汽車金屬部件防腐原理與措施

田永，方瑛，廖兵

（廣汽菲亞特汽車有限公司產(chǎn)品技術(shù)部，湖南 長沙 410100）

汽車金屬部件防腐原理與措施

田永，方瑛，廖兵

（廣汽菲亞特汽車有限公司產(chǎn)品技術(shù)部，湖南 長沙 410100）

汽車金屬部件的腐蝕是不可避免的，必須進行有效的防護。本文從金屬部件腐蝕的原理入手，針對斑狀腐蝕、局部腐蝕、縫隙腐蝕、受載下的腐蝕四種常見的腐蝕類型，深入分析了腐蝕的原因， 然后提出了汽車金屬部件防腐蝕的策略，最后系統(tǒng)研究了各種防腐蝕的措施，包括優(yōu)化防腐設(shè)計并改善腐蝕環(huán)境、材料替換、改善涂覆和增強電化學(xué)防護等方面。通過這些分析和研究，以期達到改善現(xiàn)有車輛金屬部件的防腐措施、提高金屬部件的防腐性能的目的。

汽車防腐；腐蝕原理；防腐措施

CLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-97-04

前言

汽車金屬零部件在汽車零部件中所占的比例很大，它們長期暴露在大氣環(huán)境中，與大氣中的氧氣、水份和污染物等腐蝕成分接觸時間長，金屬材料表面易產(chǎn)生腐蝕，即氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的過程。[1]腐蝕不僅直接影響到汽車金屬部件的使用壽命和使用安全, 還會導(dǎo)致環(huán)境污染和交通事故, 給社會和經(jīng)濟發(fā)展造成損失，但腐蝕破壞是一個緩慢的過程，往往需要幾年甚至更長的時間，[2]所以，在設(shè)計開發(fā)與生產(chǎn)制造中對金屬部件進行防腐處理就顯得十分必要。

1、腐蝕原理

汽車零部件常見的腐蝕類型主要有斑狀腐蝕、局部腐蝕、縫隙腐蝕、受載下的腐蝕等四種[3]。

斑狀腐蝕是汽車金屬部件常見的一種腐蝕，表現(xiàn)為面漆或涂層鼓泡和脫落、露出基體金屬、出現(xiàn)均勻腐蝕或蝕坑。斑狀腐蝕原因是多方面的，有的是因為基體金屬陰極反應(yīng)導(dǎo)致氣體鼓泡剝離；有的是因為基體金屬的陽極溶解導(dǎo)致涂層脫落；有的是因為沙石飛濺使漆層分離；有時候是多種因素同時存在造成腐蝕。所以這種腐蝕多發(fā)生在車身和底盤部位。如圖1所示，是汽車排氣管的斑狀腐蝕圖片。

局部腐蝕則包括點腐蝕、雙金屬腐蝕、晶間腐蝕等。點腐蝕常發(fā)生在不銹鋼、鋁及鋁合金、鋅合金構(gòu)件、鍍錫、鍍銅、鍍鉻鎳零件表面。雙金屬腐蝕是發(fā)生在電位不同的異金屬連接件中電位較低的金屬，如與鋼件連接的鋅、鋁及其鍍層，由于電位差作用易發(fā)生腐蝕。晶間腐蝕是不銹鋼、鋁合金等汽車零件常發(fā)生的腐蝕。引起晶間腐蝕的原因是在制造中由于加熱、焊接，從而引發(fā)晶粒與邊界化學(xué)成分的變化。

縫隙腐蝕是由于縫隙內(nèi)外氧含量、離子濃度等條件不同而導(dǎo)致的，如圖2所示。在鉚接、焊接及螺栓連接的位置都極易發(fā)生此類腐蝕, 而含Cl-的環(huán)境更會加快縫隙腐蝕的速度, 對縫隙腐蝕比較敏感的寬度是0.025～0.1mm[4]。

汽車中的一些承載構(gòu)件，在潮濕腐蝕環(huán)境下，若受靜載則易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂；若受周期動載則易發(fā)生疲勞腐蝕；若受微小周期振動則發(fā)生微動腐蝕。汽車構(gòu)件受載下腐蝕的危險在于構(gòu)件承受遠(yuǎn)低于材料的屈服極限的載荷下發(fā)生零件斷裂。該種腐蝕的隱密性、突發(fā)性是汽車安全行駛的隱患。如圖3所示，是車門下橫梁的腐蝕情況。

2、腐蝕原因

引起車輛腐蝕的原因很多，主要可分為使用環(huán)境導(dǎo)致腐蝕和自身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致腐蝕兩大類。

