國(guó)內(nèi)商用車(chē)底盤(pán)零件銹蝕原因分析及改善研究

李衛(wèi) 劉安心 田小龍 藍(lán)花

（東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心工藝研究所，武漢 430056）

1 前言

我國(guó)已成為世界上汽車(chē)制造大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，汽車(chē)制造技術(shù)也得以迅速提高，但總體而言還不是汽車(chē)制造強(qiáng)國(guó)，汽車(chē)制造技術(shù)的基礎(chǔ)研究及技術(shù)積累還有待加強(qiáng)，特別是邊緣學(xué)科特種工藝方面表現(xiàn)尤為明顯，商用車(chē)制造技術(shù)的松、漏、銹就是例證。本文針對(duì)商用車(chē)底盤(pán)零件銹蝕原因進(jìn)行分析探討，對(duì)其銹蝕改善方法進(jìn)行研究，以提高國(guó)內(nèi)商用車(chē)底盤(pán)零件的防腐性能。

2 商用車(chē)底盤(pán)件銹蝕現(xiàn)狀及涂裝工藝

2.1 商用車(chē)底盤(pán)零件銹蝕現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)商用車(chē)底盤(pán)零件防銹性能雖然取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但其銹蝕情況依然嚴(yán)重，具體表現(xiàn)在早期銹蝕，即在銷(xiāo)售前庫(kù)存或使用1年左右就發(fā)生銹蝕，這些銹蝕主要發(fā)生在底盤(pán)零件的接合面、鑄件、焊接件。產(chǎn)生銹蝕的原因除了與涂裝材料及工藝相關(guān)外，還與底盤(pán)零件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、涂裝前制造工藝（焊接、鑄造等）相關(guān)，同時(shí)與管理也密不可分。產(chǎn)生銹蝕的原因多而復(fù)雜，因此需要抓主要矛盾，深入調(diào)查、分析、研究、優(yōu)化、改善，以提高防銹改善的效率。

2.2 商用車(chē)底盤(pán)零件涂裝工藝

商用車(chē)底盤(pán)零件涂裝現(xiàn)主要采有噴涂、電泳、粉末噴涂等涂裝工藝，也有部分復(fù)合涂裝工藝，理論上這幾種涂裝工藝在具有良好的前處理工藝（即清洗、磷化質(zhì)量良好）的前提下，均能滿足防腐質(zhì)量要求，但由于底盤(pán)零件本身材質(zhì)（鋼板、鑄件等）、制造工藝（沖壓、焊接、鑄造、噴丸強(qiáng)化等）及產(chǎn)品屬性（總成涂裝、分總成涂裝）等多種不同因素都對(duì)涂裝質(zhì)量及防銹性能有較大的影響，因此，對(duì)不同的零件采用何種涂裝工藝及涂裝材料進(jìn)行研究和分析，以保證涂裝工藝和涂裝材料得到合理應(yīng)用，從而為底盤(pán)零件的防銹性能提供基本保證。

3 商用車(chē)底盤(pán)零件銹蝕原因分析及對(duì)策

3.1 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣是保證質(zhì)量的前提，國(guó)內(nèi)商用車(chē)底盤(pán)零件設(shè)計(jì)師在零件設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮零件的強(qiáng)度、可靠性、耐久性以及輕量化等性能及成本因素，往往對(duì)零件的防腐性能有所忽略，對(duì)防銹要求籠統(tǒng)、模糊不清或?qū)Ψ冷P工藝了解不深入，造成零件防銹工藝不易實(shí)施或不能實(shí)施，從而影響零件的防銹性能。圖1、圖2為幾種典型的設(shè)計(jì)問(wèn)題造成的零件早期銹蝕或防銹能力達(dá)不到基本要求。

圖1 零件接合面尺寸不同銹蝕示例

如圖1所示，設(shè)計(jì)問(wèn)題主要表現(xiàn)在2種零件接合面尺寸不同，造成連接后接合面金屬底材部分裸露無(wú)涂層保護(hù)。如圖2所示為零件自身或裝配后最低點(diǎn)無(wú)導(dǎo)水設(shè)計(jì)造成積水。另外，不合理的腔形結(jié)構(gòu)也易造成銹蝕。這些設(shè)計(jì)問(wèn)題顯而易見(jiàn)，但不引起重視，對(duì)零件的防腐性能影響極大，特別易造成早期銹蝕，影響產(chǎn)品的感官質(zhì)量。

