◆王宇震/ 文

0 引言

腐蝕是汽車產(chǎn)品與生俱來需要克服的問題。受到汽車使用環(huán)境的復(fù)雜性影響，氣候、污染、行駛等因素都會影響汽車腐蝕狀況。而汽車腐蝕導(dǎo)致的整車外觀生銹、腐蝕失效、功能喪失等質(zhì)量問題，不僅會帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失，同時嚴(yán)重影響汽車的安全性。

近年來，汽車防腐蝕越來越受到汽車行業(yè)的重視，整車抗腐蝕性能已成為考核汽車性能的主要項(xiàng)目之一。2021年12月9日，在中國消費(fèi)品質(zhì)量安全促進(jìn)會指導(dǎo)下，由海南熱帶汽車試驗(yàn)有限公司作為牽頭單位的22家單位共同發(fā)布“中國汽車耐腐蝕與老化性能評價規(guī)程（CACAP）”，有效豐富了汽車產(chǎn)品的質(zhì)量評價體系，為我國汽車耐腐蝕測試技術(shù)發(fā)展發(fā)揮了積極作用。

汽車腐蝕是一個極其復(fù)雜的過程，至少涉及以下混合相：固/液相、固/氣相、固/液/氣相、固/液/液/相。而腐蝕監(jiān)測也是一項(xiàng)多學(xué)科任務(wù)，通常需要兩種或兩種以上的方法來充分滿足給定系統(tǒng)中的監(jiān)控需求。不同的系統(tǒng)往往需要不同的方法或不同方法的組合。

腐蝕監(jiān)測包括在任何給定時間內(nèi)對材料狀況的腐蝕檢查和一系列腐蝕監(jiān)測，以獲取材料腐蝕過程或周圍環(huán)境腐蝕性信息。作為腐蝕技術(shù)研究的一部分，汽車工業(yè)過程參數(shù)如材料、溫度、pH值、保質(zhì)期、防腐工藝、產(chǎn)品定位等，被引入腐蝕監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)精確管理以及生產(chǎn)合格產(chǎn)品或提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

下面圍繞腐蝕種類和監(jiān)測技術(shù)，以及汽車腐蝕監(jiān)測、質(zhì)量控制的主要技術(shù)方案進(jìn)行討論研究。

1 腐蝕種類與監(jiān)測技術(shù)簡述

金屬材料在使用過程中，受周圍環(huán)境影響必然遭到不同形式的破壞，其中最常見的破壞形式是斷裂、磨損和腐蝕。按照腐蝕形態(tài)分類，腐蝕分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類。按照腐蝕環(huán)境分類，可分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、生物腐蝕、高溫氣體腐蝕、輻照腐蝕、酸堿鹽中腐蝕、溶鹽腐蝕及非水溶液中的腐蝕等[1-2]。按照腐蝕機(jī)制分類，金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕最為普遍，對金屬的危害最嚴(yán)重。

現(xiàn)代腐蝕監(jiān)測實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大部分來自化學(xué)、石油化學(xué)、煉油、動力等工業(yè)，方法包括超聲波法、聲發(fā)射法、電位法、電阻法、線性極化法、電偶法、電位監(jiān)測法、射線技術(shù)及各種探針技術(shù)。近幾年出現(xiàn)的新興監(jiān)測技術(shù)，包括交流阻抗技術(shù)、恒電量技術(shù)、電化學(xué)噪聲技術(shù)和超聲波滑測量技術(shù)等[3-5]。

2 汽車腐蝕監(jiān)測三種主要技術(shù)方案

汽車行業(yè)常用的監(jiān)測方式，包括多電極系統(tǒng)、金屬掛板和電阻探針三種形式。

2.1 多電極系統(tǒng)

耦合多電極陣列由于其中的電極可以以任何給定的模式排列，并且每個電極都是可尋址的，近年來，已被用作傳感器（CMAS）在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)領(lǐng)域的腐蝕在線實(shí)時監(jiān)測。由于CMAS不需要大量電解質(zhì)，因此不僅可用于定量測量液相中的金屬局部腐蝕，還可用于測量濕氣、油/水混合物、鹽沉積物、生物沉積物、土壤、混凝土和底漆中的金屬局部腐蝕[6]。

2.2 金屬掛板

使用分析天平測量試樣的質(zhì)量變化（失重或增重）和厚度變化（最大失厚、平均失厚），已被廣泛用于評估材料在腐蝕環(huán)境中的降解情況，作為暴露時間或溫度的函數(shù)。

