車門鉸鏈銹蝕分析及整改方向探討

高常娟 謝麗麗 李 莉 岳 平 張 浩 陳敏娟

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

0 前言

汽車作為與大眾生活息息相關的消費品，安全、耐久和使用壽命得到人們的廣泛關注。腐蝕直接影響車輛的安全性、可靠耐久性和使用壽命，因腐蝕而損壞的零部件極易引發(fā)交通事故。合理防護可有效降低汽車因腐蝕導致的人力、物力損失[1]。因此汽車制造商投入大量人力與物力研究汽車防腐質量。

汽車制造商通過進行整車級和零部件級的腐蝕試驗驗證，可以暴露產品存在的防腐設計問題，從而為提升車輛的防腐性能提供依據。整車級試驗即整車道路強化腐蝕試驗，是指汽車在試驗場內進行高速路、鹽霧路、綜合耐久路、濕熱環(huán)境艙停放等工況來模擬汽車實際服役環(huán)境的腐蝕環(huán)境，最接近車輛戶外使用狀態(tài)，且能綜合考察生產制造工藝，因此許多先進的汽車企業(yè)都將整車道路強化腐蝕試驗作為評價整車及零部件耐腐蝕性的仲裁試驗方法。但整車試驗費用高、試驗周期長。零部件級試驗是指將零部件放入一種利用人工模擬鹽霧環(huán)境的試驗箱，模擬實際腐蝕環(huán)境來考察零部件防腐性能的靜態(tài)試驗。優(yōu)點是試驗成本低、試驗結果一致性好，常作為考察零部件防腐能力和表面處理工藝一致性的有效手段[1]。

本文主要就某一車型鑄造式車門鉸鏈的銹蝕問題進行研究分析，得出生銹的原因并提出整改方向和驗證手段。

1 試驗

1.1 整車道路強化腐蝕試驗

整車道路強化腐蝕試驗工況如圖1所示，試驗車周一～周五進行約4h道路試驗和20h環(huán)境艙存放，周末進入環(huán)境艙進行存放。一個試驗循環(huán)為1周，2個試驗循環(huán)模擬車輛在腐蝕環(huán)境惡劣的市場實際使用1年。

圖1 整車道路強化腐蝕試驗工況

1.2 零部件鹽霧試驗

采用ISO 9227 中性鹽霧試驗法[3]。

1.3 試驗樣品

1.3.1 整車

某平臺SUV一臺。

1.3.2 車門鉸鏈

鑄造式車門鉸鏈結構及組成如圖2所示。

圖2 車門鉸鏈結構及組成

鑄造式車門鉸鏈的材質和表面處理信息如表1所示。

銷軸和墊片裝配后通過鉚壓工藝和車身件連接，連接區(qū)域使用襯套達到過盈配合從而保證密封，襯套為嵌由銅網的PTFE的材料組成。

試驗考察了兩類不同鍍鋅層厚度的車門鉸鏈防腐性能，鍍鋅層厚度分別是（5±2）μm（簡稱A類樣品），（12±2）μm（簡稱B類樣品），厚度測試點如圖2中A點所示。

1.4 檢驗設備

2 結果與討論

2.1 整車道路強化腐蝕試驗結果分析

將兩類車門鉸鏈安裝在試驗車上，隨車涂裝后，進行整車道路強化腐蝕試驗，試驗結果如表3所示。圖3和圖4為鉸鏈生銹的典型圖例。

表1 車門鉸鏈組成

表2 檢驗設備

表3 整車道路強化腐蝕試驗結果

圖3 A類零件試驗12周后照片（右前上）

圖4 B類零件試驗12周后照片（右前上）

從表3可知，前門鉸鏈普遍出現銹蝕，且其腐蝕等級高于后門鉸鏈。結合表3和圖3、圖4分析可知，銹蝕主要發(fā)生在鉸鏈本體以及鉸鏈中間銷軸和鉸鏈本體搭接部位，鍍鋅層厚度為（5±2）μm的A類鉸鏈50%發(fā)生銹蝕，且右前門上鉸鏈銹蝕等級為4級，在該車型整車防腐目標定義中屬不可接受程度；鍍鋅層厚度為（12±2）μm的B類鉸鏈表現良好，生銹鉸鏈銹蝕等級為1級，可接受。

對該平臺同款SUV按照公司企標進行整車噴淋試驗，試驗結果如圖5、圖6所示，可以看出，左前門鉸鏈水平面有積水，右后門鉸鏈水平面無明顯積水，這說明前門鉸鏈所處環(huán)境因密封性差，可以較頻繁接觸水分等腐蝕因子，這是導致前門鉸鏈腐蝕程度高于后門鉸鏈的一個原因。因此，優(yōu)化設計結構，提高車門與車身之間密封性，避免鉸鏈接觸腐蝕介質，可有效規(guī)避鉸鏈腐蝕問題。但對于該款車型，在車身數據已凍結、模具已開發(fā)，無法采用結構優(yōu)化方案的前提下，將鉸鏈的鍍鋅層厚度定義為12μm，可有效防止腐蝕。