圖2 零件積水銹蝕示例

3.2 涂裝前道工序質(zhì)量

零部件制造工藝一般由多道工序組成，防腐處理一般為產(chǎn)品的最后一道工藝，零件的制造工藝（沖壓、焊接、拋丸強(qiáng)化）設(shè)置不當(dāng)、工藝參數(shù)控制不嚴(yán)都會(huì)造成零件防銹能力下降。如圖3所示，由于上道焊接工藝后焊接部位凹凸不平且有焊接毛刺，造成涂層厚度不均勻或涂膜在銳邊處很薄，造成銹蝕，特別易造成早期的銹蝕。如圖4所示，由于零件在涂裝前經(jīng)拋丸除銹（拋丸強(qiáng)化也類(lèi)似）時(shí)，由于拋丸工藝控制不當(dāng)，造成基材粗糙度過(guò)大，導(dǎo)致涂膜厚度在凸處偏薄而引起銹蝕，因此在這種情況下應(yīng)注意保證涂膜厚度，提高涂層厚度，保證涂層對(duì)底材的覆蓋性，從而提升零件的防銹性能，表1為在相同工藝條件下，某種電泳漆與不同粗糙度的熱軋鋼板配套后的耐鹽霧性能[1]。

圖3 零件焊縫、銳邊銹蝕示例

圖4 零件粗糙度大導(dǎo)致銹蝕示例

從表1可知，在涂裝工藝不變的前提下，底材粗糙度對(duì)涂層的耐鹽霧影響較大，對(duì)電泳涂層而言,當(dāng)?shù)撞拇植诙龋? μm時(shí)，影響較小，但隨著粗糙度增加，底材粗糙度過(guò)高，對(duì)涂層防腐性能有很大影響，當(dāng)?shù)撞拇植诙龋? μm時(shí)，防腐性能大幅下降，因此零件在涂裝前應(yīng)盡量保證底材的平整性能，在粗糙度偏大時(shí)應(yīng)著重保證涂膜厚度才能提高涂層的防腐性能，特別是可以避免點(diǎn)蝕銹蝕的早期出現(xiàn)影響零件的外觀質(zhì)量。

表1 熱軋鋼板粗糙度對(duì)某電泳涂層耐鹽霧性能影響

3.3 裝配工藝特性要求

裝配工藝對(duì)防銹性能的影響一般體現(xiàn)在裝配磕碰傷，其易使零件出現(xiàn)早期銹蝕。國(guó)內(nèi)商用車(chē)底盤(pán)零件的裝配工藝對(duì)防銹性能的影響主要體現(xiàn)在零件的裝配接合面，因緊固件防松要求接合面不允許噴漆，且無(wú)其它防腐措施，極易出現(xiàn)早期銹蝕問(wèn)題。

商用車(chē)底盤(pán)傳動(dòng)部位和承載部位的零件裝配時(shí)，需要嚴(yán)格保證緊固件的扭矩和軸向力，對(duì)裝配接合面涂層厚度有嚴(yán)格要求。由于涂層厚度、硬度以及厚度均勻性均對(duì)扭矩及軸向力有影響，理論上接合面的涂層厚度越厚、均勻性越差、硬度越小，就會(huì)造成裝配時(shí)出現(xiàn)假性扭矩，導(dǎo)致緊固件松動(dòng)，從而導(dǎo)致關(guān)鍵零件的松脫，零件的松脫對(duì)零件的耐久性、可靠性都有極大的影響，造成車(chē)輛安全事故。因此設(shè)計(jì)人員會(huì)降低接合面的防腐標(biāo)準(zhǔn)，更有甚者不要求零件接合面進(jìn)行防腐處理，造成零件接合面無(wú)涂層或涂層質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，形成早期銹蝕。特別是當(dāng)2個(gè)接合面大小形狀不同時(shí)，早期銹蝕就更加嚴(yán)重，如圖5所示，為零件接合面無(wú)涂層造成的銹蝕，銹跡隨著銹水布滿結(jié)合面周?chē)?，?yán)重影響感官效果。

