某汽車車身耐腐蝕性試驗(yàn)

馮昌川，豐剛磊，宋慶源

（北汽福田汽車工程研究總院，北京102206）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外客戶對(duì)車輛的耐腐蝕性要求越來(lái)越高。近年來(lái)，不乏因汽車腐蝕問(wèn)題而被大量召回的事件，車輛的防腐蝕水平對(duì)車輛的銷售和出口有直接的影響。汽車的腐蝕，不僅影響汽車的外觀，造成環(huán)境污染，更重要的是使零部件尺寸減薄，降低其機(jī)械強(qiáng)度，影響駕駛安全［1］。車輛防腐蝕是汽車企業(yè)必須面對(duì)的重點(diǎn)問(wèn)題。

防腐蝕對(duì)整車來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，國(guó)外主流汽車品牌一般有專門的防腐蝕設(shè)計(jì)手冊(cè)和腐蝕評(píng)價(jià)部門，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)防護(hù)、材料選擇、制造工藝等階段開展車輛防腐蝕工作［2］。目前，國(guó)內(nèi)汽車廠對(duì)汽車整車防腐蝕性能的認(rèn)識(shí)也在逐步提高，一方面引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品原有的防腐技術(shù)，另一方面在逐步開展對(duì)整車耐腐蝕性的研究。

本工作通過(guò)整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)，研究了汽車車身耐腐蝕狀況，分析了鋼板材質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂膠工藝對(duì)車身防腐蝕的影響。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)QC／T 732-2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行，試驗(yàn)強(qiáng)度采用腐蝕速率70μm／a，試驗(yàn)載荷60%。按照該試驗(yàn)參數(shù)，10次循環(huán)試驗(yàn)的腐蝕結(jié)果相當(dāng)于國(guó)內(nèi)最惡劣地區(qū)1a的腐蝕量。試驗(yàn)周期為60次循環(huán)，即60d，相當(dāng)于在國(guó)內(nèi)最惡劣的地區(qū)實(shí)際使用6a的腐蝕量。每個(gè)循環(huán)結(jié)束，檢查車輛腐蝕情況，每10次循環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)檢查并判定腐蝕級(jí)別。

本工作模擬了車輛實(shí)際使用時(shí)可能遇到的各種腐蝕環(huán)境，以便能夠更好地考核整車的耐腐蝕性能。1次循環(huán)24h，每次循環(huán)包括的試驗(yàn)流程如下：高速跑到行駛78km→駐坡（20%坡度）→鹽霧噴射（濃度3%）→鹽水槽、鹽水搓板路（濃度2%）→綜合壞路，5.35km→洗車，偶數(shù)循環(huán)時(shí)→自然干噪，7h→高溫高濕室存放，10h。

試驗(yàn)開始前的準(zhǔn)備工作包括：①對(duì)重點(diǎn)需要關(guān)注的部位拍照，記錄原始信息；②測(cè)量車身漆膜厚度；③安裝斷電開關(guān)，以保障安全；④安裝監(jiān)控鋼板，以控制腐蝕強(qiáng)度，安裝位置為頂棚4個(gè)、底盤4個(gè)。

采用日本ES-421型鹽度計(jì)測(cè)量鹽水濃度，用德國(guó)Surfix FN型漆膜測(cè)厚儀測(cè)量漆膜厚度，鹽霧試驗(yàn)室和溫濕度試驗(yàn)室為海南汽車試驗(yàn)所定制設(shè)備。

2 結(jié)果與討論

2.1 材質(zhì)對(duì)車身防腐蝕的影響

為驗(yàn)證材質(zhì)對(duì)車身防腐蝕性能的影響，在試驗(yàn)樣車的發(fā)動(dòng)機(jī)外板上搭載了非鍍鋅板、電鍍鋅板、熱鍍鋅板，材質(zhì)分別為DC01、DC01E＋Z和DC51D＋Z。電鍍鋅板和熱鍍鋅板的鍍鋅層厚度均為7μm。

不同材質(zhì)的鋼板在30次循環(huán)的腐蝕形貌如圖1所示。從30次循環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，非鍍鋅板的劃線單邊擴(kuò)蝕達(dá)4.2mm，電鍍鋅板的劃線擴(kuò)蝕為0.9mm，熱度鋅板的劃線擴(kuò)蝕為0.7mm?？梢钥闯觯清冧\板的擴(kuò)蝕寬度明顯高于鍍鋅板，此外，非鍍鋅板的邊緣銹蝕嚴(yán)重，并有銹垢堆積，而鍍鋅板的邊緣只有輕微生銹。

圖1 不同材質(zhì)鋼板在30循環(huán)后的腐蝕情況Fig.1 Corrosion performance of non galvanized plate（a），galvanized plate（b）and hot dip galvanized plate after 30-cycle test

不同材質(zhì)鋼板在10～60次循環(huán)的腐蝕情況如圖2所示。從圖中可以看出，非鍍鋅板的劃線擴(kuò)蝕寬度明顯高于鍍鋅板，電鍍鋅和熱鍍鋅板的防腐蝕性能差異不大，在10次循環(huán)時(shí)均沒(méi)有出現(xiàn)擴(kuò)蝕現(xiàn)象，后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程中劃線擴(kuò)蝕程度也較小。

圖2 不同材質(zhì)鋼板在試驗(yàn)過(guò)程中的劃線擴(kuò)蝕情況Fig.2Scribing corrosion of different plates during the test

圖3 為60次循環(huán)時(shí)不同材質(zhì)板材的腐蝕形貌。由圖3可以看出，非鍍鋅板邊緣漆膜已經(jīng)銹蝕脫落，而熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板的邊緣只有輕微腐蝕。

