華南沿海地區(qū)客車的腐蝕現(xiàn)狀與防護措施

曹祖軍，袁正軍，尹相斌，楊 浩，周 莉

(中車時代電動汽車股份有限公司，湖南 株洲 412007)

0 前 言

客車車身材料及結(jié)構(gòu)繁雜，由不銹鋼、碳鋼、鋁合金、鍍鋅件、玻璃鋼等一種或多種材料通過焊接、粘接、鉚接等工藝連接而成，且客車零部件所用的材料和表面處理方式也不盡相同，其典型的混材制造導(dǎo)致客車腐蝕狀況復(fù)雜多樣[1-5]?？蛙囌囮帢O電泳技術(shù)的引入與推廣，使得客車的防腐能力顯著提升[6,7]。但與轎車相比，客車產(chǎn)品“點單”率高，“平臺化、模塊化、標準化”程度低、智能制造能力低，造成客車產(chǎn)品的腐蝕問題將長期持續(xù)存在。

沿海地區(qū)工業(yè)發(fā)達，存在工業(yè)性污染大氣、地況復(fù)雜、空氣濕度大且鹽分多等特點[8]，混材結(jié)構(gòu)下的客車腐蝕問題十分突出，腐蝕類型多，發(fā)生概率高，營運年限越長的客車腐蝕程度越明顯。由于腐蝕具有緩慢性和隱蔽性特點，易被忽視；而當(dāng)腐蝕明顯時，可能已經(jīng)威脅到材料及結(jié)構(gòu)的性能，造成修補困難，導(dǎo)致安全隱患。因此，加強沿海地區(qū)車輛的防腐能力，正確選用防腐措施、合理維護與保養(yǎng)，對于延長客車使用壽命及保證客車安全運行具有重要意義[9]。本工作調(diào)查了華南沿海地區(qū)(?？凇⒄拷?、陽江、廣州)客車的主要腐蝕部位及腐蝕形式，分析探討了其腐蝕原因，進而研究和探討了客車的防腐優(yōu)化措施。

1 調(diào)查結(jié)果與分析

客車車身防腐性能主要由整車陰極電泳后的電泳漆膜提供，車身外表面的涂層結(jié)構(gòu)為底漆(電泳漆)+中間漆+面漆，賦予客車良好的裝飾性、耐候性、耐腐蝕性等；而底盤及輪罩內(nèi)則采用電泳漆+阻尼膠的防腐形式，提供抗腐蝕、抗石擊及減震降噪等性能。

整體來說，經(jīng)過整車陰極電泳的車輛在運營3～5 a后，底盤車架、蒙皮邊角區(qū)域發(fā)生輕微銹蝕，其中底盤的腐蝕集中在骨架焊縫區(qū)及封板邊緣。此外，車身結(jié)構(gòu)中的“積泥蓄水”部位(輪罩周邊、裙邊梁與側(cè)蒙皮內(nèi)側(cè))的腐蝕相對嚴重。由于客車零部件種類多，采用的防腐處理多樣化，質(zhì)量參差不齊，存在不同程度的腐蝕。

1.1 車身腐蝕分析

(1)底盤車架腐蝕 底盤腐蝕宏觀形貌見圖1。底盤區(qū)域的腐蝕主要集中在前后橋周邊的骨架且在焊縫處腐蝕相對嚴重，見圖1a。焊縫位置存在高溫氧化物、焊渣、飛濺物、氣孔、晶粒粗大等焊接缺陷和形狀尖突，造成焊縫周邊的電泳漆膜防腐性減弱，且受底盤件位置干涉的影響易造成骨架表面阻尼膠噴涂不到位，如受前后橋影響其周邊骨架的防護層主要為電泳漆膜，故在前后橋周邊相對潮濕環(huán)境下，腐蝕優(yōu)先發(fā)生在防護相對薄弱的骨架焊縫處并向四周擴散。底盤區(qū)域的板材一般采用1～2 mm的普通鋼板且未采用包邊工藝，板材尖角、邊緣區(qū)域易發(fā)生腐蝕(見圖1b)。底盤車架發(fā)生的腐蝕為電化學(xué)腐蝕，在強腐蝕環(huán)境下防腐薄弱處(焊縫、接縫、板材邊緣等)優(yōu)先發(fā)生腐蝕破壞，然后由腐蝕區(qū)與其周邊形成大陰極 - 小陽極的結(jié)構(gòu)，加速了腐蝕的進行，造成腐蝕沿著發(fā)源地向四周快速擴散。

