汽車防腐設計

1、車身腐蝕直接關系著汽車的外觀和使用壽命，是汽車制造和腐蝕防護的重點研 究課題之一，國內(nèi)的整車防腐設計和檢測還處于起步階段，本文從結(jié)構、材料 和制造工藝三方面重點介紹了提高汽車車身防腐性能的措施，并指出了汽車車 身防腐技術未來的研究方向。文/張菊香上海大眾汽車有限公司質(zhì)保實驗室不合理的SttiS計合理的接縫設計接縫開口設計示意圖隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車車身腐蝕已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P注的問題。 汽車車身腐蝕可以分為外觀腐蝕，結(jié)構腐蝕和穿孔腐蝕。外觀腐蝕指車身外觀 損傷和銹蝕，直接影響汽車美觀和顧客滿意度；結(jié)構腐蝕指車身結(jié)構件發(fā)生腐 蝕，直接影響汽車安全性和使用壽命；穿孔腐蝕指汽車內(nèi)腔或接縫處由于防

2、腐 能力薄弱，腐蝕介質(zhì)容易堆積導致車身銹穿，嚴重影響汽車外觀和使用壽命， 央視3.15曝光的汽車腐蝕問題就屬于汽車車身穿孔腐蝕。目前國內(nèi)的整車防 腐設計和檢測還處于起步階段，如何通過優(yōu)化結(jié)構、材料和制造工藝的設計以 保證整車防腐質(zhì)量是各汽車公司研究的重點。汽車設計的防腐措施結(jié)構設計汽車設計工程師在結(jié)構強度等方面具有很好的設計能力，而往往忽略了結(jié) 構對車身防腐蝕性能的影響，但是很多腐蝕生銹問題都是由不合理的結(jié)構設計 造成的，因此在車身設計階段應重點考慮：（1 ）接縫設計汽車車身由金屬鋼板拼焊而成，拼焊縫隙本身就是涂裝的薄弱部位，而 且水，泥污等腐蝕介質(zhì)容易在縫隙堆積，導致金屬鋼板迅速腐蝕。因此在

3、設計 時需注意開口根據(jù)汽車行駛方向，朝向水等腐蝕介質(zhì)難以進入的方向，如圖接縫開口設計示意圖”所示；結(jié)構設計中注意盡量使用整塊鋼板沖壓，減少縫隙。 車身接縫設計還要充分考慮后續(xù)涂裝，密封，注蠟的匹配性，因此接縫設計是 一個綜合考慮的結(jié)果。（2）空腔設計車身空腔對增加汽車強度和減少汽車重量都非常重要，空腔的位置、形狀 和密封性不僅直接影響車身的電泳、噴蠟和涂膠等工序，而且不合理的空腔設 計會造成排氣排水不暢，產(chǎn)生電泳盲區(qū)以及酸、堿殘留，產(chǎn)生腐蝕，嚴重時會 導致穿孔腐蝕，因此空腔設計應合理布局空腔位置，以提高電泳、注蠟等防腐 工藝的可實施性，便于后續(xù)涂膠密封，不僅可以隔絕外界腐蝕介質(zhì)，避免腐 蝕，而

4、且可以達到汽車減噪效果?？涨桓g是最常見的車身腐蝕之一，除了優(yōu) 化結(jié)構設計，很多汽車公司采用空腔注蠟以及高耐蝕材料等空腔防銹技術。（3）工藝孔設計為了滿足電泳，注蠟和安裝等工藝需要，車身設計了很多工藝孔。這些 孔的數(shù)量，位置，尺寸，間距和分布等都直接影響涂層和蠟的分布以及腐蝕物 質(zhì)的堆積，進而影響車身防腐性能，因此在設計階段時就要充分注意在滿足車 身強度和剛度的前提下，內(nèi)腔盡量增加電泳工藝孔以提高漆膜厚度，結(jié)合電泳 生產(chǎn)線和車身空腔結(jié)構，合理設計和布置放氣孔，避免氣室，產(chǎn)生電泳盲區(qū)。 工藝孔的設計不僅要充分考慮對車身防腐性能的影響，而且還涉及沖壓模具和 成本，焊接夾具和定位，車身強度和剛度，減

5、噪等，設計過程中需要多方考 慮，才能達到最優(yōu)的效果。材料選擇車身材料不僅關系車身強度和剛度等安全性和舒適性，而且直接影響防腐 性能和使用壽命。因此如何合理選擇車身材料一直是汽車設計的重要內(nèi)容。目 前使用較多的車身材料包括中低強度鋼板，高強度鋼板和鋁合金。(1) 中低強度鋼板用于汽車車身的中低強度鋼板一般有非鍍鋅鋼板和鍍鋅鋼板。世界各國 的汽車行業(yè)大多使用鍍鋅鋼板以增強車身的抗腐蝕性，瑞典腐蝕研究所調(diào)查表 明，非鍍鋅鋼板一般僅能滿足 6年防腐，要滿足12年防腐必須采用雙面鍍鋅 鋼板(鍍鋅層710m)。目前汽車上常用的鍍鋅鋼板有熱鍍鋅鋼板和電 鍍鋅鋼板，為了防止鋼板在運輸和存儲過程中發(fā)生銹蝕，熱鍍