圖3 不同材質(zhì)鋼板在60次循環(huán)時(shí)的腐蝕情況Fig.3 Corrosion performance of different plates after 60-cycle test

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鍍鋅板的防腐蝕性能明顯優(yōu)于非鍍鋅板，這是由于在劃線處漆膜被破壞后，鍍鋅層可以起到較好的陰極保護(hù)作用。熱鍍鋅板和電鍍鋅板的防腐蝕性能相當(dāng)，說(shuō)明鍍鋅板的耐腐蝕性能主要與鍍鋅層厚度有關(guān)，而與鍍層的結(jié)構(gòu)關(guān)系不大。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)防腐蝕的影響

車輛強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)前，測(cè)量A柱與翼子板間夾縫縫隙寬度，左側(cè)小于0.1mm，右側(cè)大于0.2mm，設(shè)計(jì)寬度為0.2～1mm，左側(cè)夾縫寬度由于裝配失誤而導(dǎo)致小于設(shè)計(jì)尺寸。經(jīng)30次循環(huán)試驗(yàn)，左側(cè)夾縫縫隙已完全腐蝕，并有少量銹垢堆積，如圖4（a）所示；而右側(cè)夾縫無(wú)腐蝕現(xiàn)象，如圖4（b）所示。

左側(cè)夾縫產(chǎn)生腐蝕的原因是由于縫隙較小，容易積存灰塵、泥水、鹽水等腐蝕介質(zhì)而發(fā)生縫隙腐蝕。由于水和腐蝕介質(zhì)的存在，經(jīng)過(guò)初期緩慢的氧化還原反應(yīng)，使得縫隙內(nèi)外氧含量、離子濃度以及pH不同，形成“供氧差異電池”［3-4］，促使金屬溶解加速，從而導(dǎo)致縫隙腐蝕。

當(dāng)縫隙寬度非常窄時(shí)，腐蝕速率隨縫隙寬度的增加而升高，當(dāng)縫隙寬度為0.1mm左右時(shí)，腐蝕速率最大，再增加縫隙寬度，則腐蝕速率降低，當(dāng)縫隙大于0.2mm時(shí)，幾乎不產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。因此，圖4（b）右側(cè)A柱與翼子板間夾縫寬度由于大于0.2mm而未發(fā)生腐蝕。

圖4 30次循環(huán)后A柱外板與翼子板間夾縫Fig.4 Crevice between A-pillar and the wing after 30-cycle test（a） left A-pillar （b） right A-pillar

2.3 打膠工藝對(duì)防腐蝕的影響

圖5和圖6為30次循環(huán)后部分鋼板搭接位置的試驗(yàn)結(jié)果照片。從圖5（a）和圖6（a）可以看出，左前門下尖角和發(fā)動(dòng)機(jī)罩左側(cè)尖角均出現(xiàn)腐蝕，且邊緣漆膜起泡，原因是由于焊縫密封膠使用量不足導(dǎo)致的。作為對(duì)比，右前門下尖角和發(fā)動(dòng)機(jī)罩右側(cè)尖角由于焊縫膠較為充分，而無(wú)腐蝕現(xiàn)象。

汽車的鋼板搭接結(jié)構(gòu)較多，在車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、側(cè)圍等區(qū)域均存在搭接結(jié)構(gòu)。搭接位置由于有縫隙的存在，是腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)［5-6］，在鋼板搭接位置須適量使用密封膠，特別是在轉(zhuǎn)角處，打膠過(guò)少則出現(xiàn)縫隙，導(dǎo)致縫隙腐蝕，過(guò)量則容易擠出而形成膠瘤，影響外觀。

3 結(jié)論

（1）非鍍鋅板的劃線擴(kuò)蝕寬度明顯高于鍍鋅板，且非鍍鋅板易出現(xiàn)邊緣腐蝕。

（2）熱鍍鋅板和電鍍鋅板的防腐蝕性能相當(dāng)，說(shuō)明鍍鋅板的耐腐蝕性能主要與鍍鋅層厚度有關(guān)。

圖5 30次循環(huán)后的車門下尖角Fig.5 The lower sharp corner of the vehicle door after 30-cycle test（a） the left front door （b） the right front door

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)罩下尖角30次循環(huán)照片F(xiàn)ig.6 The lower sharp corner of the engine plate after 30-cycle test（a） the left （b） the right

（3）A柱與翼子板間夾縫寬度小于0.1mm時(shí)，經(jīng)過(guò)30次循環(huán)試驗(yàn)已完全銹蝕，而當(dāng)夾縫寬度大于0.2mm時(shí)，則可以避免出現(xiàn)腐蝕。

（4）在鋼板搭接處，焊縫密封膠不充分的位置銹蝕較為嚴(yán)重，焊縫密封膠較充分的位置在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)銹蝕。

［1］黃健中.汽車腐蝕與防護(hù)技術(shù)［M］.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］徐書玲.淺談汽車防腐評(píng)價(jià)體系在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用［J］.汽車技術(shù)，2003，6：25-27.

［3］陳卓，杜翠薇，曹備，等.碳鋼縫隙內(nèi)溶液化學(xué)和陽(yáng)極極化行為研究［J］.電化學(xué)，1999，5（2）：145-151.

［4］趙景茂，左禹，熊金平.碳鋼在電視縫隙腐蝕閉塞區(qū)模擬溶液中的腐蝕行為［J］.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2002，22（4）：193-197.

［5］徐書玲.國(guó)產(chǎn)汽車耐腐蝕試驗(yàn)研究［J］.汽車技術(shù)，2002，3：21-24.

［6］田富國(guó).商用車的內(nèi)腔防腐蝕技術(shù)［J］.汽車工藝與材料，2008，10：18-21.