圖1 底盤腐蝕宏觀形貌Fig. 1 Macro morphology of corrosion in chassis area

(2)蒙皮表面腐蝕 蒙皮的腐蝕主要是漆膜損傷造成的，蒙皮表面腐蝕宏觀形貌如圖2所示。其中側(cè)蒙皮上沿腐蝕較為普遍，這主要是廣告貼膜修邊及去除時劃傷防腐漆膜造成的。同時，部分車輛右側(cè)的蒙皮底部與路邊臺階、石塊等刮擦，造成蒙皮變形、漆膜破損，最終出現(xiàn)蒙皮腐蝕現(xiàn)象。

圖2 蒙皮表面腐蝕宏觀形貌Fig. 2 Macro morphology of corrosion in the skin surface

此外，廣告貼膜與蒙皮或填縫膠未貼緊時，雨水、洗車水等沿著縫隙流至蒙皮表面，因沿海地區(qū)水中含鹽度高、腐蝕性強，長期浸泡造成蒙皮表面油漆起泡，蒙皮銹蝕，廣告未貼緊引起的蒙皮表面腐蝕宏觀形貌見圖3。

圖3 廣告未貼緊引起的蒙皮表面腐蝕宏觀形貌Fig. 3 Macro morphology of corrosion in the skin surface caused by advertisement not sticking tightly

蒙皮的防腐性能來自表面多層結(jié)構(gòu)的漆膜對腐蝕介質(zhì)的物理屏障作用，在漆膜出現(xiàn)損傷時，其保護能力下降甚至消失，此時蒙皮材料直接與外界沿海高腐蝕環(huán)境介質(zhì)接觸，造成蒙皮材料本身發(fā)生電化學(xué)腐蝕。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋁合金蒙皮表現(xiàn)出較好的防腐性能，即使表面漆膜破損，因鋁合金表面可形成致密的保護性氧化膜阻礙腐蝕進一步發(fā)生。鍍鋅板作為蒙皮材料，在表面漆膜破損時，鍍鋅層起到了良好的物理屏障和犧牲陽極保護作用，但在沿海高腐蝕環(huán)境下，較薄的鍍鋅層(鋅層厚度7～10 μm)保護能力有限，一旦表面漆膜被破壞，鋅層優(yōu)先發(fā)生腐蝕而被消耗，基體鋼板隨之發(fā)生腐蝕。而蒙皮材料為普通鋼板時，在其邊角及漆膜破損區(qū)域很快出現(xiàn)腐蝕并向周邊蔓延。故在選擇沿海地區(qū)蒙皮材料時，鋁合金板優(yōu)于鍍鋅板，鍍鋅板優(yōu)于普通鋼板。

(3)“積泥蓄水”部位腐蝕 沿海地區(qū)雨季長，輪罩長期處于泥、水沖刷和高濕環(huán)境下，并且輪罩區(qū)域本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出現(xiàn)“積泥蓄水”現(xiàn)象，一般最早出現(xiàn)腐蝕。對比不同結(jié)構(gòu)輪罩的腐蝕情況發(fā)現(xiàn)，輪罩內(nèi)無型材外露的臺階面且輪罩內(nèi)封板與縫隙密封好的，未出現(xiàn)明顯腐蝕。輪罩內(nèi)封板采用普通鋼板的局部出現(xiàn)腐蝕穿孔，而采用鋁合金封板的完好。裝有輪眉裝飾件的車輛相比無輪眉裝飾件結(jié)構(gòu)的車輛，輪拱周邊的蒙皮表面腐蝕更嚴重。這是由于輪眉裝飾件與蒙皮存在縫隙，易積水，且廣告貼膜時沿著輪眉裝飾件邊緣修邊劃傷蒙皮漆膜造成的。

