時秀壘 張茂松 李憲濤 王興華 劉遺勛

（海馬轎車有限公司）

車身的防腐蝕問題逐漸成為消費(fèi)者日益關(guān)注的品質(zhì)問題之一，車身的防腐蝕措施不得不成為各大車企設(shè)計和制造過程中關(guān)注的重點(diǎn)。車身防腐蝕性能是決定車身使用壽命的重要指標(biāo)。合理的車身結(jié)構(gòu)、材料和工藝設(shè)計等有助于車身防腐蝕能力的提高。只有從整車的設(shè)計研發(fā)、制造生產(chǎn)，到包括整車運(yùn)輸方式、使用保養(yǎng)及維護(hù)等在內(nèi)的所有防腐蝕措施相互制約、相互彌補(bǔ)，才能共同為整車的防腐蝕性能和使用壽命構(gòu)筑堅固的堡壘。

1 車身腐蝕的原理

車身的腐蝕，歸根結(jié)底是未做好防腐蝕措施或者防腐蝕措施失效后，車身鈑金的銹蝕。車身鈑金直接暴露在潮濕空氣中時，表面凝聚了空氣中的水分。由于水中溶解有氧氣、二氧化碳、二氧化硫或其他鹽類，致使鈑金表面形成了一層弱酸性電解質(zhì)溶液的薄膜。

鈑金如同被放在含H+，OH-，HCO3-離子的溶液中，鈑金作為負(fù)極，雜質(zhì)作為正極，形成了數(shù)以萬計的微小原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

負(fù)極：Fe-2e=Fe2+

正極：2H++2e=H2↑

腐蝕總反應(yīng)：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

如果鈑金表面凝聚的水膜酸性很弱或是凝聚著中性的鹽水鹽霧溶液（如冬天，為融雪在道路上反復(fù)多次撒布大量巖鹽），則：

負(fù)極：2Fe-4e=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e=4OH-

腐蝕總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

生成的 Fe（OH）2被空氣中的氧氣氧化為 2Fe（OH）3，附著在鈑金表面，展現(xiàn)出被腐蝕的鈑金表態(tài)：

由上述化學(xué)反應(yīng)原理可以看出，車身腐蝕必須要滿足2個條件：1）暴露于空氣中；2）潮濕的弱酸性或中性環(huán)境。

另外，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的微觀機(jī)理，當(dāng)車身鈑金暴露于潮濕空氣中時，其電位必須比同處該環(huán)境的其他金屬低，才會優(yōu)先腐蝕，即電偶腐蝕，否則其腐蝕將被大大減弱[1]。

2 車身腐蝕等級

試驗(yàn)車輛車身的腐蝕等級評定可以根據(jù)腐蝕情況以及腐蝕程度具體細(xì)分為10個等級，如表1所示[2]。

表1 車身腐蝕等級評定

3 車身腐蝕的常見原因和措施

車身腐蝕的原因有很多種，但總體可以歸結(jié)為未完成防腐蝕措施、防腐蝕措施被破壞以及防腐蝕措施不當(dāng)。按照設(shè)計和制造工藝方法，常見的車身腐蝕原因歸納為：防腐蝕措施不合理、防腐蝕措施的失效及防腐蝕措施的自動失效等。

防腐蝕措施不合理，主要指由結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計的不合理導(dǎo)致的車身腐蝕。這類腐蝕因素是最先表現(xiàn)出的第1檔原因，也是經(jīng)過設(shè)計修正和工藝更改基本都可以減緩，甚至消除的一類原因。

防腐蝕措施的失效，是指人為損壞，或者因環(huán)境等因素導(dǎo)致的被迫損壞的一類防腐蝕措施。此類防腐蝕措施可以歸為第2檔原因，此類包含可以避免或者難以避免的防腐蝕措施失效。

