提高車身防腐性能的方法

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發(fā)表于 2019-1-28 14:41:31 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

腐蝕不僅影響汽車的外觀，而且影響到其功能和安全(如每銹蝕1%，車身強(qiáng)度降低5% ~ 10%)。車身腐蝕導(dǎo)致全世界每年每輛汽車平均損失為150 ~ 250 美元。汽車防腐與企業(yè)形象、產(chǎn)品質(zhì)量、用戶感受息息相關(guān)。目前市場(chǎng)越來越看重安全、節(jié)能和環(huán)保，提高汽車防腐蝕性能的方法顯得尤為重要。汽車車身由幾百個(gè)鋼板零件通過焊接、螺栓連接、粘接等方式組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要從多個(gè)方面來考慮提高車身防腐性能，并可借助仿真分析軟件找到腐蝕的潛在風(fēng)險(xiǎn)，再做結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這樣才能保證汽車在使用壽命內(nèi)的防腐性能。本文用實(shí)例介紹了一些可以提高車身耐蝕性的方法，以供同行參考。

　　1 汽車車身腐蝕的情況

　　車身頻繁出現(xiàn)腐蝕的部位(見圖1)包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部(4)、后輪罩(11)、后保下部(14)、前側(cè)門(8)和門檻(7)，易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕部位有發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部(4)、后輪罩(11)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙前部(2)、前輪罩后部(6)以及前側(cè)門(8)。汽車車身腐蝕分以下幾種類型：

　　(1) 車身表面漆層受到外物機(jī)械作用(碎石、泥沙撞擊等)而劃傷受損，導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，主要集中在車輛的前面和側(cè)面。

　　(2) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)或防銹處理不良，導(dǎo)致泥水和鹽積存而無法排出，造成車身內(nèi)部腐蝕，后期腐蝕擴(kuò)展穿透到車身外側(cè)，主要集中在前、后輪罩區(qū)域。

　　(3) 車身處在溫度高、濕度大的環(huán)境中，以及大氣中氯離子含量高的地區(qū)。

　　(4) 車身底部漆層遭道路泥沙、碎石飛濺破壞，路面水、道路鹽使車身底部長(zhǎng)期處于會(huì)加速腐蝕的潮濕環(huán)境，道路腐蝕比大氣環(huán)境腐蝕更具普遍性。

　　企業(yè)要根據(jù)國(guó)家三包法規(guī)、目標(biāo)市場(chǎng)的腐蝕環(huán)境、目標(biāo)客戶的期望和競(jìng)品車的防腐蝕性能來制定防腐控制要求。制定明確的防腐目標(biāo)以及合理的防腐承諾年限非常重要，這不僅是整車開發(fā)的基礎(chǔ)，更與企業(yè)形象、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本、市場(chǎng)表現(xiàn)、用戶感受等眾多因素相關(guān)。

　　2 提高車身防腐性能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

　　表1 列出了某企業(yè)某車型的零部件防腐控制要求，提高汽車車身防腐性能的對(duì)策如圖2 所示，主要分為材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和涂裝工藝。

　　2. 1 車身材料的選擇

　　2. 1. 1 鍍鋅板

　　鍍鋅是提高鋼板耐腐蝕性能的主要技術(shù)。鍍鋅板有3 個(gè)特點(diǎn)：(1)鍍鋅層可以阻隔鋼板與腐蝕環(huán)境的直接接觸；(2)鍍鋅層可以形成一層致密的、附著性很強(qiáng)的腐蝕產(chǎn)物，從而對(duì)周圍的腐蝕介質(zhì)又起到屏蔽作用；(3)鋅具有犧牲陽(yáng)極的作用。普通裸鋼板的防腐年限是5 年，而鍍鋅板能達(dá)到10 年。鍍鋅板多應(yīng)用于車身覆蓋件及腔體內(nèi)加強(qiáng)板件，如側(cè)圍外板、車門、門檻、大梁、A 柱加強(qiáng)板、B 柱加強(qiáng)板、門鉸鏈、翼子板安裝支架、金屬加油口門等。車身外覆蓋件、門鉸鏈、翼子板支架、金屬加油口門因長(zhǎng)期直接與雨水接觸，故在低成本項(xiàng)目中優(yōu)先考慮使用鍍鋅板。

　　2. 1. 2 鍍合金材料

　　一些合金的電極電位介于鐵和純金屬鍍層之間，腐蝕速率要小于純金屬鍍層，合金鍍層的耐蝕性比純金屬鍍層更優(yōu)。車身鍍合金包括鎳合金、鐵合金(電鍍)、鋁合金(熱浸鍍)等。

