腐蚀不仅影响汽车的外观，而且影响到其功能和安全(如每锈蚀1%，车身强度降低5% ~ 10%)。车身腐蚀导致全世界每年每辆汽车平均损失为150 ~ 250 美元。汽车防腐与企业形象、产品质量、用户感受息息相关。目前市场越来越看重安全、节能和环保，提高汽车防腐蚀性能的方法显得尤为重要。汽车车身由几百个钢板零件通过焊接、螺栓连接、粘接等方式组成，结构复杂。要从多个方面来考虑提高车身防腐性能，并可借助仿真分析软件找到腐蚀的潜在风险，再做结构优化，这样才能保证汽车在使用寿命内的防腐性能。本文用实例介绍了一些可以提高车身耐蚀性的方法，以供同行参考。
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1 汽车车身腐蚀的情况. t! ?" Z J* }/ M
5 R8 J: _1 K, v- Q 车身频繁出现腐蚀的部位(见图1)包括发动机舱后部(4)、后轮罩(11)、后保下部(14)、前侧门(8)和门槛(7)，易发生严重腐蚀部位有发动机舱后部(4)、后轮罩(11)、发动机舱前部(2)、前轮罩后部(6)以及前侧门(8)。汽车车身腐蚀分以下几种类型：
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, r6 ~) J9 k U) X1 v( ]( [ (1) 车身表面漆层受到外物机械作用(碎石、泥沙撞击等)而划伤受损，导致腐蚀的发生，主要集中在车辆的前面和侧面。
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. X+ @1 u: r E5 R" \ (2) 车身结构设计不当或防锈处理不良，导致泥水和盐积存而无法排出，造成车身内部腐蚀，后期腐蚀扩展穿透到车身外侧，主要集中在前、后轮罩区域。4 R U) x6 \8 r8 j
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(3) 车身处在温度高、湿度大的环境中，以及大气中氯离子含量高的地区。* H' h5 a$ n% A& d6 i
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(4) 车身底部漆层遭道路泥沙、碎石飞溅破坏，路面水、道路盐使车身底部长期处于会加速腐蚀的潮湿环境，道路腐蚀比大气环境腐蚀更具普遍性。. J: L: G4 Q5 Q1 @
/ v7 `3 q1 o8 O4 w. q! D/ @$ X 企业要根据国家三包法规、目标市场的腐蚀环境、目标客户的期望和竞品车的防腐蚀性能来制定防腐控制要求。制定明确的防腐目标以及合理的防腐承诺年限非常重要，这不仅是整车开发的基础，更与企业形象、产品质量、产品成本、市场表现、用户感受等众多因素相关。+ k, I# L, }* W; r' F1 ]. f
2 s; e* |) n! G) T: F 2 提高车身防腐性能的产品设计
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$ P# I* X7 v. M3 j: r. @; d, j 表1 列出了某企业某车型的零部件防腐控制要求，提高汽车车身防腐性能的对策如图2 所示，主要分为材料选择、结构设计和涂装工艺。
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6 v& P% t9 `2 y7 R( b 2. 1 车身材料的选择
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2. 1. 1 镀锌板
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* I& q+ O0 e9 W7 [, p4 u4 x0 v 镀锌是提高钢板耐腐蚀性能的主要技术。镀锌板有3 个特点：(1)镀锌层可以阻隔钢板与腐蚀环境的直接接触；(2)镀锌层可以形成一层致密的、附着性很强的腐蚀产物，从而对周围的腐蚀介质又起到屏蔽作用；(3)锌具有牺牲阳极的作用。普通裸钢板的防腐年限是5 年，而镀锌板能达到10 年。镀锌板多应用于车身覆盖件及腔体内加强板件，如侧围外板、车门、门槛、大梁、A 柱加强板、B 柱加强板、门铰链、翼子板安装支架、金属加油口门等。车身外覆盖件、门铰链、翼子板支架、金属加油口门因长期直接与雨水接触，故在低成本项目中优先考虑使用镀锌板。
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2. 1. 2 镀合金材料7 Y" h8 F( B) T/ Z
' o1 N- H2 }% W2 A# D/ n 一些合金的电极电位介于铁和纯金属镀层之间，腐蚀速率要小于纯金属镀层，合金镀层的耐蚀性比纯金属镀层更优。车身镀合金包括镍合金、铁合金(电镀)、铝合金(热浸镀)等。' G* A8 S6 L% {