圖5 零件接合面無(wú)涂層銹蝕示例

裝配接合面的銹蝕問(wèn)題，目前主要有3種方法加以改善，最基礎(chǔ)的辦法是根據(jù)涂裝工藝的特點(diǎn)和零件自身的特性正確選擇防腐工藝，然后根據(jù)涂裝工藝的特點(diǎn)及涂層特性進(jìn)行涂層厚度、厚度均勻性、涂層硬度及耐腐蝕性能對(duì)零件裝配扭緊力矩及軸向力的影響進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，制定相應(yīng)的涂層規(guī)范，從而既能保證零件接合面的防銹性能又能滿足裝配質(zhì)量要求。表2為不同涂裝工藝的涂層性能對(duì)裝配緊固性能影響。

表2 不同涂裝工藝的涂層性能對(duì)裝配緊固性能影響

從表中2可以看出，采用電泳涂裝工藝耐腐蝕性良好，涂層厚度適中且厚度均勻，對(duì)裝配緊固性能基本無(wú)影響，因此對(duì)底盤(pán)零件，特別是對(duì)緊固性能要求高的零件采用電泳涂裝是一個(gè)很好選擇，若采用其它涂裝工藝，應(yīng)該綜合考慮涂層厚度及厚度均勻性、涂層硬度、耐腐蝕性、環(huán)保性能及對(duì)緊固性能的影響等因素。

在裝配后補(bǔ)漆可以改善零件接合面銹蝕狀況，或在零件接合面涂漆后再對(duì)緊固處通過(guò)增加適量的鉚接也可以達(dá)到防銹及防松效果，這些只是一般情況下的補(bǔ)救措施。

3.4 涂裝工藝

底盤(pán)零件種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)形狀也各不相同，零件材質(zhì)及零件總成的本身也各有特點(diǎn)，因此底盤(pán)零件涂裝工藝及涂裝材料的選擇尤為重要，涂裝工藝及涂裝材料的選擇應(yīng)該以保證涂裝質(zhì)量目標(biāo)為前提，結(jié)合各方面的要求綜合考慮加以選擇。

常用的底盤(pán)零件涂裝工藝主要有噴涂、電泳、噴粉等，是底盤(pán)零件防銹工藝的優(yōu)先選擇。對(duì)于以總成涂裝為主的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車(chē)橋等動(dòng)力總成，由于在裝配時(shí)動(dòng)力總成中加注了潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，不適合選擇電泳涂裝和粉末涂裝工藝，這2種涂裝工藝所用涂裝材料在固化成膜時(shí)需高溫烘烤，高溫會(huì)使?jié)櫥秃蜐?rùn)滑脂失效，影響動(dòng)力總成的機(jī)械性能和耐久性能，因此涂裝只能采用可低溫烘干固化的噴涂工藝。涂裝時(shí)應(yīng)提高零件總成漆前表面處理質(zhì)量和噴涂厚度，從而保證零件總成的防銹性能。

對(duì)于底盤(pán)件中的箍帶類(lèi)、部分支架類(lèi)零件，涂裝時(shí)應(yīng)充分考慮涂層的老化性能。如圖6所示，為零件燃油箱箍帶由于采用單一的電泳涂層，涂層粉化造成銹蝕的示例。零件涂裝時(shí)可以采用粉末涂裝工藝或電泳加面漆的復(fù)合涂裝工藝，提高零件的防腐性及老化性能。