防腐蝕措施的自動失效，是因?yàn)榉栏g措施對車身的保護(hù)達(dá)到了措施生效的極限，導(dǎo)致其漸變失效，最終失去效用的一類防腐蝕措施。因此類是防腐蝕措施的界點(diǎn)，所以是不可避免的。

基于車身發(fā)生腐蝕的原因以及防腐蝕的經(jīng)驗(yàn)，常見的車身防腐蝕方法為：1）車身結(jié)構(gòu)設(shè)計；2）材料設(shè)計；3）工藝設(shè)計；4）車身密封設(shè)計；5）金屬表面涂覆非金屬。

3.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量的源頭，也是問題產(chǎn)生的根源。

結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是引起車身腐蝕的主要原因之一，主要表現(xiàn)在：排氣孔的設(shè)計不合理、漏液孔的設(shè)計不合理、電磁屏蔽及特殊防護(hù)性結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等。

3.1.1 排氣孔的設(shè)計

排氣孔設(shè)計在封閉結(jié)構(gòu)的空腔頂端，如圖1所示。在白車身電泳過程中，通過排氣孔能將氣體完全排出封閉空腔，以保證白車身的電泳質(zhì)量，確保車身的防腐性能。

圖1 車身排氣孔設(shè)計

如果排氣孔的設(shè)計不當(dāng)，會導(dǎo)致白車身在電泳過程中排氣不暢，使封閉空腔頂部形成氣室，空腔鈑金內(nèi)表面不能被電泳或者電泳不良。

排氣孔的合理設(shè)計，具體體現(xiàn)在：1）設(shè)置必要的排氣孔；2）合理設(shè)計排氣孔的數(shù)量、位置及大小。

3.1.2 漏液孔的設(shè)計

漏液孔設(shè)計在空腔結(jié)構(gòu)底端，如圖2所示。在白車身電泳時，它使電泳液順利地完全瀝液，以保證白車身的電泳質(zhì)量，確保車身的防腐性能。

圖2 車身漏液孔設(shè)計

漏液孔的設(shè)計不當(dāng)，使得電泳時電泳液滯留在車身空間，形成積液，影響電泳的質(zhì)量。

漏液孔的合理設(shè)計，主要表現(xiàn)在：1）設(shè)置必要的漏液孔；2）合理設(shè)計漏液孔的數(shù)量、位置及大小。

3.1.3 防電磁屏蔽的設(shè)計

電磁屏蔽，是白車身在涂裝進(jìn)行電泳時，電流產(chǎn)生的磁力線被密閉的狹小空腔表面阻止，磁力線不能進(jìn)入密閉空腔，產(chǎn)生電泳效果缺陷，電泳漆膜厚度不足或者不能形成電泳漆膜，達(dá)不到防腐蝕的性能要求。所以在不斷完善的設(shè)計過程中，要盡可能避免電磁屏蔽現(xiàn)象的發(fā)生，如圖3所示[3]。

圖3 車身防電磁屏蔽設(shè)計

要預(yù)防電磁屏蔽，常見的方法是從鈑金間隙和工藝孔2個方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及從工藝涂膠設(shè)計方面來進(jìn)行彌補(bǔ)等。

為了防止電磁屏蔽效應(yīng)，鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計建議滿足以下要求：

1）鈑金間間隙≥5 mm；根據(jù)空腔深度或開孔數(shù)量，可適當(dāng)減小，但最小要求≥3 mm。

2）在鈑金形成空腔部位開孔時，最小孔徑建議滿足≥10 mm，孔間距為150～200 mm。

3.1.4 特殊防護(hù)性結(jié)構(gòu)

1）接縫處的設(shè)計。白車身是由成百上千個鈑金零部件焊接構(gòu)成。相鄰的2個零部件之間的接縫處由于自身結(jié)構(gòu)的電泳缺陷，使接縫處成為較容易產(chǎn)生銹蝕的部位。