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，車輛裙邊梁上端區(qū)域的蒙皮銹穿。觀察蒙皮內(nèi)側(cè)，其與裙邊梁上表面積泥嚴重，當(dāng)有腐蝕性強且不易干燥的雨水(尤其在車身右側(cè)更易受路邊積水濺射)飛濺到其上時造成腐蝕加速，最終導(dǎo)致裙邊梁上端的蒙皮銹穿。

底盤及輪罩區(qū)域因結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成“臺階”面、凹面的存在，成為“積泥蓄水”的基礎(chǔ)。同時，底盤及輪罩區(qū)域長期處于雨水、洗車水、路面灑水等形成的潮濕環(huán)境。所以底盤及輪罩區(qū)域的防腐層長期處于干濕循環(huán)或積水浸泡環(huán)境，造成漆膜在短期內(nèi)防腐性能失效，進而使得蒙皮和骨架開始腐蝕，最終導(dǎo)致蒙皮或骨架銹穿。此外，底盤及輪罩區(qū)域型材/ 型材與型材/板材間存在較多的貼合面，易造成貼合縫隙內(nèi)電泳不良且不便于后道工序的密封處理。所以在骨架縫隙電泳不良部位及受石擊、沖刷、劃傷等造成漆膜破損的部位也易出現(xiàn)早期腐蝕。

(4)中性鹽霧試驗驗證與分析 為研究車身在沿海地區(qū)腐蝕過程情況，對板材和模擬車身結(jié)構(gòu)件經(jīng)陰極電泳處理后按照GB/T 1771中的要求進行中性鹽霧試驗，還原腐蝕過程。

板材邊緣不作封邊處理，中部劃痕處理。電泳板劃叉區(qū)域經(jīng)過中性鹽霧試驗12 h后開始銹蝕，這是由于電泳漆起到物理屏障作用，當(dāng)漆膜遭到破壞露出基材時，此處的屏障作用消失，基材發(fā)生腐蝕。電泳板經(jīng)過144 h鹽霧后，板材邊緣出現(xiàn)了銹蝕。這是因為邊緣存在毛刺、尖端等缺陷，受電泳過程電場分布特點和烘烤過程電泳漆固化收縮作用影響，邊緣電泳漆膜薄且易磕碰損傷，所以邊緣優(yōu)先發(fā)生腐蝕。鹽霧試驗1 000 h后，電泳漆膜無起泡、剝落等現(xiàn)象，用刮刀去除劃叉位置腐蝕產(chǎn)物后，測量單邊擴蝕約為1.5 mm(要求：單邊擴蝕≤2.0 mm)，即電泳漆滿足行業(yè)標準中性鹽霧試驗通過1 000 h的測試要求。

模擬車身結(jié)構(gòu)件隨車電泳后進行中性鹽霧試驗。結(jié)構(gòu)件的型材和板材邊緣與電泳板材腐蝕結(jié)果相同，在鹽霧144 h時邊緣出現(xiàn)銹蝕。焊縫周邊在進行鹽霧試驗480 h時出現(xiàn)銹蝕。這是由于焊絲熔融后表面形成了不導(dǎo)電的氧化層(主要成分為SiO2、MnO)[10]，影響電泳的完整性，但這層氧化層也具有一定的防腐效果；同時，焊縫可能存在一些質(zhì)量缺陷，如氣孔、焊渣等，也會降低焊縫的防腐性能。所以在焊縫區(qū)域防腐性能相對薄弱，優(yōu)先發(fā)生腐蝕。鹽霧試驗1 000 h后，焊縫周邊腐蝕加重，電泳漆膜未出現(xiàn)起泡、剝落等現(xiàn)象。