2.3 電阻探頭

基于檢測電阻變化的腐蝕監(jiān)測探頭，自20世紀(jì)50年代開始使用。這些電阻探頭有時被稱為電子探針，主要參數(shù)為暴露在目標(biāo)環(huán)境中的傳感元件的電阻。如果傳感元件遭受腐蝕，其橫截面積將減小，測得的電阻將增加。依據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，包括數(shù)據(jù)傳輸式和線下檢測式。腐蝕探針有多種形式，包括導(dǎo)線和回路、管狀體、薄膜/薄片和帶材[7]。

3 汽車腐蝕的質(zhì)量控制方法

汽車腐蝕的質(zhì)量控制，通常從三個階段著手。

3.1 設(shè)計開發(fā)階段質(zhì)量控制

設(shè)計開發(fā)腐蝕質(zhì)量監(jiān)控，是指整車從定義到量產(chǎn)過程中對車輛所涉及的腐蝕問題進(jìn)行監(jiān)控與解決，以避免潛在腐蝕設(shè)計問題流入市場，對汽車品牌造成不良影響，由前期整車腐蝕目標(biāo)的定義、中期腐蝕設(shè)計評審和后期物理腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證三部分組成。

3.1.1 前期定義

前期整車腐蝕目標(biāo)的定義非常重要，影響后期潛在腐蝕設(shè)計成本。防腐目標(biāo)定義過高必定會帶來設(shè)計成本的增加，反之目標(biāo)定義過低會影響量產(chǎn)后客戶使用的直觀感知。因此，在項(xiàng)目前期會針對具體車型預(yù)期銷售的目標(biāo)群體、車型定位、競品分析等因素，綜合定義整車的詳細(xì)防腐目標(biāo)。

3.1.2 中期評審

中期的腐蝕設(shè)計評審是利用防腐蝕工程師以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來制定滿足防腐目標(biāo)的高性價比腐蝕設(shè)計方案。腐蝕設(shè)計評審包含結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇和工藝優(yōu)化三環(huán)節(jié)，其中性價比最高的腐蝕解決方案是結(jié)構(gòu)設(shè)計。

結(jié)構(gòu)設(shè)計是在設(shè)計開發(fā)過程中通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，降低腐蝕風(fēng)險。例如在大貼合面處起凸臺，可以有效地減小鈑金之間的貼合面，從而降低發(fā)生縫隙腐蝕的風(fēng)險；對于電泳液難以進(jìn)入的鈑金處，可以通過增加漏氣孔和漏液孔的方式，使電泳液更好地流經(jīng)這些部位，改善電泳效果；對于易受到石擊、水濺破壞的下車體部位，可以設(shè)計底護(hù)板加以保護(hù)。

汽車不同部位的腐蝕環(huán)境不同，因此在設(shè)計評審中選擇合適的材料十分重要。對于濕區(qū)的零件和鈑金，腐蝕環(huán)境較差，一般會采用鍍鋅板以提高耐腐蝕性；對于干區(qū)的零件，一般會采用裸板。汽車是由很多零件組成的，因此存在很多搭接處，不同材料的電位差也不同。尤其是異種材料在進(jìn)行搭接時，很容易形成較大的電位差，發(fā)生電偶腐蝕。因此在選擇材料時，一般選用電位差較小的進(jìn)行搭接，對于一些只能選電位差較大的材料搭接的部位，可以通過增加導(dǎo)電隔絕的涂層來避免發(fā)生電偶腐蝕。

在設(shè)計評審中還可以通過優(yōu)化工藝來降低局部的腐蝕風(fēng)險。例如添加車身密封膠、車身油漆膠，可以起到防水作用；使用高邊緣電泳漆，提高邊緣電泳漆的附著力；通過清洗工藝，清洗零部件表面，打磨焊縫清理焊渣，也可以改善電泳的效果，提高防腐蝕能力。

3.1.3 后期驗(yàn)證

后期物理腐蝕驗(yàn)證是設(shè)計開發(fā)腐蝕質(zhì)量監(jiān)控中的重要驗(yàn)證環(huán)節(jié)，是識別腐蝕問題的重要手段，主要包括電泳車拆解和腐蝕拆解試驗(yàn)。

電泳車拆解包括白車身級拆解和零部件級拆解。其中，白車身是由主機(jī)廠進(jìn)行拆解，零部件是由供應(yīng)商進(jìn)行拆解。電泳車拆解目的主要有以下幾方面：首先是可以測量整車電泳膜厚，判斷電泳工藝是否合格；其次是可以識別空腔電泳問題，判斷是否有積液兜氣問題；還可以發(fā)現(xiàn)潛在銹穿腐蝕問題。

