中车株洲电机有限公司 湖南株洲 412001
摘要：新能源驱动汽车驱动电机机壳、端盖等铸铝件表面出现腐蚀斑点的问题常见的一种故障模式，其机理和影响因素众多。文章依次介绍了铸铝件腐蚀的原理、加工过程风险评估、逐步开展工艺改善方案的验证。
关键词：新能源驱动电机；铸铝件；防腐；表面处理
铸铝件表面腐蚀的问题是目前行业内共同面对的问题，具体表现铸铝件在冷热变化的环境中，表面产生了凝结的水滴，和大量的白色斑点，影响了电机的表面质量。
1铸铝件腐蚀的原理
目前参与过此事调查的同事，普遍认为是“霉斑”，然而实际上，目前并没有足够的证据证明其是霉斑还是锈蚀。必须首先明确这一点，才能不被误导。
猜想一：霉斑。通常来说，霉斑容易产生与阴暗潮湿的地方，联想至问题零件表面会出现凝结的水滴（夏季生产现场会开启空调，夜晚关闭空调后，温差变化及湿度变化导致水滴凝结），确实容易认为产生霉斑。从金属发霉的可能性上来说，是确实存在的，尤其是铸铝铝锭的国标《GB/T 8733-2017》的3.3条规定“铸锭表面应整洁，不允许有霉斑及外来夹杂物”。同时检测报告上也确实包括了发霉项的检测。一般霉斑产生的条件为“高温+高湿+霉菌孢子”。
表 1 A356.0化学成分表
猜想二：锈蚀。我司铸件的材料是A356.0，国标名称是ZL101A，具体化学式是AlSi7Mg0.3，就国标的成分来说，原材料检验结果是符合要求的。但在这个材料中，Mg作为比Al更活跃的金属，在发生腐蚀的原电池反应中，理论上Mg应该作为阳极保护作为阴极的Al，代替Al被腐蚀，因此Mg含量低了，会导致保护不足，引发Al的腐蚀。但在均匀的铝合金中，通常表面会被致密氧化物覆盖，并不会接触到电解质引发原电池反应。联系到腐蚀痕迹成斑点状，则可能是由于铸件降温不均匀，发生了偏析，导致Mg局部集中，形成孤岛（Al的熔点比Mg高10摄氏度左右，所以孤岛不会扩大）。
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图1 锈蚀电化学原理图
为验证猜想一：
取了改善清洗前后的端盖各一，置于湿热试验箱中，在38.5°C，95%湿度中，进行了48H的湿热实验。
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图2 湿热试验前后对比图
由图2可见，试验前后，样件表面未见明显“霉斑”，且改善前后的样件表现相同。由此得出推论：霉斑的三个条件中的霉菌孢子并不是端盖自带，生产现场的严重发霉说明现场霉菌孢子过多。也就是说，如果白斑是霉斑，想要控制不出现霉斑，只能控制生产现场的温度、湿度、霉菌孢子三个要素。而除霉的措施方面，目前市售的除霉剂主要依靠强氧化剂成分杀死霉菌，或依靠溶菌酶清除霉菌，这两者均与金属材质有反应，绝大多数除霉剂均注明不可使用于金属表面，目前只找到一家自称可以于金属表面使用，且有褪色风险。此除霉剂已在采购流程中。假设此猜想成立，那么之后无论是控制还是清除都会事件麻烦的事情。
为了验证以上猜想二，使用刮刀和硅脂对白斑取样，放置于电镜下分析，显示主要成分为氧化镁和氧化铝，为电化学腐蚀的表现。
进一步确认猜想二，取改善前后端盖各一个，进行盐雾试验，试验条件为5%中性盐雾，96小时。
从图3可以看出，改善前后的端盖都出现了较为明显的腐蚀：点状的白斑。就此结果来说，端盖在防腐蚀性能上是存在明显不足的。
另外，腐蚀基本发生在喷砂面上，机加工面上不会有腐蚀，考虑是喷砂的影响。
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图3 盐雾试验前后对比图
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图4 酸碱度变化试验
2加工过程风险评估
2.1 各过程中所用液体的成分与酸碱度调查
此试验是基于网络上对铸铝件发霉的原因讨论中，提到的机加工液，清洗液的成分和酸碱性的影响，以及我司现场潮湿环境的模拟，设计了如下验证方案进行验证。结果如图4所示。
经分析可得出以下主要结果：
1.机加工液为油性，具有防止霉变的性能
2.机加工液成碱性，清洗液目前有酸碱性两种，之后还有清水清洗，最终铸件表面成中性，此项亦没有问题。
3.模拟验证中，实际5天内没有出现白斑。
2.2 各工艺状态的对比验证
为验证工件发霉产生工序，分别对毛坯铸造工序，热处理工序，喷丸工序，机加工完工工序，清洗工序工件分别进行试验。
试验方法：工件放入塑料袋内，加入约1L水（从工件表面浇入，蒸发补充），塑料袋密闭封口，处于室外暴晒，每24h进行观察记录。试验表明，工件腐蚀开始于抛丸工序之后,工件表面清洁状况会影响腐蚀速度。
3工艺改善方案的验证
3.1 保护性方案：钝化
在表面清洁改善无法到达客户要求之后，首先采取保护性处理，即多次实验不同厂家的钝化剂，以对腐蚀起到防护作用。验证结果表面实行钝化对工件腐蚀能够起到抑制作用，但无法做到绝对消除。
3.2 工艺性方案
根据盐雾试验结果和各工艺验证结果，原因均指向抛丸。经测试，之前的抛丸粗糙度为Ra13.4。初步分析和判断工件表面抛丸强度大小（直观表现为粗糙度偏差）会造成铸造表面氧化膜产生不同程度破坏，进而影响霉变速度。故取样块（我司常规产品，降低抛丸强度，钢丸直径由0.5mm改为0.3mm）
试验方法：工件放入塑料袋内，加入约1L水（从工件表面浇入），塑料袋密闭封口，处于室外暴晒 。
试验结果表明：
1、降低抛丸强度和减少钢丸直径，即改善工件表明粗糙度能够对发霉起到抑制作用。
2、工件表面氧化层能够对发霉起到有效作用。
4结论
1)腐蚀原理为电化学腐蚀而非生物腐蚀，腐蚀产物为氧化铝和氧化镁。
2)验证表明，产生腐蚀的主要原因为抛丸工艺破环了表面氧化层。
采用降低抛丸强度和钝化处理，降低氧化层的破环和补充氧化层，可以有效降低腐蚀严重度。
参考文献：
[1]GB/T1173-2013 铸造铝合金.
[2]CN102719817 A 陆伟强，李武成，王宇华 提高铸铝件抗腐蚀性能的新型表面处理方法.