汽車整車路試鍍鋅卡鉗生銹及鹽霧問題的解決方案

茅紅裕

（浙江吉潤汽車有限公司寧波杭州灣分公司，慈溪 315300）

0 引言

汽車整車路試指機(jī)動(dòng)車制造廠商為檢測即將投產(chǎn)的新型車輛，而對(duì)樣車各項(xiàng)性能、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面的、不同環(huán)境及道路條件下的駕駛測試，其目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷并加以改進(jìn)，為產(chǎn)品的正式量產(chǎn)做準(zhǔn)備[1]。考慮到新項(xiàng)目樣車在路試過程中因?yàn)檠睾夂颦h(huán)境問題出現(xiàn)鍍鋅卡鉗嚴(yán)重生銹的問題，沒有找到原因，嚴(yán)重影響此客戶在主機(jī)廠的正常產(chǎn)品交付。本文就整個(gè)事件的發(fā)生和問題的查找過程進(jìn)行了回顧。

1 問題描述

某路試車輛在試驗(yàn)場進(jìn)行LPT 試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4 個(gè)車輪的制動(dòng)卡鉗都出現(xiàn)銹蝕（圖1）。依據(jù)整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)評(píng)價(jià)規(guī)范，問題制動(dòng)卡鉗的腐蝕等級(jí)被判定為5 級(jí)（即大面積腐蝕）。據(jù)調(diào)查，腐蝕的制動(dòng)卡鉗為年初批次零件，之前的批次零件在其他車型上并未出現(xiàn)問題，所以該問題引起了筆者的高度重視。筆者將問題反饋給分供方，要求查找原因，隔離批次產(chǎn)品，并對(duì)目前卡鉗質(zhì)量進(jìn)行加嚴(yán)管控。分供方也從多方面查找原因，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 路試車輛生銹制動(dòng)卡鉗

為了盡快查找原因，相關(guān)制動(dòng)卡鉗外協(xié)廠（以下簡稱外協(xié)廠）安排另外的此批次制動(dòng)鉗單獨(dú)發(fā)至實(shí)驗(yàn)室，開展中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）驗(yàn)證。但在100 多小時(shí)腐蝕后，表面出現(xiàn)紅銹問題（圖2）。

圖2 中性鹽霧試驗(yàn)后卡鉗狀態(tài)

2 原因分析與調(diào)查

筆者通過與相關(guān)外協(xié)廠以及基地相關(guān)項(xiàng)目PSS 負(fù)責(zé)人溝通，了解到相關(guān)的細(xì)節(jié)。此類問題同制動(dòng)卡鉗外協(xié)廠生產(chǎn)線操作人員的技術(shù)水平、卡鉗電鍍線體及周邊設(shè)備、材料、方法、測量系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)等都有影響。筆者試著運(yùn)用5M1E 分析方法，對(duì)卡鉗生銹因素進(jìn)行分析確認(rèn)。5M1E 是指引起產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的六大主要因素人、機(jī)、料、法、環(huán)、測的簡稱[2]。

2.1 操作人員的技術(shù)水平

目前外協(xié)廠的相關(guān)技術(shù)人員工作年限基本在10年以上，實(shí)際操作水平達(dá)到技能的相關(guān)要求，工作經(jīng)驗(yàn)豐富，現(xiàn)場解決問題能力強(qiáng)，處理類似其他主機(jī)廠的電鍍零件目前未出現(xiàn)卡鉗生銹問題。因此，可以排除技術(shù)操作人員技能水平導(dǎo)致的卡鉗質(zhì)量問題。

2.2 電鍍線體及周邊設(shè)備

汽車制動(dòng)卡鉗的電鍍鋅設(shè)備線體，由相關(guān)的除油、水洗、酸洗、電解除油、活化、預(yù)浸、電鍍酸鋅、出光、鈍化、水洗、封閉以及烘烤等工序槽位組成。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，設(shè)備配置符合要求，有專業(yè)的設(shè)備操作規(guī)程。掛具維護(hù)和設(shè)備的定期維護(hù)都有專業(yè)的保養(yǎng)計(jì)劃，以及每天的日常點(diǎn)檢表。設(shè)備維護(hù)配備有專業(yè)的維修人員，有相應(yīng)的維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電鍍線的周邊設(shè)備，包括過濾機(jī)、循環(huán)泵、溶鋅槽、自動(dòng)加藥系統(tǒng)、油水分離系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和除碳酸鹽設(shè)備等非常精通。