汽車的使用環(huán)境復(fù)雜多變，主要包括濕氣、酸堿度、溫度等。在相對濕度高的地區(qū)（如沿海地區(qū)），腐蝕將加速；空氣及雨雪中的酸堿物質(zhì)也會加速車體的腐蝕；溫度的升高，處于通風(fēng)不良處的零件會加速腐蝕；汽車內(nèi)部產(chǎn)生的腐蝕環(huán)境，如發(fā)動機產(chǎn)生的高溫和含硫、氯離子等的燃燒廢氣，蓄電池產(chǎn)生的酸霧、漏液等會加速腐蝕；工作中振動、沖擊、摩擦、碰撞等引起的局部破損等引起腐蝕。

汽車自身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，也會導(dǎo)致腐蝕。在車身下部積存的泥沙、污垢和水分會加速腐蝕；含有濕氣的污垢或碎屑物積留在車身或其他部位。

3、腐蝕防護原理

國內(nèi)汽車的腐蝕防護技術(shù)的應(yīng)用和工藝水平與國外先進技術(shù)相比還存在一定差距。一些國產(chǎn)汽車油漆生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的油漆產(chǎn)品的平整度、光澤度及附著力不是很好；電鍍的工藝水平還需提高，鍍層和轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量欠佳，尤其是重腐蝕環(huán)境（如酸霧、高溫等）中零件的耐蝕能力不強，直接表現(xiàn)為使用一段時間后出現(xiàn)銹漬，油漆層起泡、剝落、變色、失光等，[5]從而失去了防腐蝕的作用。

影響腐蝕的因素十分復(fù)雜，多種多樣，要想在根本上杜絕十分困難，但我們可以在設(shè)計、材料、涂覆、工藝等方面進行優(yōu)化，以降低腐蝕的危害。特別是汽車部件，不僅直接關(guān)系到車輛的性能，還間接影響著乘員的安全，腐蝕的防護十分重要，千萬不能掉以輕心。

在設(shè)計上進行優(yōu)化：防腐設(shè)計優(yōu)化，對腐蝕環(huán)境進行優(yōu)化和改善。金屬部件在設(shè)計時應(yīng)注意從零件結(jié)構(gòu)選擇、材料匹配、結(jié)構(gòu)布置合理性、結(jié)構(gòu)連接合理性、防止縫隙產(chǎn)生等內(nèi)容進行優(yōu)化。[6]

從材料上進行優(yōu)化：可以提高材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性，改善零件材料合金的組成；增大陽極控制等措施；還可以進行材料上的替換，可以將現(xiàn)有的普通材料更換成防腐性能強的材料，或者更換成鋁鎂合金、工程塑料等不易腐蝕的材料。

從涂覆上進行優(yōu)化：改善金屬部件的涂覆和增強電化學(xué)防護，從普通的油漆涂層更換成防腐蝕性能強的涂層，如陰極保護、陽極保護、達克羅涂覆等，在零部件的縫隙、夾層、空腔底部等處增加保護涂層等。

從工藝上進行優(yōu)化：制定合理的零部件制造工藝，防止在制造過程中出現(xiàn)磕碰和劃傷，盡量采用不破壞防護層的制造工藝與措施。

4、汽車零件的防護措施

對于汽車零部件腐蝕的防護，可以從零部件的設(shè)計、材料、涂覆、工藝等方面進行改進。

4.1 汽車部件設(shè)計上的腐蝕防護措施

防腐蝕設(shè)計是汽車零部件防腐蝕的最重要屏障，設(shè)計中

有沒有考慮防腐蝕，也是決定零件腐蝕壽命的重要前提。

在零部件設(shè)計中應(yīng)盡量避免形面封閉區(qū)，或讓封閉系統(tǒng)的通風(fēng)與排水良好，可以設(shè)計通風(fēng)孔或者排水孔，如圖4所示，在車門底部設(shè)計排水孔，防止車門內(nèi)部的水無法排出。外形設(shè)計要盡量圓滑，不能出現(xiàn)死角或者形狀的突變，以免造成積水，圓角和光滑外型可減少滯留處，設(shè)計加強板和加強筋時，要使其空氣循環(huán)流通， 排水良好，避免滯留區(qū)產(chǎn)生。電器件與接頭布置在內(nèi)側(cè)或者增加防護罩殼。整車外露易腐蝕和易進水的部位設(shè)防塵罩。零部件設(shè)計時考慮其均勻腐蝕，選擇一種或幾種組合防腐方式，如涂層、電鍍、轉(zhuǎn)化膜和涂防銹油脂等。零件的結(jié)構(gòu)要便于防護工藝的實施，必要時開設(shè)工藝孔。

