汽车车体腐蚀是造成汽车损坏的重要原因之一,它不仅直接影响汽车使用寿命,还造成社会资源的巨大浪费和严重的环境污染,引起严重的交通事故。合金化镀锌板能有效地解决因环境因素造成的汽车车体腐蚀,并具有生产效率高、成本低、综合性能优等特点,愈来愈广泛地应用到汽车生产,尤其是中高档乘用车的车身制造上。然而,合金化镀锌板在冲压成形过程中经常出现镀层脱落现象,严重影响了后续生产工艺与成品性能,极大限制了其使用规模的进一步扩大。因此汽车工业界迫切需要解决合金化镀锌板的镀层脱落问题。国内外学者对此进行了多方面的研究,主要集中在合金化热镀锌生产工艺、镀层成分与结构以及冲压成形工艺参数等因素对镀层脱落性能的影响。这些研究主要考虑镀层成分或成形工艺参数间的调整,没有计入镀层在不同应力应变状态抵抗破坏的能力。另外,这些研究主要基于不同成形条件下的镀层脱落程度的评价,本身具有一定的局限性,难于有效地全面衡量镀层脱落性能。为此,本文综合考虑镀层的失效条件与应力应变的相互关系,开展基于断裂能量释放率的镀层粘附力学性能研究,旨在全面衡量镀层的脱落性能,支持合金化镀锌板产品质量的持续提高。针对当前镀层脱落研究存在的不足之处,首先开展了复杂变形条件下合金化热镀锌板镀层的破坏机理研究、建立了镀层断裂的失效模型。据此研究了镀层粘附力学性能。为了正确评价镀层的粘附力学性能指标与脱落性能之间的相互关系,开发了一种新的镀层脱落性能评价方法,并研制了相关设备,最后通过实验对本文研究结论的正确性进行验证。主要研究工作如下:1)合金化镀锌板镀层脱落机理研究首先分析合金化热镀锌板镀层的微观结构特性、基于镀层材料脆性多层特征,分析了复杂变形条件下镀层的应力应变状态,将层合材料的破坏准则和脆性材料应变能密度S因子失效准则应用于镀层材料,提出单层材料破坏与裂纹扩展相结合是镀层材料脱落的主要原因。由于镀层在压缩时主要以滑开型方式扩展裂纹,因此镀层脱落主要出现在压应变区。基于脆性材料应变能密度S因子失效准则的基础上,根据镀层应力应变状态和裂纹扩展所需能量,推导出镀层断裂的Y因子失效模型。由于Y因子与镀层的剥离释放能与剪切释放能相关,镀层的剥离释放能与剪切释放能反映了自身的粘附力学性能,因此镀层脱落性能与其自身的粘附力学性能相关。以此为基础,进一步判定出镀层脱落必须大于某个压应变值。2)合金化镀锌板镀层粘附力学性能研究镀层材料硬脆且薄,无法采用常规的剥离实验方法将镀层从基体上剥离。国内外也未见有关镀层剥离报道。本文根据镀层的特点,设计并开发了不对称T型镀层剥离实验方法与装置,扫描电镜和X射线衍射结果证明该实验方法完全实现了镀层的剥离。根据剥离实验几何与力学条件,理论推导了镀层剥离释放能计算公式。另外,本文沿用测定镀层剪切强度的单向搭接实验方法来分析镀层的剪切释放能,根据剪切实验的力学与位移关系推导镀层剪切释放能计算公式。在此实验基础上研究了常见合金化热镀锌板镀层的粘附力学性能。为了分析镀层微观组织对其粘附力学性能的影响,采用盐浴工艺的实验方法改变镀层的微观相结构,由此研究了镀层的微观组织与镀层粘附力学性能的影响关系,并建立了相关模型。3)合金化镀层脱落评价方法与智能分级设备研制为了正确评价镀层的粘附力学性能指标与脱落性能之间的相互关系,需要一种客观正确评价镀层脱落性能指标的方法。在分析了国内外常用镀层脱落分级评价方法的优缺点基础上,考虑企业现场测试的需求,在目测法的评价基础上,采用机器视觉代替人工目测,有效克服目测法缺点。通过引入计算机图形学的相关图像处理原理和算法,成功设计开发了图形采集系统和数据处理系统。针对立体金属表面光线反射和定位困难,设计了专用光照系统,研制出工件定位装置,同时研究有关定位算法以减少定位操作的精度要求和计算量;为了能在油污、指纹、划痕等条件下也能客观正确评价镀层脱落性能指标,设计了相关处理噪音的软件;除此外,基于国内外现有分级经验基础上,设计并提出了合理的分类器和判断规则,并由此开发研制了相关分级设备,快速、简单、自动地正确实现了镀层脱落分级。4)合金化镀锌板镀层脱落规律研究及验证借助已研制的智能分级设备对常见合金化热镀锌板进行镀层脱落分级,耦合研究镀层粘附力学性能,发现镀层脱落性能与其粘附力学性能(剥离释放能和剪切释放能)两者之间符合一定的曲线关系,这证实了镀层断裂的Y因子失效模型的成立。其次,通过跟踪分析复杂成形条件下镀层在整个变形过程中脱落动态,借助网格测试和数值分析整个变形过程的应变状态的动态变化,证实了镀层脱落主要出现在压应变区,并且只有当压应变大于一定值时才会脱落的结论。最后,根据测得的这个压应变值,用实例去预测并验证了复杂成形零件镀层脱落分布。本文在充分吸取和借鉴前人的成果基础上,对合金化镀锌板镀层脱落的评价方法和脱落机理进行了研究,提出基于镀层粘附力学性能衡量镀层脱落性能的方法,研究并总结得出合金化镀锌板镀层脱落规律,通过实验对其进行了验证。该方法不仅有助于揭示镀层脱落的科学实质,而且有助于正确衡量镀层的脱落性能,为合金化工艺的改进提供理论依据。