度RM≥1000N/mm2的高强度钢制零件的表面防腐。c.紧固件的防腐。达克罗涂覆保证无氢脆，特别适用于高强度紧固件，国外已明确建议汽车上≥10.9级的紧固件使用达克罗涂层防腐。除了高耐蚀性、无氢脆外，摩擦因数也是紧固件的一个重要指标。目前，国内汽车用高强度紧固件基本依靠进口，紧固件国产化的一个重要瓶颈就是摩擦因数的控制。上海大众螺栓实验室正在对各种防腐涂层（达克罗处理、电镀锌、热镀锌、发蓝处理、电镀锌镍合金等）处理后的紧固件进行摩擦因数的分析和检测，并和国内一些紧固件生产厂商和表面保护厂商合作，以推动汽车用高强度紧固件的国产化进程。用于控制达克罗涂层摩擦因数的主要途径有：在达克罗处理液中加入PTFE并通过调节其含量控制涂层的摩擦因数；采用复合涂层，在面涂（Top-coat）中加人适当的摩擦因数调节剂；对达克罗涂层进行封闭后处理时，在封闭液中加入摩擦因数调节剂可获得所需要的摩擦因数。d.弹性零件的防腐。用于制造汽车弹性件（如弹性环箍、夹箍、弹簧等）的专用弹簧钢，强度和硬度较高，电镀处理会产生氢脆，如驱氢不彻底，在承受动载荷时容易发生撕裂或腐蚀疲劳破坏，给汽车行驶安全带来隐患，因此选用合适的表面处理方法非常重要。此外，达克罗涂层具有的高耐蚀、在紧密接触的缝隙中也能形成符合要求的膜层等优点，非常适用于弹性零件的防腐。早在1972年，戴姆勒-克莱斯勒就把达克罗技术成功应用于车门弹簧上，目前上海大众汽车有限公司所用的金属环箍、夹箍、制动软管卡箍等高强度弹性零件基本上已经采用了达克罗表面处理技术。e.高耐蚀性和高耐候性零件的防腐。与传统镀锌处理相比，达克罗涂层的抗腐蚀性能可提高7-10倍。而且，达克罗涂层是一种无机涂层，不含任何有机聚合物，因而不受汽油、制动油、机油、润滑油、抗冻液以及清洁剂等油品和化学试剂的侵蚀，具有极好的耐化学品性能，故达克罗涂层特别适用于门锁、锁扣板、排气系统零件、底盘零件以及汽车外用件等要求高耐蚀性和高耐候性的零件防腐。这些零件经达克罗技术处理后，耐中性盐雾试验（DIN50021SS）和冷凝水试验（DIN50017KK）均在720h以上。f.形状较复杂零件的防腐。腔件、连接管、仪表板、形状复杂的齿轮以及各种油、气、水管等零件采用电镀处理时，由于零件形状和电镀工艺的局限性，形成的镀层不均匀，甚至发卜生漏镀，使镀层抗蚀性能急剧下降，直接影响了汽车零件的性能和使用寿命。而达克罗采用浸渍、刷涂或喷涂的涂覆方式，不存在电镀过程中均镀能力和深度能力不好的问题，而且达克罗处理液具有优异的渗透性特别适用于凹槽孔隙件以及管状件等形状较复杂零件的防腐。达克罗技术也存在着一些不足，使其在汽车防腐中的应用受到限制，即达克罗处理的零件可以与铝制零件连接，但在与不锈钢、镁、铜和镍的组装中，会出现接触腐蚀；达克罗涂层的硬度较低，耐磨性不好，不适用于运动零件和高耐磨场合下使用的零件。4、达克罗涂层的涂覆方式汽车零件的用途和工作环境不同，防腐要求也不同，相应地达克罗处理过程（如涂覆方式、烘涂次数等）也应有所区别。达克罗涂层的主要涂覆方式有浸渍-甩干、静电喷涂、浸渍-沥干参见表1），日前最常用的是浸渍-甩干涂敷方式。