綜上，電泳漆本身具有良好的防腐性能，但在漆膜受到損傷、漆膜上有缺陷(不完整、厚度薄)等時，防腐性能受到不同程度的削弱。結(jié)合沿海地區(qū)車身腐蝕現(xiàn)象，中性鹽霧試驗過程與沿海地區(qū)客車車身腐蝕過程是一致的，中性鹽霧試驗結(jié)果符合實際情況。

1.2 零部件銹蝕分析

零部件的銹蝕問題相對普遍，如圖4所示。調(diào)查中，發(fā)黑標準件和鍍鉻件使用1 a后腐蝕嚴重，鍍鋅彩色鈍化件使用2～3 a后開始出現(xiàn)白銹，不銹鋼件使用5 a后局部出現(xiàn)輕微點蝕，底盤油漆件使用4 a后(車橋、儲氣筒)腐蝕相對嚴重。同種零部件所安裝的位置不同，腐蝕程度也相差較大，如處于底盤區(qū)域的腐蝕程度明顯高于車內(nèi)的。造成零部件銹蝕嚴重的主要原因是材質(zhì)或表面處理選用不合理及供應(yīng)商產(chǎn)品防腐質(zhì)量參差不齊。此外，安裝過程防護層的損傷及安裝后出現(xiàn)的異種金屬接觸、縫隙等造成的加速腐蝕現(xiàn)象也不容忽視。

圖4 零部件的腐蝕圖片F(xiàn)ig. 4 Picture of corrosion of parts

2 防腐措施

基于對沿海地區(qū)車輛銹蝕的調(diào)查分析，需針對性地制定對策，實現(xiàn)有效地阻止或延緩腐蝕。為使防腐措施行之有效，需從設(shè)計、工藝、來料質(zhì)量、制造、運輸、售后等全流程進行嚴格控制，建立產(chǎn)品設(shè)計、施工、檢驗的防腐標準和規(guī)范。

2.1 車身防腐措施

主要從以下3個方面考慮車身的防腐措施：

(1)合理選材 客車車身材料目前絕大部分采用鋼鐵材料骨架+鋁合金艙門+鍍鋅蒙皮的材料結(jié)構(gòu)搭配，其中蒙皮材料也有采用鋁合金和玻璃鋼材料。部分客車廠推出了全鋁車身和不銹鋼車身。從沿海地區(qū)腐蝕情況看，在不考慮成本的情況下，優(yōu)選不銹鋼或鋁合金車身；兼顧性價比，建議采用鋼骨架與鋁合金或玻璃鋼蒙皮的搭配結(jié)構(gòu)。

(2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 鋼結(jié)構(gòu)車身電泳防腐是目前主流的高防腐措施。而電泳效果與電泳孔的設(shè)計布局密切相關(guān)。電泳孔的開制需滿足在電泳線上各規(guī)定處理時間內(nèi)，實現(xiàn)良好的排氣、排液和防電磁屏蔽作用，以利于電泳時的充分泳透，使電泳漆膜完整覆蓋于零件的內(nèi)外表面，從而保障電泳漆的防腐能力。這就要求在車身上合理布置電泳孔，尤其關(guān)注并梁結(jié)構(gòu)、倒扣“碗狀”結(jié)構(gòu)、雙層封閉結(jié)構(gòu)、貼合結(jié)構(gòu)等造成的電泳不良問題。

設(shè)計骨架結(jié)構(gòu)時，應(yīng)避免“積泥蓄水”結(jié)構(gòu)，無法避免時可增加隔擋或外罩。板材應(yīng)避免有尖銳直角，應(yīng)采用圓角或圓弧過渡，且清除干凈邊緣毛刺。對于易受泥、水沖刷的潮濕區(qū)域(如輪罩)采用無型材外露的全密封結(jié)構(gòu)。金屬混材結(jié)構(gòu)車身注意連接部位的密封、絕緣設(shè)計，避免可能出現(xiàn)的電偶腐蝕、縫隙腐蝕等問題。