通常的防腐蝕預(yù)防措施可以在接縫處涂膠，進(jìn)行遮蔽密封；從結(jié)構(gòu)設(shè)計上來講，可以參考汽車前進(jìn)時泥水和沙石等容易飛濺的方向進(jìn)行設(shè)計，將接縫處的搭接結(jié)構(gòu)按照朝向泥水等難以進(jìn)入的方向，如圖4所示，以防止或盡可能減少泥水進(jìn)入和長時間地滯留在接縫處，促使鈑金提前產(chǎn)生腐蝕和加劇腐蝕。

圖4 車身接縫處設(shè)計

2）板端面的設(shè)計。車身的板端面設(shè)計是流水槽等車身構(gòu)成常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計。盡可能減少銳邊結(jié)構(gòu)設(shè)計是板端面設(shè)計的要領(lǐng)。

板端面的銳邊結(jié)構(gòu)處，液體漆料由于表面張力產(chǎn)生收縮，使形成的漆膜減薄，防腐蝕性能降低。通常采用將板端面向內(nèi)側(cè)折彎翻邊的設(shè)計，如圖5所示，增加電泳漆在翻邊圓角上的附著量，提高防腐蝕的效果。也可以在板端面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過涂膠來增強(qiáng)板端面的防腐蝕性能。

圖5 車身板端面設(shè)計

3）沙石沖擊處的設(shè)計。車輛在行進(jìn)過程中，容易將路面上沙石和瓦礫等濺起，擊打在車身底部及側(cè)圍等部位，破壞原有的防腐蝕措施，引起車身短時間內(nèi)腐蝕，所以從設(shè)計上要考慮有利于預(yù)防和降低石擊對車身抗腐蝕能力破壞的結(jié)構(gòu)。比如，在車身不同位置，將過渡角設(shè)計成圓角或者一定傾斜度的鈍角，同時結(jié)構(gòu)的設(shè)計要保證利于防石擊涂料的噴涂，如圖6所示。

圖6 車身沙石沖擊處設(shè)計

4）空腔處的設(shè)計。空腔的設(shè)計，要能夠保證電泳時電泳液的充分填充和排出，保證電泳漆膜厚度，以滿足防腐蝕設(shè)計的要求。要特別注意預(yù)防電磁屏蔽現(xiàn)象，防止電泳漆膜的厚度效果差的情況出現(xiàn)。圖7示出4種車身空腔處的設(shè)計對比。

圖7 車身空腔處設(shè)計

3.2 材料設(shè)計

基于原電池原理，車身鈑金材料的選擇，將很大程度上影響車身腐蝕性能的高低。不同材料因電位的高低不同，相互接觸時，在車身上形成不計其數(shù)的微小原電池。電位低的金屬作為陽極，腐蝕速度增加；電位較高的金屬作為陰極，腐蝕速度下降。高低電位金屬產(chǎn)生極化，形成電偶腐蝕或雙金屬腐蝕。

世界各國的汽車行業(yè)在材料的選擇上多使用單面或雙面鍍鋅鋼板以增強(qiáng)車身的抗腐蝕性。而近年來伴隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)和使用，在一定程度上對車身防腐蝕性能的提高也起到了積極的作用。如鋁合金、鈦合金、含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板及纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的使用等[4]。

3.3 工藝設(shè)計

除了車身鈑金結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計之外，制造過程的工藝措施設(shè)計在很大程度上也促進(jìn)了車身抗腐蝕能力的提高。

伴隨著科技的進(jìn)步、材料的發(fā)展，越來越多的耐腐蝕材料被用于車身表面或者結(jié)構(gòu)間隙，讓工藝防腐蝕設(shè)計對車身抗腐蝕能力的作用比重愈發(fā)突顯。