車身與零部件的連接方式中，焊接比鉚接或螺釘連接強度好，但焊接也同時破壞了金屬的表面防護層，導(dǎo)致焊縫處存在銳邊腐蝕和由于焊縫搭接處無漆而產(chǎn)生的銹蝕，所以在設(shè)計時要適當(dāng)考慮將焊接處進行掩蓋，如圖5所示，焊點設(shè)計在A柱下，裝車時密封條會包覆在焊點上面，起到保護焊點腐蝕的作用，或者在后續(xù)的工序中對焊接部位進行防腐蝕處理，以增加焊縫和焊點處的抗腐蝕強度，如涂覆密封膠等。

在異金屬連接處, 盡量選用電位較接近的金屬連接，或者采取絕緣措施，如鋼件鍍鎘層后與鋁合金之間夾絕緣膠，防止電偶腐蝕的發(fā)生。[7]

4.2 汽車部件選材上的腐蝕防護措施

汽車上很多重要的結(jié)構(gòu)件都是用鋼鐵材料制成的。對于腐蝕嚴(yán)重的零部件，材料上應(yīng)選用腐蝕率低的耐蝕金屬（如耐候鋼），或適當(dāng)增加金屬厚度，多選用含Mn、Mg等合金元素的不銹鋼，它們能與Fe、Si等形成電位較負(fù)的活潑相，提高抗點蝕能力。在汽車設(shè)計之初，應(yīng)該適當(dāng)減少普通碳素鋼的用量，增加高強度鋼的用量。多采用鍍鋅鋼板，有助于提高汽車的防蝕性能，如車身底邊框容易受接觸到水和油液的地方就要多采用鍍鋅鋼板。如圖6所示，是鍍鋅鋼板在A柱上的應(yīng)用。

目前，塑料和鋁合金制品在汽車上的應(yīng)用也是越來越多，大有替代金屬的趨勢。某些工程塑料，其性能完全可以媲美金屬材料，有良好的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕等性能，是替代金屬材料的熱門選擇。鋁合金材料也以其質(zhì)量輕、耐蝕性好、強度高等特點成為替代鋼鐵材料的選擇之一，已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)動機框架、車輪、制動鉗等容易腐蝕的部件上，如圖7所示為汽車鋁合金橫梁。所以，選擇零件材料時，可以多選用塑料和鋁合金材料來替代金屬材料，防止腐蝕的發(fā)生。

4.3 汽車部件涂覆與工藝上的腐蝕防護措施

目前，在金屬表面上應(yīng)用最廣的涂覆措施就是油漆涂層，如圖8所示，是汽車油漆的噴涂過程，油漆涂層一般分為3層：底漆、中涂和面漆。

底漆的主要作用是在金屬與涂層之間提供良好的結(jié)合力和優(yōu)良的耐蝕性。底漆按工藝分有三大類型，即噴涂底漆、浸涂底漆、電泳底漆。中涂漆作用是填補車身上的缺陷和印痕，可以起到防石擊、增加韌性、防水和增加表面平整性的

效果。目前聚酯被公認(rèn)為陰極電泳底漆上的最佳中涂漆。面漆的主要作用是提供外表裝飾，面漆要長久保持表面光澤和保色，能夠抗光氧化和耐水解性，還要求能耐酸雨，長時間陽光暴曬后能承受大雨襲擊，經(jīng)得起石擊，并能防漏油等。

其他的涂覆方式還有磷化、陽極電泳、密封、內(nèi)腔涂臘、達克羅等方式提高零件的抗腐蝕能力。

鋼材在前處理工序中磷化，能使金屬表面形成一層耐腐蝕性的薄膜，若經(jīng)化學(xué)處理，會增加其耐蝕性，提高耐蝕強度。如圖7所示，是磷化工藝示意圖。

陽極電泳作為汽車底漆已成為一種常用的金屬保護措施，陽極電泳穿透能力好，漆膜抗鹽霧與潮濕性等耐蝕性能好，世界上大多數(shù)的汽車車身都采用陽極電泳底漆，電泳工藝參數(shù)的控制對漆膜性能影響較大，所以，合理選擇電泳參數(shù)也是至關(guān)重要的。圖10所示為陽極電泳過程。