(3)防腐層設(shè)計 鑒于沿海地區(qū)底盤出現(xiàn)的邊緣和焊縫腐蝕問題，在原防腐層結(jié)構(gòu)電泳漆+阻尼膠的基礎(chǔ)上優(yōu)化增加底盤防腐黑漆噴涂及密封防腐處理工藝，并將底盤防腐、抗石擊用的阻尼膠升級為底盤裝甲。將優(yōu)化后的防腐工藝應(yīng)用于模擬車身結(jié)構(gòu)樣件上，并進行1 000 h的中性鹽霧試驗，結(jié)果見圖5。噴涂防腐黑漆后，焊縫位置及板材邊緣在試驗后未出現(xiàn)明顯的腐蝕，但封板與型材接縫內(nèi)有銹水流出(見圖5a)。而進一步采用了密封處理及噴涂底盤裝甲的樣件，中性鹽霧試驗1 000 h后，表面無明顯變化(見圖5b、5c)。

圖5 防腐升級樣件經(jīng)中性鹽霧試驗1 000 h后的宏觀腐蝕形貌Fig. 5 Macro morphology of corrosion of upgraded anti - corrosion sample after 1 000 h neutral salt spray test

因此，為提高沿海地區(qū)車身防腐性能，建議采用整車電泳+底盤防腐黑漆+底盤裝甲的防腐層結(jié)構(gòu)。防腐黑漆的噴涂可提升底盤焊縫和板材邊緣的防腐性能；底盤裝甲有利于提高底盤區(qū)域抗石擊、耐沖刷性及防腐性能。整車電泳后，底盤并梁接縫、底盤區(qū)域封板/蒙皮與型材接縫、輪罩封板與骨架接縫等易電泳不到位，對這些存在縫隙腐蝕的區(qū)域可涂覆密封膠進行密封防腐處理。底盤型材內(nèi)腔選擇性使用內(nèi)腔注蠟或內(nèi)腔噴蠟防腐工藝。針對裙邊易腐蝕現(xiàn)象，可在裙邊涂覆耐沖擊、耐腐蝕、附著力強的彈性防腐膠。此外，應(yīng)制定針對沿海地區(qū)的防腐設(shè)計及工藝規(guī)范，并明確施工質(zhì)量要求，確保防腐效果。

2.2 零部件防腐措施

在零部件選型時，需考慮沿海高腐蝕環(huán)境的影響，向供應(yīng)商廠家提出特殊需求。根據(jù)運營環(huán)境及零部件在車身的位置，安裝合理材質(zhì)和表面處理方式的零部件、緊固件，建議優(yōu)選不銹鋼、鋁合金、環(huán)保達克羅處理、鋅鎳鍍層、鍍鋅處理(需進行鈍化或鈍化+封閉處理)等，若零部件表面采用涂層結(jié)構(gòu)，建議采用粉末涂層或陰極電泳+面漆的搭配方式。

安裝零部件時應(yīng)注意異種金屬接觸存在的電偶腐蝕和安裝間隙造成的縫隙腐蝕。處于潮濕環(huán)境下的部件(如底盤)，設(shè)計選型時盡量避免異種金屬材料接觸，無法避免時，應(yīng)采用絕緣處理或按“大陽極小陰極”的原則進行防腐設(shè)計。而對于不可避免的縫隙，則需采用密封膠進行密封處理。

在總裝下線后，應(yīng)修補零部件在安裝過程中因磕碰、摩擦等原因損傷的防護層，并對底盤金屬件表面噴涂防腐蠟，提高零部件的整體防腐性能。

2.3 制造過程防腐措施

客車制造的機械自動化程度低，產(chǎn)品的防腐質(zhì)量受制造過程人為因素影響大。加強管理和培訓(xùn)，提高防腐意識，應(yīng)從人、機、料、法、環(huán)、測進行全面控制。施工過程嚴格按防腐設(shè)計及工藝規(guī)范和質(zhì)量檢驗要求執(zhí)行到位，不制造、不傳遞、不遺留腐蝕隱患。

