高常娟 謝麗麗 李 莉 岳 平 張 浩 陳敏娟

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

0 前言

汽車作為與大眾生活息息相關(guān)的消費(fèi)品，安全、耐久和使用壽命得到人們的廣泛關(guān)注。腐蝕直接影響車輛的安全性、可靠耐久性和使用壽命，因腐蝕而損壞的零部件極易引發(fā)交通事故。合理防護(hù)可有效降低汽車因腐蝕導(dǎo)致的人力、物力損失[1]。因此汽車制造商投入大量人力與物力研究汽車防腐質(zhì)量。

汽車制造商通過進(jìn)行整車級(jí)和零部件級(jí)的腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證，可以暴露產(chǎn)品存在的防腐設(shè)計(jì)問題，從而為提升車輛的防腐性能提供依據(jù)。整車級(jí)試驗(yàn)即整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)，是指汽車在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行高速路、鹽霧路、綜合耐久路、濕熱環(huán)境艙停放等工況來模擬汽車實(shí)際服役環(huán)境的腐蝕環(huán)境，最接近車輛戶外使用狀態(tài)，且能綜合考察生產(chǎn)制造工藝，因此許多先進(jìn)的汽車企業(yè)都將整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)整車及零部件耐腐蝕性的仲裁試驗(yàn)方法。但整車試驗(yàn)費(fèi)用高、試驗(yàn)周期長。零部件級(jí)試驗(yàn)是指將零部件放入一種利用人工模擬鹽霧環(huán)境的試驗(yàn)箱，模擬實(shí)際腐蝕環(huán)境來考察零部件防腐性能的靜態(tài)試驗(yàn)。優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)成本低、試驗(yàn)結(jié)果一致性好，常作為考察零部件防腐能力和表面處理工藝一致性的有效手段[1]。

本文主要就某一車型鑄造式車門鉸鏈的銹蝕問題進(jìn)行研究分析，得出生銹的原因并提出整改方向和驗(yàn)證手段。

1 試驗(yàn)

1.1 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)

整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)工況如圖1所示，試驗(yàn)車周一～周五進(jìn)行約4h道路試驗(yàn)和20h環(huán)境艙存放，周末進(jìn)入環(huán)境艙進(jìn)行存放。一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)為1周，2個(gè)試驗(yàn)循環(huán)模擬車輛在腐蝕環(huán)境惡劣的市場(chǎng)實(shí)際使用1年。

圖1 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)工況

1.2 零部件鹽霧試驗(yàn)

采用ISO 9227 中性鹽霧試驗(yàn)法[3]。

1.3 試驗(yàn)樣品

1.3.1 整車

某平臺(tái)SUV一臺(tái)。

1.3.2 車門鉸鏈

鑄造式車門鉸鏈結(jié)構(gòu)及組成如圖2所示。

圖2 車門鉸鏈結(jié)構(gòu)及組成

鑄造式車門鉸鏈的材質(zhì)和表面處理信息如表1所示。

銷軸和墊片裝配后通過鉚壓工藝和車身件連接，連接區(qū)域使用襯套達(dá)到過盈配合從而保證密封，襯套為嵌由銅網(wǎng)的PTFE的材料組成。

試驗(yàn)考察了兩類不同鍍鋅層厚度的車門鉸鏈防腐性能，鍍鋅層厚度分別是（5±2）μm（簡稱A類樣品），（12±2）μm（簡稱B類樣品），厚度測(cè)試點(diǎn)如圖2中A點(diǎn)所示。

1.4 檢驗(yàn)設(shè)備

2 結(jié)果與討論

2.1 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)結(jié)果分析

將兩類車門鉸鏈安裝在試驗(yàn)車上，隨車涂裝后，進(jìn)行整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。圖3和圖4為鉸鏈生銹的典型圖例。