腐蝕拆解試驗(yàn)包括材料級、零部件級和整車級腐蝕試驗(yàn)，不同級別的腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證的目的也存在差異。材料級腐蝕試驗(yàn)主要考核原材料基材的防腐性能，大多數(shù)材料級別的腐蝕試驗(yàn)都是前期腐蝕質(zhì)量監(jiān)控的一種手段。絕大部分零部件級別的腐蝕試驗(yàn)會采用循環(huán)腐蝕試驗(yàn)。該試驗(yàn)基本模擬零件在實(shí)車上的靜態(tài)腐蝕表現(xiàn)，但無法模擬整車上的動態(tài)腐蝕及連界面區(qū)域的腐蝕。整車腐蝕試驗(yàn)則能更真實(shí)地模擬客戶實(shí)際腐蝕工況，基本可以識別售后可能遇到的大部分腐蝕問題。

3.2 整車制造過程階段質(zhì)量控制

整車制造工藝主要分為沖壓、焊接、油漆及總裝四大工藝。每道工藝都和車輛腐蝕防護(hù)密切相關(guān)，其中油漆尤為重要。在沖壓過程中與防腐性能相關(guān)的主要有鈑金切邊毛刺、沖壓油印等，會直接影響后道涂裝性能；在焊接過程中與腐蝕防護(hù)關(guān)系較為密切的是車身涂膠施工質(zhì)量；油漆過程對整車防腐影響最大，包括前處理、電泳、密封、中涂、面漆等；在總裝過程中與腐蝕防護(hù)關(guān)系較大的是部分零件在裝配時不能劃傷油漆表面、不要干涉車身油漆接觸面，防止車輛行駛過程中對車身油漆干涉損傷[8]。

3.2.1 沖壓過程

在沖壓過程中，對整車腐蝕防護(hù)影響較大的是沖壓毛刺和沖壓油印。沖壓毛刺和油印對后道油漆影響較大。

對于存在明顯沖壓毛刺的切邊，電泳漆很難完全覆蓋或者覆蓋的厚度不足，后續(xù)車輛使用過程中該切邊容易最先腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕擴(kuò)展。沖壓毛刺通常存在于一些尖角、切邊、安裝孔區(qū)域。比如車門把手安裝孔切邊存在毛刺，易導(dǎo)致車輛使用一段時間后該區(qū)域切邊銹蝕。管控的措施包括：（1）沖壓定期保養(yǎng)更換模具刀頭，減少切邊毛刺的產(chǎn)生；（2）針對部分庫存零件，后續(xù)車身在使用前對切邊進(jìn)行打磨。

沖壓過程中產(chǎn)生的油印一定要處理干凈，可以用干布擦拭。沖壓油印流入油漆車間后，油漆前處理不一定能完全洗凈沖壓油印（見圖1）。電泳后鈑金表面易產(chǎn)生電泳污漬。針對沖壓油印嚴(yán)重的情況，沖壓后安排人工擦拭油印或更換為容易在進(jìn)入油漆車間前處理環(huán)節(jié)清洗去除的沖壓油。

圖1 沖壓油印

3.2.2 焊接過程

在車身焊接過程中，對整車腐蝕防護(hù)影響較大的是車身涂膠。如果車身涂膠不連續(xù)有空隙，水汽容易竄入車身內(nèi)部，導(dǎo)致局部腐蝕。在車身拼接過程中會使用很多黑膠及折邊膠，起密封和加強(qiáng)作用等。車身膠缺失或不到位，極易引起車身板材銹蝕。前蓋內(nèi)板折邊膠不到位，容易使車輛使用過程中，空氣中的水汽逐步滲入到前蓋內(nèi)部，導(dǎo)致該區(qū)域發(fā)生銹蝕。質(zhì)量管控措施包括：定期進(jìn)行車身解剖，檢查車身內(nèi)部涂膠是否符合工藝要求。

3.2.3 油漆過程

油漆是整車腐蝕防護(hù)中最為關(guān)鍵的工藝過程，主要包括前處理、電泳、密封（含車底密封、上部密封、裙邊防石擊PVC噴涂等）、中涂、色漆、清漆等工序。其中前處理和電泳對整車腐蝕防護(hù)影響最大，密封、中涂、色漆、清漆等工序也起著不可替代的作用。車身油漆常見的涂層結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 車身油漆涂層

首先，通過前處理工藝處理后，在車身表面形成一層均一致密的無機(jī)鹽轉(zhuǎn)化膜（100～200nm），形成對鈑金的首道保護(hù)，為后續(xù)油漆打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高油漆與鈑金之間的附著力。轉(zhuǎn)化膜要求致密、均勻。其次，通過電流將電泳材料沉積在車體上形成電泳涂層，主要提供防腐功能。電泳涂層生成于轉(zhuǎn)化膜層之上。車身防腐主要靠電泳層，電泳層的性能直接關(guān)系車身的防腐性能。部分車身空腔處通過增加電泳工藝孔提高電泳液的可達(dá)性，進(jìn)而保證內(nèi)腔區(qū)域電泳覆蓋要求。通常外表面電泳厚度要求在15～30μm之間。

