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提高車身防腐性能的方法

電梯直達

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發表于 2019-1-28 14:41:31 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |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%，車身強度降低5% ~ 10%)。車身腐蝕導致全世界每年每輛汽車平均損失為150 ~ 250 美元。汽車防腐與企業形象、產品質量、用戶感受息息相關。目前市場越來越看重安全、節能和環保，提高汽車防腐蝕性能的方法顯得尤為重要。汽車車身由幾百個鋼板零件通過焊接、螺栓連接、粘接等方式組成，結構復雜。要從多個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險，再做結構優化，這樣才能保證汽車在使用壽命內的防腐性能。本文用實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

　　車身頻繁出現腐蝕的部位(見圖1)包括發動機艙后部(4)、后輪罩(11)、后保下部(14)、前側門(8)和門檻(7)，易發生嚴重腐蝕部位有發動機艙后部(4)、后輪罩(11)、發動機艙前部(2)、前輪罩后部(6)以及前側門(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械作用(碎石、泥沙撞擊等)而劃傷受損，導致腐蝕的發生，主要集中在車輛的前面和側面。

　　(2) 車身結構設計不當或防銹處理不良，導致泥水和鹽積存而無法排出，造成車身內部腐蝕，后期腐蝕擴展穿透到車身外側，主要集中在前、后輪罩區域。

　　(3) 車身處在溫度高、濕度大的環境中，以及大氣中氯離子含量高的地區。

　　(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期處于會加速腐蝕的潮濕環境，道路腐蝕比大氣環境腐蝕更具普遍性。

　　企業要根據國家三包法規、目標市場的腐蝕環境、目標客戶的期望和競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以及合理的防腐承諾年限非常重要，這不僅是整車開發的基礎，更與企業形象、產品質量、產品成本、市場表現、用戶感受等眾多因素相關。

　　2 提高車身防腐性能的產品設計

　　表1 列出了某企業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策如圖2 所示，主要分為材料選擇、結構設計和涂裝工藝。

　　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。鍍鋅板有3 個特點：(1)鍍鋅層可以阻隔鋼板與腐蝕環境的直接接觸；(2)鍍鋅層可以形成一層致密的、附著性很強的腐蝕產物，從而對周圍的腐蝕介質又起到屏蔽作用；(3)鋅具有犧牲陽極的作用。普通裸鋼板的防腐年限是5 年，而鍍鋅板能達到10 年。鍍鋅板多應用于車身覆蓋件及腔體內加強板件，如側圍外板、車門、門檻、大梁、A 柱加強板、B 柱加強板、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、金屬加油口門因長期直接與雨水接觸，故在低成本項目中優先考慮使用鍍鋅板。

　　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。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

　　耐候鋼是根據不同的使用環境，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

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

　　2. 1. 5 塑料

　　塑料本身的分子結構決定了它有不錯的耐蝕性，常被用于發動機罩和翼子板。

　　2. 2 車身結構的設計

　　2. 2. 1 腔體結構

　　車身腔體包含A、B、C 柱，門檻，上邊梁，前縱梁，地板橫、縱梁等，多為封閉結構。因為電磁屏蔽效應，電力線強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上，還需在內板、加強板上開對穿孔來縮短電力線到達距離，提高腔體內的電場強度，以保證腔體內加強板、內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出路徑，紅色虛線表示工藝孔)。門檻區域容易受到碎石和泥沙的撞擊，側圍門檻噴涂防石擊膠，在寬度方向上側圍要比車門凸出3 ~ 5 mm，側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。發動機艙的鈑金切邊容易被腐蝕，可用膠條予以保護，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計需滿足如下要求：(1)使電泳液能快速進入車身內腔浸潤表面以保證漆膜厚度；(2)液體能夠快速地從車身內部排干凈。對于電泳孔，優先推薦在多層板之間開對穿孔，表2 給出了車身電泳孔徑、孔距與鈑金間隙的一般設計經驗(孔的形狀不限，面積相同即可)，可根據情況進行適當調整。排水孔要考慮好水的導流面、孔的方向和位置，在最低處布置以使電泳液充分排出。

　　排氣孔要根據車身在電泳槽內的行進姿態進行設計，布置在車身空腔的頂部，主要針對車身頂蓋、頂梁、B 柱上部、車門窗框、前后輪罩等容易出現排氣不暢的區域。腔體內若殘留有空氣的話，會產生氣泡，導致電泳漆無法附著在整個腔體的鈑金上。

　　2. 2. 3 零件搭接

　　對安裝在車身上的附件要設計合理的間隙，如無橡膠保護的外裝飾件距離側圍外板(d)宜間隔2.0 ~3.0 mm(如圖4 所示)，有軟橡膠保護的外裝飾件允許有0.2 ~ 0.5 mm 的干涉量，以避免附件在用車過程中碰傷漆面。在凸出的區域應避免出現焊縫、凹坑、槽等結構，以降低積存泥沙和水的風險。車門、發動機罩、尾門、輪罩等包邊結構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構的開口方向應盡量與水流和汽車前進方向相反，以避免雨水、路面泥沙等反復沖擊止口邊，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)。對于容易被雨水和泥沙沖擊的輪罩、翼子板、門檻等區域，可設計襯墊或者塑料件保護。而雨水能進入的區域要設計成能快速充分排水的結構，例如加油口門和側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，在裝配時應盡量使用墊片。

　　2. 3 涂裝工藝設計

　　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在這些區域，形成很薄的水膜，加上大氣環境中的細粉塵、酸雨等污染物的影響，很容易發生銹蝕。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)在焊接車身板時在2 個鈑金夾層之間涂一點焊密封膠；(2)在車外側涂車身密封膠(一般在涂裝中實施)。如防腐性能要求更高，可做3 套密封，即在2 套密封的基礎上增加車內側車身密封膠，如圖6 所示。

　　2. 3. 2 空腔注蠟

　　在車身內腔采用了防銹蠟的車型，使用7 年內可避免發生腐蝕，而沒有注蠟的車型在使用3 年后有50%以上存在嚴重腐蝕現象。注蠟主要應用在側門下部腔體、車架、門檻、立柱、輪罩等位置較低，容易受路面環境影響而發生腐蝕的部位。幾百微米的蠟膜就能有效防止空腔內部在道路環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，露出的鋼板短時間內就會發生損傷性銹蝕。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與鈑金直接接觸，提高了車身底部的防腐蝕能力。但對于油箱和有輪罩襯墊的區域，可以不噴涂或者減小噴涂厚度。

　　2. 4 仿真模擬分析

　　在汽車開發過程中，涂裝同步工程對車身的耐蝕性能有著重要作用。汽車車身是一個復雜而龐大的系統，單靠個人經驗來分析、判斷車身在電泳時的上漆情況不僅需要花費很多時間和精力，而且往往很難判斷是否存在上漆不良的問題。若到實車驗證階段才發現腐蝕問題，解決的方式往往是：實車→新方案實車制造→實車割車驗證(反復造車以驗證方案)→達到技術要求。花費的時間和成本較多，甚至可能迫于壓力而降低對防腐性能的要求。

　　ECoatMaster 和Alsim 有限元軟件能對三維狀態下電泳過程中的電場、流場及涂料電泳性能進行全耦合計算機仿真模擬。經實車驗證，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際情況吻合良好，能有效提高設計效率。

　　3 結語

　　車身防腐性能要從車身材料選擇、車身結構設計、涂裝工藝設計等全面考慮，結合使用仿真軟件，進行理論分析和實際驗證，以提高車身的防腐性能。