常見的工藝措施設(shè)計為：涂膠防腐、電泳漆膜防腐、表面鍍層防腐及注蠟防腐等。

3.3.1 涂膠防腐

涂膠是一種重要的彌補(bǔ)車身材料及結(jié)構(gòu)性能欠缺的密封、防腐蝕工藝措施。通常使用的涂膠有折邊膠、點(diǎn)焊密封膠、焊縫密封膠、隔振膠、抗石擊PVC膠、玻璃密封膠、拇指膠、膨脹膠及粘接結(jié)構(gòu)膠等。

折邊膠、點(diǎn)焊密封膠、焊縫密封膠、隔振膠、抗石擊PVC膠、玻璃密封膠及粘接結(jié)構(gòu)膠，均涂抹在鈑金層間隙或鈑金表面來抵御外界環(huán)境腐蝕，以達(dá)到防腐蝕的目的。

拇指膠是用來填充和彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中鈑金搭接之間的工藝缺口，起到密封防腐蝕的作用。

膨脹膠主要應(yīng)用于空腔隔斷密封，依據(jù)空腔的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計為與之相依附的預(yù)成型產(chǎn)品，在經(jīng)過涂裝高溫烘烤后膨脹充填預(yù)設(shè)空腔。膨脹膠的使用提高了整車的NVH性能、密封性和防腐蝕性能；對于不可避免的電磁屏蔽大空腔結(jié)構(gòu)，膨脹膠的采用不失為一種良好的防腐蝕措施。

3.3.2 電泳漆膜防腐

電泳漆膜作為車身表面涂裝的底漆，為其他漆層提供很好的附著層，也是主要的防腐漆層；電泳漆層的前處理層——磷化層，雖厚度僅有2 μm左右，卻為電泳漆膜提供了很好的底層；中涂層在石子擊打到車身上時，可以起一定的緩沖作用，為電泳漆膜的保護(hù)層；清漆和色漆為最外層漆膜，主要起裝飾作用。白車身涂層一般的組成層，如圖8所示。

圖8 白車身基材表面涂層組成層

電泳漆膜作為車身重要的防護(hù)涂層，不僅為其上漆層提供均勻的底漆層，還可以使因必須的結(jié)構(gòu)設(shè)計而不易噴涂的部位附著一層防腐蝕涂層。但由于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理或不可規(guī)避，常出現(xiàn)電泳缺陷，影響車身的防腐蝕能力，所以車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計對電泳效果有著決定性的影響。

3.3.3 表面鍍層防腐

表面鍍層防腐作為基材的工藝處理措施，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的原電池原理，更好地為基材增加了一層防腐蝕鍍層。比如：鍍鋅、鍍銅、鍍鋁、鍍鎳、鍍錫和達(dá)克羅等。

對于車身鈑金的防腐蝕，通常采用鍍鋅處理來增加車身零部件的防腐蝕能力。鍍鋅根據(jù)生成鍍鋅層的工藝不同，可分為電鍍鋅和熱鍍鋅。

3.3.4 注蠟防腐

當(dāng)因車身空腔結(jié)構(gòu)缺陷引起電磁屏蔽，使車身鈑金表面不能形成電泳漆膜，或是電泳漆膜較薄，而車身空腔結(jié)構(gòu)又不便于優(yōu)化時，通常在空腔內(nèi)進(jìn)行注蠟處理，來達(dá)到防腐蝕要求。

3.4 車身密封設(shè)計

從防腐角度來講，車身的密封設(shè)計，是為了防止泥水、碎沙石和灰塵進(jìn)入車身空腔，長時間滯留，而加劇車身的腐蝕。

構(gòu)成車身的零部件，由于模、夾、檢具的定位，裝配避讓和通過，以及工藝通過性（如排氣孔及漏液孔等）等，會設(shè)計主副定位孔、避讓孔、過孔和工藝孔等。在整車裝配完成后，為保證車身防水、防塵和降噪的密封性，對于不再使用的孔，連通車身內(nèi)部空間以及部分其他位置的孔，必須進(jìn)行密封設(shè)計。