6、鋅鋼板一般采用 涂油保護，電鍍鋅鋼板一般采用預磷化保護。鍍鋅鋼板的鋅層厚度、種類和表 觀質(zhì)量直接影響汽車車身防腐性能，因此選擇合適的鍍鋅鋼板是車身鋼板材料 設計的重點。(2) 高強度鋼板隨著汽車輕量化進程，高強度鋼板在汽車上的應用也越來越廣泛，為了 解決高強度鋼板成型困難的問題，可以采用先進的熱成型技術。普通鍍鋅層會 在高溫沖壓下被破壞，因此開發(fā)合適的涂層是高強度鋼板進一步推廣應用的重 要方面。歐美已開發(fā)出Al-Si，F(xiàn)e-AI，Zn-Fe等涂層，不僅可以避免鋼板在熱成型過 程中形成氧化皮，影響電泳漆的結(jié)合力，而且涂層本身具有一定的防腐作用， 可以減少結(jié)構腐蝕，提高了整車防腐質(zhì)量和使用壽命，由

7、于涂層在熱成型過程 中容易堆積，刮傷，嚴重時會造成基材開裂，因此目前帶涂層的高強度鋼板及 成型技術為國外壟斷，主要依賴進口。(3) 鋁合金鋁具有重量輕，易成型，耐腐蝕性能好等優(yōu)點，因此是降低車身重量，提 高車身防腐性能和壽命的理想材料。由于純鋁相對較軟，為了滿足車身強度要 求，很多車型采用了鋁合金和鋼，以及高強度鋼板混合使用的車身，但是鋁和 鋼之間存在電位差，容易產(chǎn)生接觸腐蝕，電位較負的鋁會被腐蝕，影響汽車美 觀和壽命，因此如何有效避免鋁和鋼的接觸腐蝕是采用鋁鋼混合結(jié)構的關鍵。 目前解決接觸腐蝕的主要方案是采用膠水和密封材料隔離腐蝕介質(zhì)，或在鋁和 鋼之間增加墊片避免接觸。隨著車身結(jié)構設計的優(yōu)化

8、以及新密封工藝的不斷開 發(fā)，鋁合金在車身上的應用越來越廣泛。制造工藝汽車制造主要包括沖壓，焊裝，涂裝和總裝四個工藝，每個工藝對車身防腐都有影響。沖壓是汽車車身制造第一步，對車身防腐的影響主要是沖壓毛 刺，沖壓油和沖壓表觀質(zhì)量。沖壓表觀質(zhì)量平滑，避免表面雜質(zhì)殘留，盡量減少鍍鋅層損傷。大眾、通用、福特等很多汽車公司已經(jīng)把沖壓工藝作為汽車車身防腐的重要 質(zhì)量控制點。焊裝是將沖壓好的車身板件通過焊接拼裝成白車身，應避免焊縫 氣孔，氧化皮，焊渣，鍍鋅層損傷等缺陷，導致油漆結(jié)合力差，鍍鋅鋼板防腐 性能下降。涂裝工藝是汽車車身防腐的關鍵工序，主要包括預處理、電泳、底部 PVC、粗細密封、門檻PVC、中涂、色

9、漆、清漆和空腔注蠟。應注意：a）預處理要求車身表面形成均勻、致密的磷化膜；b）電泳要求無刮痕，無針孔，無流平，無龜裂等，并能滿足厚度檢測，腐蝕實驗，附著 力檢測，液態(tài)蠟的濕潤性能評價等工藝和性能評價標準；d）合理布局粗細密，提高車身防腐性能；e）選擇合適的中涂層，加強電泳漆與面漆之間的結(jié) 合力；f）清漆不僅美化汽車外觀，同時也要能抵擋如陽光輻射、雨水、含鹽 物質(zhì)、含酸物質(zhì)等自然環(huán)境對車身的侵蝕，具備一定的防腐作用；g）采用空腔注蠟技術，有效避免車身結(jié)構腐蝕和穿孔腐蝕?？傃b是將車身和零件組裝成 整車，是汽車制造過程的最終環(huán)節(jié)。裝配過程需要注意：a）避免零件和車身不匹配或裝配不牢固，車身和零件的接