　　2. 1. 3 耐候鋼

　　耐候鋼是根據(jù)不同的使用環(huán)境，在普通鋼中添加微量耐腐蝕元素而形成的低合金鋼，主要有耐大氣腐蝕合金鋼、耐海水腐蝕合金鋼、耐硫酸露點(diǎn)腐蝕合金鋼、耐硫化物腐蝕合金鋼等。銅、磷、鉻和鎳元素能有效提高鋼在大氣中的耐蝕性，尤其是銅和磷。

　　2. 1. 4 鋁材料

　　鋁是一種熱力學(xué)活性金屬。在pH 為4.5 ~ 8.5 的水溶液中，其表面會(huì)迅速形成一層薄且致密的氧化膜。隨著在大氣中放置的時(shí)間延長(zhǎng)，以及濕度增大，氧化膜的厚度會(huì)增加，使鋁具有很好的耐蝕性。

　　2. 1. 5 塑料

　　塑料本身的分子結(jié)構(gòu)決定了它有不錯(cuò)的耐蝕性，常被用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板。

　　2. 2 車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　2. 2. 1 腔體結(jié)構(gòu)

　　車身腔體包含A、B、C 柱，門檻，上邊梁，前縱梁，地板橫、縱梁等，多為封閉結(jié)構(gòu)。因?yàn)殡姶牌帘涡?yīng)，電力線強(qiáng)度隨電極到被涂物距離的增加而減弱，所以在電泳工藝孔開孔尺寸和間距合理的基礎(chǔ)上，還需在內(nèi)板、加強(qiáng)板上開對(duì)穿孔來縮短電力線到達(dá)距離，提高腔體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，以保證腔體內(nèi)加強(qiáng)板、內(nèi)板有足夠的漆膜厚度來抵抗腐蝕因子(如圖3 中截面A?A 和B?B 所示，箭頭表示電泳液的進(jìn)出路徑，紅色虛線表示工藝孔)。門檻區(qū)域容易受到碎石和泥沙的撞擊，側(cè)圍門檻噴涂防石擊膠，在寬度方向上側(cè)圍要比車門凸出3 ~ 5 mm，側(cè)圍外板噴涂防石擊膠或者粘貼防石擊膠帶。還可以在門下部安裝外飾塑料件，這樣不容易被石擊。發(fā)動(dòng)機(jī)艙的鈑金切邊容易被腐蝕，可用膠條予以保護(hù)，或者采用激光拼焊來避免鈑金切邊外露(如圖3 中截面C?C 所示)。

　　2. 2. 2 間隙、電泳孔、排氣孔

　　車身間隙和電泳孔的設(shè)計(jì)需滿足如下要求：(1)使電泳液能快速進(jìn)入車身內(nèi)腔浸潤(rùn)表面以保證漆膜厚度；(2)液體能夠快速地從車身內(nèi)部排干凈。對(duì)于電泳孔，優(yōu)先推薦在多層板之間開對(duì)穿孔，表2 給出了車身電泳孔徑、孔距與鈑金間隙的一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(孔的形狀不限，面積相同即可)，可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。排水孔要考慮好水的導(dǎo)流面、孔的方向和位置，在最低處布置以使電泳液充分排出。

　　排氣孔要根據(jù)車身在電泳槽內(nèi)的行進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，布置在車身空腔的頂部，主要針對(duì)車身頂蓋、頂梁、B 柱上部、車門窗框、前后輪罩等容易出現(xiàn)排氣不暢的區(qū)域。腔體內(nèi)若殘留有空氣的話，會(huì)產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致電泳漆無法附著在整個(gè)腔體的鈑金上。