依據(jù)電鍍過程控制計(jì)劃要求，每8 h 進(jìn)行一次電鍍線關(guān)鍵工序檢查，因此檢查問題零件批次在電鍍線當(dāng)班記錄，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)異常記錄。鍍槽循環(huán)過濾機(jī)、碳酸鹽除雜系統(tǒng)、自動(dòng)加藥系統(tǒng)、鈍化液PH 在線檢測設(shè)備、烘箱和去氫設(shè)備等，都運(yùn)行正常。故可排除電鍍線體及周邊設(shè)備導(dǎo)致的卡鉗質(zhì)量問題。

2.3 材料

對(duì)于電鍍鋅涉及的材料，一般指零件的材質(zhì)，比如碳鋼；另外還涉及一些化學(xué)原材料，比如除油劑、鹽酸、鍍鋅藥水（等組分氯化鋅）、硼酸、氯化鉀、鍍鋅添加劑和光亮劑、出光劑硝酸、鈍化劑以及封閉劑等。這些材料都采購自業(yè)內(nèi)知名廠家，有相應(yīng)材料的合格報(bào)告，不存在相關(guān)問題。所以也可以排除材料對(duì)于卡鉗質(zhì)量的影響。

2.4 方法

外協(xié)廠對(duì)于電鍍卡鉗涉及的一些工藝，都有相應(yīng)的文件和規(guī)章，包括電鍍鋅作業(yè)指導(dǎo)書、鍍鋅線藥液分析化驗(yàn)操作規(guī)程以及前道來料件、后道電鍍件的檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書和判定依據(jù)等。此外，外協(xié)廠對(duì)于各工序的工藝參數(shù)，如溫度、時(shí)間、組分成分和濃度、鍍層要求厚度和外觀以及鹽霧等，都有嚴(yán)格的要求（圖3）。目前問題批次卡鉗都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，且符合要求。所以也排除方法對(duì)于卡鉗問題的影響。

2.5 環(huán)境

電鍍卡鉗在整個(gè)生產(chǎn)過程中，包括原材料倉儲(chǔ)環(huán)境、電鍍過程的車間生產(chǎn)線環(huán)境以及電鍍后成品倉儲(chǔ)的環(huán)境及包裝，都經(jīng)過了相應(yīng)的檢測，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的問題。

但是針對(duì)目前出現(xiàn)的卡鉗生銹問題，出現(xiàn)問題是在外界特定環(huán)境，所以，外界環(huán)境的影響是個(gè)可變量，包括快遞運(yùn)輸、包裝和地域氣候環(huán)境，以及運(yùn)輸過程中一些物理化學(xué)狀態(tài)變化等，如磕碰劃傷或接觸化學(xué)氣體腐蝕等。這些都對(duì)卡鉗的質(zhì)量有潛在影響，比如發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)鍍鋅層生銹問題。

2.6 測量

2.6.1 測量系統(tǒng)

電鍍卡鉗相應(yīng)規(guī)程的測量，包括鍍層厚度、鹽霧試驗(yàn)、外觀以及附著力等，都有相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)支撐。而且相應(yīng)的測量設(shè)備每年都定期進(jìn)行第三方或當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)局的校驗(yàn)，有相應(yīng)的合格證。故排除測量系統(tǒng)導(dǎo)致卡鉗質(zhì)量問題的影響。

2.6.2 對(duì)路試問題卡鉗檢測

將路試的問題卡鉗拆解分析，對(duì)故障件分別進(jìn)行厚度、外觀、元素和切面掃描檢測。

2.6.2.1 厚度分析

檢測問題卡鉗外部鍍層的厚度，數(shù)據(jù)都在8～35 μm，符合要求。

2.6.2.2 外觀分析

通過外觀分析，從銹蝕區(qū)域分布可以很明顯地看出，銹蝕位置明顯呈流體狀態(tài)（圖4）。懷疑產(chǎn)品在使用過程中被不明液體污染，在自然狀態(tài)加速腐蝕的現(xiàn)象。