圖5 左前門鉸鏈淋雨狀態(tài)

圖6 右后門鉸鏈淋雨狀態(tài)

2.2 零部件腐蝕試驗結果分析

為探索能夠模擬整車強化腐蝕試驗所示現象的臺架試驗方法，選擇兩類車門鉸鏈隨車電泳后，按照ISO 9227-2012的要求進行中性鹽霧試驗。每一組樣本量為3個，樣件放置位置與整車狀態(tài)下零件安裝位置保持一致，第Ⅰ組試驗程序為在鹽霧艙靜置240h，第Ⅱ組試驗程序為在鹽霧艙靜置240h，其中每隔24h對零件進行沿車門開閉方向旋轉10次的操作，以此模擬整車強化腐蝕試驗中開關車門對零件的影響。結果如圖7～圖10所示（圖示只展示關注部位的銹蝕狀態(tài)）。

圖7 A類零件第Ⅰ組試驗

圖8 B類零件第Ⅰ組試驗

圖9 A類零件第Ⅱ組試驗

圖10 B類零件第Ⅱ組試驗

從圖7和圖8分析可知，兩種類型鉸鏈在第Ⅰ組試驗中靜置240h，關注部位均無腐蝕產物生成，從圖9和圖10分析可知，鍍鋅層偏薄的鉸鏈在關注部位生成紅銹，產生與整車試驗相同的試驗結果。鍍鋅層偏厚的鉸鏈防腐性能較好，在關注部位產生少量白銹，無紅銹產生。出現這種現象的原因可能是轉動鉸鏈使銷軸與其連接件產生想對位移，促進腐蝕介質侵入墊片密封區(qū)域產生銹蝕并排出銹水。通過上述分析可知，在零部件臺架試驗中，盡可能設計零件與整車環(huán)境中的實際使用工況相似的試驗條件，可以更有效的驗證零件的防腐性能。

2.3 零件銹蝕原因分析

對生銹零件進行拆解，如圖11和圖12所示?？芍娪竟に嚐o法在搭接面形成有效防護層，銹蝕發(fā)生位置的有效防腐層為鍍鋅層。

圖11 鉸鏈拆解圖示(1)

圖12 鉸鏈拆解圖示(2)

為排查襯套材質中銅元素與鍍鋅銷軸接觸存在異種金屬電偶腐蝕的風險，對襯套和銷軸接觸面進行SEM/EDX掃描，分析表面化學成分，襯套表面化學成分列于表4，銷軸表面化學成分如表5所示。從表4可知，襯套表面主要元素為C、O、F，是PTFE的構成元素，推斷襯套外表面為PTFE，沒有Cu網外露。從表5可知，銷軸表面含有C、O、Cr和Zn元素，推斷銷軸為鍍鋅后進行鈍化處理，由于在接觸面沒有檢測到高含量的Cu元素，可排除襯套與銷軸接觸產生異種金屬電偶腐蝕的風險。說明該類鑄造式車門鉸鏈的選材不會對防腐性能產生消極影響。

表4 襯套表面成分

表5 銷軸表面成分

通過上述分析可知，該類鑄造式鉸鏈墊片與銷軸接觸部位無電泳漆，只有鍍鋅層，且接觸位置的選材不會發(fā)生電偶腐蝕，因此銹蝕的原因是外界腐蝕介質在此處滯留，消耗鍍鋅層，使基體金屬外露并與腐蝕介質接觸發(fā)生電化學反應，基體金屬Fe被氧化，產生紅色腐蝕產物。

通過改善車門與車體之間密封性，優(yōu)化腐蝕環(huán)境可有效避免鉸鏈發(fā)生腐蝕，但是在車身數據凍結、模具已開發(fā)的狀態(tài)下，無法通過優(yōu)化車身設計結構整改時，一方面可通過優(yōu)化零部件制造工藝，控制襯套翻邊尺寸，確保襯套翻邊尺寸略小于銷軸墊片外徑，避免腐蝕介質如冷凝水在搭接面滯留改善鉸鏈防腐性能；另一方面，可增加腐蝕風險表面鍍鋅層厚度，提高陰極保護能力，試驗證明，定義鉸鏈車門件和車身件鍍鋅層厚度為12μm，能有效避免試驗用車型鉸鏈腐蝕失效的問題。

3 結論

汽車防腐性能設計優(yōu)劣對汽車使用壽命有重大影響，整車道路強化腐蝕試驗能夠綜合有效地驗證汽車防腐屬性，合理設計零部件級別臺架試驗，可以高效快捷驗證零件的抗腐蝕能力。結合零件安裝位置和結構特征，制定合理的防護手段可有效提高零部件及整車外觀感知質量和使用壽命。

整車防腐性能提升可通過以下途徑實現：

（1）通過優(yōu)化結構設計，盡可能避免零件接觸水分、泥污等腐蝕介質侵害，是提升整車防腐性能的重要手段；

（2）電泳處理無法有效覆蓋鑄造式車門鉸鏈特殊位置，需通過電鍍鋅工藝補充，并設定合理的鍍層厚度，可有效防護該類型車門鉸鏈。