10、觸表面有位移，因摩擦、滑動或振動會 造成油漆破壞或變薄，產(chǎn)生紅銹，甚至銹穿，導致以昂貴的代價制造出的合格 車身和零件，不能裝出合格的汽車；b）合理設計夾具和裝配參數(shù)，避免油漆 破壞和磨損。未來的研究方向開發(fā)防腐性能優(yōu)良的車身材料隨著汽車豪華美觀和輕量化的需要，越來越多的新材料新工藝將應用到 汽車車身上，目前研究得比較多的是鋁合金、改性塑料以及一些復合材料。目 前國外汽車公司生產(chǎn)的很多高檔車選用鋁合金作為車身外板和結(jié)構件，有些車 上甚至達到了 80%以上。如何通過在鋁中添加不同的合金元素，開發(fā)特殊的 加工方式，進一步提高強度和防腐性能，降低生產(chǎn)成本是鋁合金將來的研究重 點。塑料具有重量輕，高防腐

11、性，高裝飾性，易成型等優(yōu)點，通過改性可以增 強塑料的強度和剛度，經(jīng)過多年研究，超輕量的碳纖維增強塑料（CFRP ）已經(jīng)成功應用于一些高端跑車上。復合材料如輕量化疊層鋼板，泡沫合金板、蜂窩鋁材復合板也在研發(fā)中，車身防腐材料呈現(xiàn)出多元化趨勢。開發(fā)高防腐性的 車身材料，不僅可以改善汽車的外觀性能，提高汽車檔次，更重要的是可以提 高汽車的內(nèi)在質(zhì)量，延長汽車使用壽命。開發(fā)先進的車身防腐制造工藝隨著制造業(yè)和材料工業(yè)的發(fā)展，各汽車公 司不斷開發(fā)先進的車身制造工藝，以提高整車車身防腐性能。例如，提高自動 化程度，縮短制造流程，有效減少工序間的銹蝕；采用激光拼焊技術，提高縫 隙質(zhì)量；采用擺桿輸送機、全懸反向輸送

12、機（Ro-Dip ）以及多功能穿梭機，實 現(xiàn)車身在電泳槽內(nèi)360翻轉(zhuǎn)，并通過優(yōu)化出入槽角度，增加排氣功能，使內(nèi)腔 的槽液得到充分的流動，消除內(nèi)腔氣泡，解決內(nèi)腔漆膜偏薄問題，提高油漆厚 度均勻性。計算機仿真技術在汽車車身防腐設計上的應用電泳本質(zhì)上是將涂層沉積 到基材上的電化學過程，通過計算機仿真技術和電化學的結(jié)合，模擬車身電力 線分布和水等腐蝕介質(zhì)在車身中的流動，提高電泳的泳透力，改善車身電泳涂 層的膜厚度分布，避免空腔電泳盲區(qū)，從而提高汽車車身防腐性能。仿真技術 不僅能夠盡早發(fā)現(xiàn)各類腐蝕缺陷，識別出問題所在，降低生產(chǎn)成本，而且可以 評估設計更改后的效果，大大縮短了設計時間，并節(jié)約了樣車制造成本

13、。例 如，增加加強板是否會對電泳涂層厚度產(chǎn)生不利影響，是否可以取消工藝孔或 減小工藝孔，這些目前主要靠經(jīng)驗和后期的實驗進行操作，開發(fā)時間長，利用 電泳仿真技術可以更快速地評估。目前在歐美發(fā)達國家的汽車公司逐步開發(fā)出 模擬車身電泳厚度的仿真系統(tǒng)，并投入到實際生產(chǎn)中，成為新車開發(fā)中不可缺 少的工具。結(jié)束語汽車車身防腐研究是結(jié)構設計，材料選擇，制造工藝和防腐檢測的綜合 課題。隨著中國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展和顧客要求的不斷提高，各汽車公司逐步 加強了汽車車身防腐技術的研究，一方面不斷學習和引進其他公司先進的技術 和測試方法，另一方面結(jié)合中國的國情和使用環(huán)境，開發(fā)自己的汽車車身防腐 技術，但是總的來說，與歐美等發(fā)達國家的汽車廠相比，國產(chǎn)汽車的防腐技術 相對還不夠成熟，因此如何提高國產(chǎn)汽車車身防腐質(zhì)量，降低整車防腐成本， 提升產(chǎn)品競爭力，對中國汽車工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。參考文獻：1、胡林林，周天寶。奧迪轎車內(nèi)腔防銹技術J.汽車技術，1996，（3）： 40-422、張春和，張大鵬，蔡志強。沿海地區(qū)汽車腐蝕的原因與防護方法探析J.腐蝕與防護，2003 , 24 (12): 542-5443、魏元生。鍍鋅板種類及其在車身上的應用J.汽車工藝與材料，2011 , ( 9): 51-624、黃 建中，朱峰，鐘