　　2. 2. 3 零件搭接

　　對(duì)安裝在車身上的附件要設(shè)計(jì)合理的間隙，如無橡膠保護(hù)的外裝飾件距離側(cè)圍外板(d)宜間隔2.0 ~3.0 mm(如圖4 所示)，有軟橡膠保護(hù)的外裝飾件允許有0.2 ~ 0.5 mm 的干涉量，以避免附件在用車過程中碰傷漆面。在凸出的區(qū)域應(yīng)避免出現(xiàn)焊縫、凹坑、槽等結(jié)構(gòu)，以降低積存泥沙和水的風(fēng)險(xiǎn)。車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、尾門、輪罩等包邊結(jié)構(gòu)需留出足夠的涂膠空間，并通過刷膠或者布置焊接膠來密封存在縫隙的地方。車身零件搭接的外露止口邊以及結(jié)構(gòu)的開口方向應(yīng)盡量與水流和汽車前進(jìn)方向相反，以避免雨水、路面泥沙等反復(fù)沖擊止口邊，減少汽車行駛過程中飛濺的塵土和泥水的沉積(如圖5 所示)。對(duì)于容易被雨水和泥沙沖擊的輪罩、翼子板、門檻等區(qū)域，可設(shè)計(jì)襯墊或者塑料件保護(hù)。而雨水能進(jìn)入的區(qū)域要設(shè)計(jì)成能快速充分排水的結(jié)構(gòu)，例如加油口門和側(cè)圍外板的搭接面與車身車寬方向的夾角要不小于3°。為避免螺栓和螺母的端面刮傷漆膜，在裝配時(shí)應(yīng)盡量使用墊片。

　　2. 3 涂裝工藝設(shè)計(jì)

　　2. 3. 1 涂膠

　　車身零件之間的搭接縫隙、夾層等部位幾乎沒有電泳漆膜，空氣中的水分子容易凝結(jié)在這些區(qū)域，形成很薄的水膜，加上大氣環(huán)境中的細(xì)粉塵、酸雨等污染物的影響，很容易發(fā)生銹蝕。另外，車身零件由模具沖壓而成，止口邊一般都存在毛刺，其上電泳漆膜的附著力很差，亦容易發(fā)生腐蝕。采用密封膠可有效解決該問題。一般要求做2 套密封：(1)在焊接車身板時(shí)在2 個(gè)鈑金夾層之間涂一點(diǎn)焊密封膠；(2)在車外側(cè)涂車身密封膠(一般在涂裝中實(shí)施)。如防腐性能要求更高，可做3 套密封，即在2 套密封的基礎(chǔ)上增加車內(nèi)側(cè)車身密封膠，如圖6 所示。

　　2. 3. 2 空腔注蠟

　　在車身內(nèi)腔采用了防銹蠟的車型，使用7 年內(nèi)可避免發(fā)生腐蝕，而沒有注蠟的車型在使用3 年后有50%以上存在嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。注蠟主要應(yīng)用在側(cè)門下部腔體、車架、門檻、立柱、輪罩等位置較低，容易受路面環(huán)境影響而發(fā)生腐蝕的部位。幾百微米的蠟?zāi)ぞ湍苡行Х乐箍涨粌?nèi)部在道路環(huán)境和水汽作用下被腐蝕。

　　2. 3. 3 噴涂PVC 膠

　　汽車在使用過程中，車身底部、門檻、輪罩等區(qū)域的電泳漆膜和鍍鋅層很容易被飛濺的道路砂石擊傷，露出的鋼板短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生損傷性銹蝕。在涂裝底漆之后噴涂一定厚度的PVC 防石擊涂料，不僅可以防止砂石飛濺損傷漆膜，而且阻隔了腐蝕性物質(zhì)與鈑金直接接觸，提高了車身底部的防腐蝕能力。但對(duì)于油箱和有輪罩襯墊的區(qū)域，可以不噴涂或者減小噴涂厚度。

　　2. 4 仿真模擬分析

　　在汽車開發(fā)過程中，涂裝同步工程對(duì)車身的耐蝕性能有著重要作用。汽車車身是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，單靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來分析、判斷車身在電泳時(shí)的上漆情況不僅需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力，而且往往很難判斷是否存在上漆不良的問題。若到實(shí)車驗(yàn)證階段才發(fā)現(xiàn)腐蝕問題，解決的方式往往是：實(shí)車→新方案實(shí)車制造→實(shí)車割車驗(yàn)證(反復(fù)造車以驗(yàn)證方案)→達(dá)到技術(shù)要求。花費(fèi)的時(shí)間和成本較多，甚至可能迫于壓力而降低對(duì)防腐性能的要求。

　　ECoatMaster 和Alsim 有限元軟件能對(duì)三維狀態(tài)下電泳過程中的電場(chǎng)、流場(chǎng)及涂料電泳性能進(jìn)行全耦合計(jì)算機(jī)仿真模擬。經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，采用ECoatMaster 分析得出的漆膜和采用Alsim 分析出的積氣和積液情況與實(shí)際情況吻合良好，能有效提高設(shè)計(jì)效率。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　車身防腐性能要從車身材料選擇、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂裝工藝設(shè)計(jì)等全面考慮，結(jié)合使用仿真軟件，進(jìn)行理論分析和實(shí)際驗(yàn)證，以提高車身的防腐性能。