整車電泳后進行返工返修作業(yè)(如焊接、切割、打磨)將影響返工返修部位的防腐性能。原則上，不允許在整車電泳后進行破壞防腐層的作業(yè)。如有必要的返工則必須做好表面和內(nèi)腔的二次防腐處理。

2.4 售后維護保養(yǎng)

車輛交付后，在車輛日常維護和保養(yǎng)時，兼顧車輛的防腐管理，即將整車骨架和零部件的腐蝕排查作為日常點檢項。針對車輛出現(xiàn)的磕碰、刮擦等造成防腐層破損，應(yīng)立即啟動油漆修補或更換零部件，避免腐蝕擴展；對于批量腐蝕問題，需及時反饋客車制造廠家進行腐蝕原因分析并整改，防止因腐蝕加深造成不必要的經(jīng)濟損失及安全隱患。

售后修理時應(yīng)規(guī)范作業(yè)，修補銹蝕部位時需將銹蝕、松動的舊漆層清除、清潔干凈后補漆。零部件拆裝時需輕拿輕放，不野蠻作業(yè)，做到完成銹蝕部位的整改并且不遺留新的腐蝕隱患。客車運營商需監(jiān)督廣告公司貼膜處理時，與車身貼緊，不得有翹邊、卷邊、脫粘等情況，且粘貼和去除過程不允許劃傷、刮傷油漆層。

3 完善防腐體系

從調(diào)查的沿海地區(qū)客車腐蝕結(jié)果來看，沿海地區(qū)工業(yè)大氣環(huán)境及高濕、高鹽環(huán)境下的客車腐蝕問題比較突出，尤其在底盤區(qū)域。而不同沿海地區(qū)的氣候(溫度、濕度、大氣鹽分)存在差異，客車的腐蝕速度也隨之改變；而且同一地區(qū)客車不同部位腐蝕速度也不盡相同，故對客車的車身及零部件提出了不同的防腐要求。作為客車主機廠，生產(chǎn)的車輛面向全球，客車運營環(huán)境復(fù)雜多變，故需逐步建立客車腐蝕數(shù)據(jù)庫，應(yīng)包括詳細的車身防腐工藝方案、零部件材質(zhì)、表面處理方式、安裝位置、運營環(huán)境、使用年限對應(yīng)的腐蝕評價等級等內(nèi)容[11]。通過客車腐蝕大數(shù)據(jù)的采集，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時可根據(jù)運營環(huán)境和客戶需求有針對性地進行合理選材及防腐工藝方案設(shè)計；也可用于分析及預(yù)判客車的腐蝕狀況，提前介入防護，消除安全隱患。最終建立完善的客車防腐蝕體系，因地施策，實現(xiàn)降本增效，減少不必要的資源浪費。

4 總 結(jié)

客車車身的腐蝕與防護技術(shù)已相對完善，然而與之配套的零部件廠生產(chǎn)的零部件的防腐能力參差不齊，以及在設(shè)計、選材時未充分考慮沿海與內(nèi)陸腐蝕環(huán)境差異性影響，造成沿海地區(qū)整車防腐性能不理想。通過調(diào)查沿海地區(qū)客車腐蝕狀況發(fā)現(xiàn)，車身底盤區(qū)域和輪罩周邊、零部件及運營過程中損傷區(qū)域的腐蝕相對嚴重。需從車身防腐結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化、零部件選型、制造過程控制及售后維護保養(yǎng)規(guī)范等角度進行防腐提升。為適應(yīng)客車在各使用環(huán)境下防腐要求，需積累大量試驗和現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)，建立客車腐蝕數(shù)據(jù)庫，完善客車防腐體系，保障車輛全生命周期內(nèi)的行車安全。