圖4 對(duì)問題卡鉗進(jìn)行外觀分析

2.6.2.3 元素分析

對(duì)銹蝕產(chǎn)品進(jìn)行圖譜分析，發(fā)現(xiàn)Fe 含量超標(biāo)，鋅含量減少，說明已經(jīng)銹蝕到產(chǎn)品基材。對(duì)于其他批次同工藝鍍鋅卡鉗進(jìn)行圖譜分析，對(duì)比結(jié)果顯示，F(xiàn)e 含量在正常范圍內(nèi)（圖5）。

圖5 問題卡鉗與其他批次無銹卡鉗圖譜分析對(duì)比

2.6.2.4 金相分析

問題卡鉗拆解后，對(duì)產(chǎn)品銹蝕部分切片進(jìn)行金相分析。切面在電子顯微鏡下放大200 倍，觀察銹蝕區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)，有些區(qū)域保留部分鍍鋅層，而有些區(qū)域已經(jīng)腐蝕到零件基材（圖6）。銹蝕從外部向內(nèi)通過縮松位置逐漸向基材延伸。

圖6 200 倍下金相分析

2.7 包裝狀態(tài)分析

調(diào)查得知，卡鉗在運(yùn)至第三方實(shí)驗(yàn)室時(shí)是按照原有運(yùn)輸?shù)奈窗b狀態(tài)，鉗體表面存在明顯摩擦痕跡（圖7），此狀態(tài)破壞了鍍層面。這說明問題卡鉗是因?yàn)槲窗b運(yùn)輸導(dǎo)致卡鉗表面產(chǎn)生磕碰摩擦劃傷，局部產(chǎn)生細(xì)微裂痕破壞鍍鋅層。這使鍍鋅層和鈍化封閉層的防腐性能下降，所以中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)卡鉗表面造成了腐蝕破壞。

圖7 問題卡鉗送至第三方做鹽霧試驗(yàn)前的狀態(tài)

3 腐蝕機(jī)理分析

根據(jù)上述分析可知：整車路試中造成卡鉗生銹主要因素，為路試場所是沿海長時(shí)間高鹽霧、高低溫的潮濕環(huán)境，加速鍍鋅層表面的腐蝕；第三方實(shí)驗(yàn)室對(duì)問題卡鉗做中性鹽霧試驗(yàn)后造成的表面生銹，初步判定為快遞運(yùn)輸過程中未采取適當(dāng)表面防護(hù)包裝處理，導(dǎo)致卡鉗遇潮濕環(huán)境氣候發(fā)生表面化學(xué)腐蝕，及物理磕碰劃傷等導(dǎo)致。

3.1 鍍鋅層在高鹽霧高低溫的海洋性環(huán)境腐蝕機(jī)理分析

在沿海沿江地區(qū)，周圍多是海洋性氣候，空氣中存在大量的氯化鈉、氯化鎂等鹽組分溶液。在富含氯離子的環(huán)境中，雖然卡鉗鍍鋅層是均勻腐蝕的，但是考慮到零件結(jié)構(gòu)狀態(tài)，存在高低溫差導(dǎo)致的冷凝液積滴溶液的狀態(tài)。長時(shí)間浸在含氯的鹽水作用下，卡鉗局部會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。導(dǎo)電的鹽溶液進(jìn)入局部鍍鋅層，能腐蝕鍍鋅層和鈍化封閉層，進(jìn)而腐蝕基材鐵層；同時(shí)鹽溶液中的氧也加速了鍍鋅層的腐蝕溶解。

這種腐蝕長時(shí)間作用下，局部電鍍鋅層腐蝕殆盡，然后就會(huì)腐蝕局部鐵基材，形成鐵氧化物，腐蝕面積也越來越大。所以最終卡鉗表面會(huì)呈現(xiàn)出大面積鐵基材生銹的狀態(tài)。陳敏娟等人在論文《鋅及鋅合金鍍層鹽霧試驗(yàn)腐蝕形態(tài)研究》中也闡述了類似的鍍鋅層生銹的觀點(diǎn)[3]。