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2. 1. 3 耐候钢
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, r. G8 w/ X0 |5 j 耐候钢是根据不同的使用环境，在普通钢中添加微量耐腐蚀元素而形成的低合金钢，主要有耐大气腐蚀合金钢、耐海水腐蚀合金钢、耐硫酸露点腐蚀合金钢、耐硫化物腐蚀合金钢等。铜、磷、铬和镍元素能有效提高钢在大气中的耐蚀性，尤其是铜和磷。2 l. J% z' A3 p
; B# _; S, T( r% F- w& k% p( z8 p 2. 1. 4 铝材料
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铝是一种热力学活性金属。在pH 为4.5 ~ 8.5 的水溶液中，其表面会迅速形成一层薄且致密的氧化膜。随着在大气中放置的时间延长，以及湿度增大，氧化膜的厚度会增加，使铝具有很好的耐蚀性。
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2. 1. 5 塑料; Z6 I; E" G, A U9 o! ^
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塑料本身的分子结构决定了它有不错的耐蚀性，常被用于发动机罩和翼子板。
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2. 2 车身结构的设计
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2. 2. 1 腔体结构) V! f/ d1 G. K; G% Z" ^
) d1 n7 ^ Y9 X* T$ q 车身腔体包含A、B、C 柱，门槛，上边梁，前纵梁，地板横、纵梁等，多为封闭结构。因为电磁屏蔽效应，电力线强度随电极到被涂物距离的增加而减弱，所以在电泳工艺孔开孔尺寸和间距合理的基础上，还需在内板、加强板上开对穿孔来缩短电力线到达距离，提高腔体内的电场强度，以保证腔体内加强板、内板有足够的漆膜厚度来抵抗腐蚀因子(如图3 中截面A?A 和B?B 所示，箭头表示电泳液的进出路径，红色虚线表示工艺孔)。门槛区域容易受到碎石和泥沙的撞击，侧围门槛喷涂防石击胶，在宽度方向上侧围要比车门凸出3 ~ 5 mm，侧围外板喷涂防石击胶或者粘贴防石击胶带。还可以在门下部安装外饰塑料件，这样不容易被石击。发动机舱的钣金切边容易被腐蚀，可用胶条予以保护，或者采用激光拼焊来避免钣金切边外露(如图3 中截面C?C 所示)。
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2. 2. 2 间隙、电泳孔、排气孔8 b! r) @! }* e/ N2 [+ w: }
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车身间隙和电泳孔的设计需满足如下要求：(1)使电泳液能快速进入车身内腔浸润表面以保证漆膜厚度；(2)液体能够快速地从车身内部排干净。对于电泳孔，优先推荐在多层板之间开对穿孔，表2 给出了车身电泳孔径、孔距与钣金间隙的一般设计经验(孔的形状不限，面积相同即可)，可根据情况进行适当调整。排水孔要考虑好水的导流面、孔的方向和位置，在最低处布置以使电泳液充分排出。) M1 m/ K7 o. l+ X
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排气孔要根据车身在电泳槽内的行进姿态进行设计，布置在车身空腔的顶部，主要针对车身顶盖、顶梁、B 柱上部、车门窗框、前后轮罩等容易出现排气不畅的区域。腔体内若残留有空气的话，会产生气泡，导致电泳漆无法附着在整个腔体的钣金上。3 ?( y- [" _( z$ p2 J
$ B$ u+ t- S/ P* ^ 2. 2. 3 零件搭接
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8 v6 J) _: \7 w2 k d8 [, ` 对安装在车身上的附件要设计合理的间隙，如无橡胶保护的外装饰件距离侧围外板(d)宜间隔2.0 ~3.0 mm(如图4 所示)，有软橡胶保护的外装饰件允许有0.2 ~ 0.5 mm 的干涉量，以避免附件在用车过程中碰伤漆面。在凸出的区域应避免出现焊缝、凹坑、槽等结构，以降低积存泥沙和水的风险。车门、发动机罩、尾门、轮罩等包边结构需留出足够的涂胶空间，并通过刷胶或者布置焊接胶来密封存在缝隙的地方。车身零件搭接的外露止口边以及结构的开口方向应尽量与水流和汽车前进方向相反，以避免雨水、路面泥沙等反复冲击止口边，减少汽车行驶过程中飞溅的尘土和泥水的沉积(如图5 所示)。对于容易被雨水和泥沙冲击的轮罩、翼子板、门槛等区域，可设计衬垫或者塑料件保护。而雨水能进入的区域要设计成能快速充分排水的结构，例如加油口门和侧围外板的搭接面与车身车宽方向的夹角要不小于3°。为避免螺栓和螺母的端面刮伤漆膜，在装配时应尽量使用垫片。