PVC焊縫密封可以有效的防止焊縫和焊點的腐蝕，還可以起到密封的作用，對轎車車身來說，幾乎所有的焊縫都要涂PVC材料進行密封以提高抗腐蝕強度。

由于零部件的縫隙、夾層、空腔底部等部位長時間處于潮濕狀態(tài)，腐蝕速度急劇加快，導(dǎo)致明顯的銹蝕，甚至造成金屬材料穿孔，常采用內(nèi)腔涂臘的方式進行保護，如圖11所示。注蠟的部位非常之多，一般有幾十個左右，大致有前縱梁、前橫梁、A柱、B柱、C柱、上邊梁、下邊梁、后縱梁、后橫梁（上下邊梁是指車頂、地板與側(cè)面的交接處內(nèi)部的鋼梁）；發(fā)動機罩上蓋版（就是雨刷器后面風(fēng)檔前面那一塊）；引擎內(nèi)罩、外罩；所有的車門內(nèi)板、外板（重點為門板下部）；所有的車輪罩； 行李艙內(nèi)罩、外罩；其它所有出現(xiàn)空腔的地方。

對于一些耐腐蝕能力要求很高的緊固件，我們可以采用達克羅工藝進行表面涂覆。所謂達克羅即片狀鋅基鉻酸鹽防護涂層，亦稱鋅鉻膜，是當(dāng)今國際表面處理的高新技術(shù)。達克羅涂層主要由鱗片狀鋅片、鋁片以及無定形復(fù)合鉻酸鹽聚合物組成，金屬片在基體表面層層疊加，鉻酸鹽聚合物填塞在金屬片之間，并通過樹脂固化反應(yīng)，使金屬片之間以及金屬片與基體間牢固地粘結(jié)在一起，形成一種特殊的片狀交錯疊層結(jié)構(gòu)。[8]經(jīng)達克羅處理的金屬制品性能優(yōu)異，耐蝕性強，一般涂層厚6-8um 就可保證在鹽霧試驗中480-1000h 不出紅銹，是電鍍鋅的5-7倍；高耐熱性(可耐熱至300°C)，表面涂膜即使長時間置于高溫條件下也不會被腐蝕。

5、結(jié)論

綜上所述，汽車金屬部件的腐蝕是不能避免的，但我們可以從設(shè)計、材料、涂覆等方面對腐蝕進行防護，減少腐蝕帶來的危害。從設(shè)計上進行腐蝕防護是根源，可以減少前期的投入，避免不必要的浪費，但對設(shè)計者的經(jīng)驗要求較高；從材料選擇上進行腐蝕防護是保證，可以有效的避免材料的浪費，提高材料的抗蝕強度；從涂覆上進行防護是保障，但對各種涂層的選擇要合理，根據(jù)不同的腐蝕等級和部件的應(yīng)用部位選擇不同的防護涂層。

[1] 王海濤.淺談汽車整車腐蝕[J].輕型汽車技術(shù),2007,(2):22-24.

[2] 吳蔭順.金屬腐蝕研究方法[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993:1-5.

[3] 黃建中.汽車腐蝕與防護技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004:15-35.

[4] 張德生, 臧杰.汽車各類腐蝕的頻發(fā)部位及原因分析[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報, 2006,20(1):85-88.

[5] 林泉.汽車涂裝防腐技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用[J].科技信息, 2010(24):788-789.

[6] 于芝, 聞小安, 鐘相成.防腐工程技術(shù)設(shè)計與工程處理實例應(yīng)用手冊[M]. 北京:金版電子出版公司,2003:9-20.

[7] 劉廣客.汽車防腐蝕的方法[J].陜西汽車,1997,(1):36-38.

[8] 張菊香.達克羅技術(shù)在汽車防腐中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料.2005,(12):9-11.

Anti-Corrosion Theory and Solution of Auto Metal Components

Tian Yong, Fang Ying, Liao Bing
( PE Dep. GAC FIAT Automotives Co., Ltd., Hunan Changsha 410100 )

Corrosion on auto metal components is ineluctable, we must to protect them to avoid this destroy. In this paper, first, we studied the corrosion theory of metal, given the reasons for spot corrosion, segmental corrosion, aperture corrosion and load corrosion. Then, we introduced the anti-corrosion methods. At last, we analyzed corrosion protective solution from design, material and painting side. After that, in order to improve the corrosion protective methods and the anti-corrosion property of auto metal components.

Auto anti-corrosion；Corrosion theory；Anti-corrosion solution

U465

A

1671-7988(2014)09-97-04

田永，就職于廣汽菲亞特汽車有限公司產(chǎn)品技術(shù)部。