3.2 鍍鋅層在高濕度以及受到磕碰劃傷后的腐蝕機(jī)理分析

在高濕度的大氣環(huán)境中，當(dāng)鍍鋅層受到磕碰劃傷時(shí)，鍍層表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋，所以導(dǎo)致鋅層和基材鐵層形成原電池。鋅層作為陽極，鐵層作為陰極，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋅發(fā)生腐蝕溶解，生成鋅離子。經(jīng)過一段時(shí)間后，鍍鋅層完全腐蝕后，就會(huì)逐漸露出鐵基材。對(duì)此，莫耀忠在《電鍍鋅層白色腐蝕現(xiàn)象的腐蝕機(jī)理》一文中也表明了相同的觀點(diǎn)。同時(shí)他還提出，高鹽霧環(huán)境的腐蝕相對(duì)理想環(huán)境下磕碰劃傷狀態(tài)的腐蝕要更加嚴(yán)重[4]。董梅等在《2006年全國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議文集》中發(fā)表的論文《熱鍍鋅板腐蝕及鹽霧試驗(yàn)研究》中，也提出過類似因?yàn)槌睗駳夂驅(qū)е碌碾婂冧\件生銹的問題[5]。

4 解決措施

綜合以上環(huán)境因素，特制定措施如表1所示。

表1 卡鉗不同環(huán)境下出現(xiàn)生銹問題改善對(duì)策表

4.1 減少長時(shí)間高鹽霧高低溫環(huán)境暴露接觸時(shí)間

整車路試場地靠近沿海一側(cè)，氣候比較潮濕，晝夜溫差大。汽車長時(shí)間外露在此環(huán)境中，白天接觸高鹽霧環(huán)境，但是局部有一定的高溫，在夜晚溫度下降后，遇空氣中水分冷卻下來，形成局部冷凝液，對(duì)鍍鋅件局部腐蝕加劇，易生銹。因此通過減少白天路試時(shí)間，以及在晚上不露天放置，放置在密閉干燥的環(huán)境中，可以有效改善目前的問題。另外，盡量不要在下雨天長時(shí)間路測。至此，相關(guān)問題得到很好的改善。

此批問題所裝配車輛已在終端用戶中，經(jīng)過售后調(diào)查，未出現(xiàn)卡鉗生銹問題。經(jīng)分析，終端用戶車輛一般為車庫或露天狀態(tài)，而且很少長時(shí)間出現(xiàn)在高鹽霧、高低溫的沿海環(huán)境中行駛，故較少出現(xiàn)相關(guān)問題。所以判定，在高鹽霧、高低溫的環(huán)境長時(shí)間測試，也是導(dǎo)致該車制動(dòng)卡鉗出現(xiàn)腐蝕問題的原因。

4.2 通過特殊包裝防護(hù)防磕碰及受潮腐蝕

外協(xié)廠改進(jìn)了制動(dòng)卡鉗的包裝狀態(tài)，以阻隔水氣，確保零件干燥，并防止磕碰劃傷。具體措施為：卡鉗先裹上干燥的氣泡袋，外放干燥劑，最外層用聚丙烯（PP）塑料袋包裝；2個(gè)零件用紙箱包裝后，再用木箱固定包裝（圖8）。將改進(jìn)包裝后的卡鉗再次發(fā)運(yùn)到第三方實(shí)驗(yàn)室，安排重新開展中性鹽霧試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)后卡鉗表面有小面積白銹，無紅銹，符合試驗(yàn)要求（圖9）。

圖8 改進(jìn)后的包裝樁體

圖9 改進(jìn)包裝后鹽霧試驗(yàn)后外觀

5 結(jié)束語

在本次工藝研究的過程中，筆者所在團(tuán)隊(duì)通過理論分析和工藝驗(yàn)證提取要因，找到了汽車電鍍鋅卡鉗生銹的原因，包括路試后不良和運(yùn)輸過程后中性鹽霧不良問題。該問題為其他類似質(zhì)量問題的解決提供了參考。