車身鈑金孔的密封，可采取的方式包括堵蓋、堵片、密封膠條及涂膠等。

3.4.1 堵蓋密封

堵蓋是車身封堵工藝孔常用的密封方式。堵蓋的形式和材料需要根據(jù)耐高溫、耐老化、耐油、耐溶劑等使用環(huán)境以及裝飾要求來確定。

堵蓋一般使用在涂裝和總裝。對于用于涂裝的堵蓋，由于要經(jīng)過高溫和油漆噴涂，堵蓋的材料要能夠耐高溫、耐油及耐溶劑，一般要求能夠耐受160℃/h的高溫。

對于一些密封要求較高的部位應(yīng)使用熱熔堵蓋，如頂蓋上的工藝孔，這些孔密封不良容易導(dǎo)致漏水。熱熔堵蓋的材料一般為乙酸乙烯脂，隨白車身入涂裝烘房時發(fā)生熱熔，與鈑金粘連在一起，起到很好的密封作用。

3.4.2 堵片密封

封堵車身內(nèi)部孔、內(nèi)部過孔或是產(chǎn)品升級預(yù)留孔等，主要使用堵片封堵，使用操作簡單方便。一般這些孔不大，也不至于直接形成車身內(nèi)外空間連通。堵片的形式和材料也需要根據(jù)耐高溫、耐老化、耐油、耐溶劑等使用環(huán)境以及裝飾要求來確定。

3.4.3 密封膠條密封

密封膠條主要應(yīng)用于門洞止口、鈑金孔以及鈑金搭接止口邊，防止泥水等因進(jìn)入車廂內(nèi)部、搭接縫隙，甚至內(nèi)外板空腔，不易排出，腐蝕內(nèi)板及加強(qiáng)板，進(jìn)而影響整車的使用壽命。

3.4.4 涂膠密封

涂膠密封在3.3.1節(jié)中已經(jīng)涉及，涂膠的目的就是從縫隙、空間來隔斷腐蝕介質(zhì)的介入，涂覆在鈑金表面來隔離腐蝕介質(zhì)，達(dá)到防腐蝕的結(jié)果。

3.5 金屬表面涂覆非金屬

金屬表面涂覆的材料可以是金屬，也可以是非金屬，同樣也都可起到防腐蝕的作用。

金屬表面涂覆金屬，是依據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的原電池原理，通過犧牲涂覆層金屬來保護(hù)鈑金表面，達(dá)到防腐蝕效果。在3.2節(jié)和3.3.3節(jié)中已均有提及。

基于鈑金腐蝕的基本原理，金屬表面涂覆非金屬正是采用將鈑金表面與可腐蝕的環(huán)境因素隔離，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)鈑金的效果。

防腐層的材料可以是油漆涂料、瀝青、阻尼板、加強(qiáng)墊、陶瓷及塑料等非金屬元素。

4 結(jié)論

車身防腐蝕設(shè)計是一門復(fù)雜的多學(xué)科配合學(xué)科，要達(dá)到相應(yīng)的產(chǎn)品品質(zhì)要求，只有從各個層面考慮車身防腐結(jié)構(gòu)的布置實(shí)施，并結(jié)合車身現(xiàn)有的工藝水平，進(jìn)行同步工藝分析，規(guī)避風(fēng)險結(jié)構(gòu)，才能利于制造生產(chǎn)，最終保證車身防腐性能滿足要求。

文章通過對車身設(shè)計及制造過程中常見防腐蝕措施的總結(jié)與描述，揭示了車身防腐常見的設(shè)計與工藝等方法，且實(shí)際應(yīng)用中尚未發(fā)現(xiàn)更為難以解決的防腐蝕問題，為清晰地了解車身防腐蝕方法提供了認(rèn)知和支持。相信未來的防腐蝕措施會持續(xù)涌現(xiàn)和不斷地創(chuàng)新發(fā)展，防腐的時效性也將不斷提高。