密封工藝分為車底密封、上部密封、裙邊防石擊PVC噴涂等。密封的主要作用是防止水汽、灰塵等浸入鈑金縫隙和切邊部位，造成車身板材腐蝕。底部密封工藝可細(xì)分為底部焊縫密封（UBS）和底部PVC噴涂（UBC）。UBS使用PVC密封膠密封車底焊縫，主要作用是防腐蝕和防漏水（見圖3）；UBC使用PVC密封膠涂噴涂于車底、輪罩等部位，主要作用是降低行駛過程中碎石對車底撞擊產(chǎn)生的噪音和油漆層破壞。上部密封主要指使用PVC密封膠密封車身焊縫（車內(nèi)底板、發(fā)動機(jī)倉、備胎箱、側(cè)圍、四門等），用于實(shí)現(xiàn)車身密封性能（不漏氣漏水）。裙邊防石擊PVC噴涂于車體踏腳板處（見圖4），車輛行駛過程中，路面碎石頭容易彈濺到踏腳板區(qū)域損傷油漆涂層，在此處噴涂PVC保護(hù)層，可增加此位置油漆涂層的抗石擊能力。焊縫密封要求縫隙內(nèi)填滿密封料、無孔洞、不漏刷，涂刷平整無堆積，寬度保持在3～6mm、膠條厚度1.5～3mm。防石擊PVC噴涂的厚度需控制在300～500μm之間。

圖3 車底焊縫密封

中涂位于電泳層和面漆層之間，主要起填充、提高涂層豐滿度、提高面漆遮蓋性的作用。中涂層的主要作能是隔離紫外線、保護(hù)電泳層，提高整體涂層的抗石擊性能。此外，對提高整體涂層的外觀也有顯著幫助。

圖4 裙邊防石擊PVC

面漆位于最上層，包含色漆層和清漆層，主要起色彩裝飾、保護(hù)整個涂層及抗老化作用。色漆提供涂層基本的顏色和特殊視覺效果（珠光、金屬閃爍、變色等）。清漆使漆膜擁有飽滿、明亮、平整的外觀效果，并可抵御環(huán)境因素（酸雨、劃擦、金屬粉塵等）對涂層的侵蝕，吸收紫外線，提供涂層的耐候性能。

3.2.4 總裝過程

總裝是將車身和各類零部件組裝成整車，工序較為復(fù)雜。在總裝制造過程中，首先要避免零件劃傷車身外表油漆。針對四門兩蓋調(diào)整過程中出現(xiàn)的門蓋鉸鏈的破漆現(xiàn)象要進(jìn)行補(bǔ)漆。保險杠、車燈與車身的匹配縫隙問題是另一個容易影響整車腐蝕的問題。該問題短時間內(nèi)不易察覺，往往在車輛使用到一定年限后發(fā)生。一般情況下，保險杠與車身翼子板縫隙保持在0.5～1.0mm。若該縫隙過小，車輛使用過程中鈑金和塑料件之間存在相對運(yùn)動或干涉，容易損傷鈑金表面油漆，最終導(dǎo)致鈑金銹蝕。因此，需要在總裝安裝過程中調(diào)整保險杠與翼子板縫隙，以符合要求[8]。

3.3 售后階段質(zhì)量控制

售后方面，沿海區(qū)域車輛在使用過程中水汽容易侵入，導(dǎo)致汽車腐蝕情況出現(xiàn)較多。質(zhì)量部門快速響應(yīng)客戶，并拉動工程部門制定相關(guān)措施，指導(dǎo)維修站對客戶車輛進(jìn)行涂膠及油漆噴涂返修操作。同時拉動聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，針對易腐蝕區(qū)域進(jìn)行工藝和材質(zhì)優(yōu)化，在后續(xù)車輛設(shè)計和制造過程中，針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)一步落實(shí)改進(jìn)措施，包括優(yōu)化材料以提高材質(zhì)抗腐蝕能力、強(qiáng)化涂膠路徑以封堵水汽侵入鈑金等，不斷提升車輛耐腐蝕性。

4 結(jié)束語

汽車產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計的復(fù)雜性和服役工況的動態(tài)性，加上缺乏方便有效的監(jiān)測工具，意味著防腐蝕工程師對工藝條件和環(huán)境變化對汽車腐蝕的影響認(rèn)知受限。因此，盡管使用了相對較大的設(shè)計安全系數(shù)，仍會出現(xiàn)過早的設(shè)備故障。顯然，汽車部件的局部腐蝕將導(dǎo)致整車產(chǎn)品服役壽命的縮短，因此可靠監(jiān)測和控制局部腐蝕的能力，成為汽車防腐開發(fā)和驗(yàn)證及日常質(zhì)量監(jiān)控的重要需求。