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2. 3 涂装工艺设计/ T" m g$ `3 a$ y, B$ K6 O
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2. 3. 1 涂胶, v3 I. d' {8 ?! Y) i" R
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车身零件之间的搭接缝隙、夹层等部位几乎没有电泳漆膜，空气中的水分子容易凝结在这些区域，形成很薄的水膜，加上大气环境中的细粉尘、酸雨等污染物的影响，很容易发生锈蚀。另外，车身零件由模具冲压而成，止口边一般都存在毛刺，其上电泳漆膜的附着力很差，亦容易发生腐蚀。采用密封胶可有效解决该问题。一般要求做2 套密封：(1)在焊接车身板时在2 个钣金夹层之间涂一点焊密封胶；(2)在车外侧涂车身密封胶(一般在涂装中实施)。如防腐性能要求更高，可做3 套密封，即在2 套密封的基础上增加车内侧车身密封胶，如图6 所示。6 `1 K7 j5 U: g
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9 m. l3 i* x, i, c 2. 3. 2 空腔注蜡6 w% B) Q1 ]1 W* S& H0 C
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在车身内腔采用了防锈蜡的车型，使用7 年内可避免发生腐蚀，而没有注蜡的车型在使用3 年后有50%以上存在严重腐蚀现象。注蜡主要应用在侧门下部腔体、车架、门槛、立柱、轮罩等位置较低，容易受路面环境影响而发生腐蚀的部位。几百微米的蜡膜就能有效防止空腔内部在道路环境和水汽作用下被腐蚀。: x8 @1 O9 A4 y; O" A
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2. 3. 3 喷涂PVC 胶" Q, B1 r9 R. F, j4 K. y8 w
8 c6 F' O# H5 G 汽车在使用过程中，车身底部、门槛、轮罩等区域的电泳漆膜和镀锌层很容易被飞溅的道路砂石击伤，露出的钢板短时间内就会发生损伤性锈蚀。在涂装底漆之后喷涂一定厚度的PVC 防石击涂料，不仅可以防止砂石飞溅损伤漆膜，而且阻隔了腐蚀性物质与钣金直接接触，提高了车身底部的防腐蚀能力。但对于油箱和有轮罩衬垫的区域，可以不喷涂或者减小喷涂厚度。
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2. 4 仿真模拟分析2 B( F1 h, |7 t: E3 Y
1 {# [8 O B8 D8 R2 j+ o 在汽车开发过程中，涂装同步工程对车身的耐蚀性能有着重要作用。汽车车身是一个复杂而庞大的系统，单靠个人经验来分析、判断车身在电泳时的上漆情况不仅需要花费很多时间和精力，而且往往很难判断是否存在上漆不良的问题。若到实车验证阶段才发现腐蚀问题，解决的方式往往是：实车→新方案实车制造→实车割车验证(反复造车以验证方案)→达到技术要求。花费的时间和成本较多，甚至可能迫于压力而降低对防腐性能的要求。
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ECoatMaster 和Alsim 有限元软件能对三维状态下电泳过程中的电场、流场及涂料电泳性能进行全耦合计算机仿真模拟。经实车验证，采用ECoatMaster 分析得出的漆膜和采用Alsim 分析出的积气和积液情况与实际情况吻合良好，能有效提高设计效率。; i' C: D- q: g% n7 ^2 ?4 K% O
& c+ V0 w: l; @$ Z 3 结语
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3 d5 K+ [% y7 P$ H 车身防腐性能要从车身材料选择、车身结构设计、涂装工艺设计等全面考虑，结合使用仿真软件，进行理论分析和实际验证，以提高车身的防腐性能。 |
发表于 2019-1-28 14:41:31
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