圖6 零件涂層粉化銹蝕示例

對(duì)于通過(guò)緊固件連接的裝配式零件總成，如車(chē)架類(lèi)底盤(pán)零部件總成，涂裝應(yīng)盡量采用電泳涂裝，車(chē)架總成裝配后橫梁、縱梁及加強(qiáng)板之間有小的間隙，噴涂工藝、噴粉工藝不易噴涂到間隙里，間隙內(nèi)無(wú)涂層易造成銹蝕，銹跡蔓延到周?chē)绊懻?chē)的感官質(zhì)量。采用電泳涂裝可以改善間隙內(nèi)涂層，減少銹蝕產(chǎn)生，但由于電泳涂料泳透力的原因，改善程度也達(dá)不到100%，零件間隙銹蝕經(jīng)常存在。為避免零件小間隙而導(dǎo)致間隙內(nèi)部無(wú)涂層，可以對(duì)車(chē)架的縱梁、橫梁、加強(qiáng)板等部件采用先涂裝再裝配的制造工藝，涂裝采用粉末涂裝或電泳加面漆的復(fù)合涂裝，可以較徹底地解決零件間隙內(nèi)的腐蝕，提高車(chē)架總成的防腐性能。因此在制定涂裝工藝時(shí)應(yīng)根據(jù)各種前提條件綜合考慮，進(jìn)行對(duì)比研究，達(dá)到最佳質(zhì)量水平。

3.5 涂裝材料

涂裝材料千差萬(wàn)別，多種多樣，只有將合適的材料用到恰當(dāng)?shù)墓ぜ喜拍苓_(dá)到良好的預(yù)期，因此涂裝材料的選擇應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的質(zhì)量要求及涂裝工藝條件，水性漆由于VOC（有機(jī)揮發(fā)物）含量低，易滿足國(guó)家的環(huán)保法規(guī)要求，在汽車(chē)涂裝上應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在汽車(chē)底盤(pán)傳動(dòng)及動(dòng)力總成上也有大量的應(yīng)用，有逐步取代溶劑型漆的趨勢(shì)。但由于水性漆以水為主要溶劑，其蒸發(fā)潛熱較高，涂層質(zhì)量受環(huán)境溫度和濕度影響大，另外水性漆生產(chǎn)過(guò)程中為保證其分散性和溶解性，配方中含有一定量的有機(jī)胺作為中和劑，而且這部分有機(jī)胺只有部分參與了化學(xué)反應(yīng)，不可能做到無(wú)殘留，殘余的有機(jī)胺會(huì)在漆膜固化過(guò)程中逸出，漆膜的烘干溫度、烘干時(shí)間及烘干方式對(duì)有機(jī)胺的逸出都有較大的影響。如果漆膜中殘留過(guò)量的有機(jī)胺，則會(huì)由于其吸濕性導(dǎo)致漆膜耐水性能下降，從而引起漆膜起泡，影響涂層的防腐性能。因此對(duì)熱容量大、大批量生產(chǎn)的零件應(yīng)審慎考慮水性漆的應(yīng)用，應(yīng)用時(shí)必須保證漆膜充分固化。表3為某種水性漆在不同烘干溫度、烘干時(shí)間和漆膜的耐水性能試驗(yàn)結(jié)果。

表3 某種水性漆不同固化條件的漆膜耐水性能

從表3中可以看出，該水性防腐涂料烘干固化時(shí)，烘干溫度可以低一些，但需要延長(zhǎng)烘干時(shí)間才能保證漆膜中的有機(jī)胺的充分逸出，耐水性能才能達(dá)到質(zhì)量要求。

在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車(chē)橋等零件采用水性漆噴涂時(shí)，一定要保證其烘干質(zhì)量，保證漆膜中有機(jī)胺無(wú)殘余，若漆膜表干后即裝車(chē)或在高溫高濕的施工環(huán)境，極易造成涂裝工件出廠受雨淋后出現(xiàn)漆膜弊病造成早期銹蝕。

4 結(jié)束語(yǔ)

商用車(chē)底盤(pán)零件的銹蝕原因千差萬(wàn)別，各種各樣，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、涂裝工藝及涂裝材料等因素相關(guān)，但這些原因的產(chǎn)生，原因的分析都是靠從基礎(chǔ)研究、重視細(xì)節(jié)才能逐步認(rèn)識(shí)，因此要對(duì)商用車(chē)底盤(pán)零件局部銹蝕改善，需要設(shè)計(jì)、制造等部門(mén)密切結(jié)合，從源頭和細(xì)節(jié)入手，且持之以恒的努力才能達(dá)到預(yù)期效果，提高底盤(pán)零件的防銹水平，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。