表1 車門鉸鏈組成

表2 檢驗(yàn)設(shè)備

表3 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

圖3 A類零件試驗(yàn)12周后照片（右前上）

圖4 B類零件試驗(yàn)12周后照片（右前上）

從表3可知，前門鉸鏈普遍出現(xiàn)銹蝕，且其腐蝕等級(jí)高于后門鉸鏈。結(jié)合表3和圖3、圖4分析可知，銹蝕主要發(fā)生在鉸鏈本體以及鉸鏈中間銷軸和鉸鏈本體搭接部位，鍍鋅層厚度為（5±2）μm的A類鉸鏈50%發(fā)生銹蝕，且右前門上鉸鏈銹蝕等級(jí)為4級(jí)，在該車型整車防腐目標(biāo)定義中屬不可接受程度；鍍鋅層厚度為（12±2）μm的B類鉸鏈表現(xiàn)良好，生銹鉸鏈銹蝕等級(jí)為1級(jí)，可接受。

對(duì)該平臺(tái)同款SUV按照公司企標(biāo)進(jìn)行整車噴淋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示，可以看出，左前門鉸鏈水平面有積水，右后門鉸鏈水平面無明顯積水，這說明前門鉸鏈所處環(huán)境因密封性差，可以較頻繁接觸水分等腐蝕因子，這是導(dǎo)致前門鉸鏈腐蝕程度高于后門鉸鏈的一個(gè)原因。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高車門與車身之間密封性，避免鉸鏈接觸腐蝕介質(zhì)，可有效規(guī)避鉸鏈腐蝕問題。但對(duì)于該款車型，在車身數(shù)據(jù)已凍結(jié)、模具已開發(fā)，無法采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的前提下，將鉸鏈的鍍鋅層厚度定義為12μm，可有效防止腐蝕。

圖5 左前門鉸鏈淋雨?duì)顟B(tài)

圖6 右后門鉸鏈淋雨?duì)顟B(tài)

2.2 零部件腐蝕試驗(yàn)結(jié)果分析

為探索能夠模擬整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)所示現(xiàn)象的臺(tái)架試驗(yàn)方法，選擇兩類車門鉸鏈隨車電泳后，按照ISO 9227-2012的要求進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)。每一組樣本量為3個(gè)，樣件放置位置與整車狀態(tài)下零件安裝位置保持一致，第Ⅰ組試驗(yàn)程序?yàn)樵邴}霧艙靜置240h，第Ⅱ組試驗(yàn)程序?yàn)樵邴}霧艙靜置240h，其中每隔24h對(duì)零件進(jìn)行沿車門開閉方向旋轉(zhuǎn)10次的操作，以此模擬整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中開關(guān)車門對(duì)零件的影響。結(jié)果如圖7～圖10所示（圖示只展示關(guān)注部位的銹蝕狀態(tài)）。

圖7 A類零件第Ⅰ組試驗(yàn)

圖8 B類零件第Ⅰ組試驗(yàn)

圖9 A類零件第Ⅱ組試驗(yàn)

圖10 B類零件第Ⅱ組試驗(yàn)

從圖7和圖8分析可知，兩種類型鉸鏈在第Ⅰ組試驗(yàn)中靜置240h，關(guān)注部位均無腐蝕產(chǎn)物生成，從圖9和圖10分析可知，鍍鋅層偏薄的鉸鏈在關(guān)注部位生成紅銹，產(chǎn)生與整車試驗(yàn)相同的試驗(yàn)結(jié)果。鍍鋅層偏厚的鉸鏈防腐性能較好，在關(guān)注部位產(chǎn)生少量白銹，無紅銹產(chǎn)生。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈?zhǔn)逛N軸與其連接件產(chǎn)生想對(duì)位移，促進(jìn)腐蝕介質(zhì)侵入墊片密封區(qū)域產(chǎn)生銹蝕并排出銹水。通過上述分析可知，在零部件臺(tái)架試驗(yàn)中，盡可能設(shè)計(jì)零件與整車環(huán)境中的實(shí)際使用工況相似的試驗(yàn)條件，可以更有效的驗(yàn)證零件的防腐性能。

2.3 零件銹蝕原因分析

對(duì)生銹零件進(jìn)行拆解，如圖11和圖12所示。可知電泳工藝無法在搭接面形成有效防護(hù)層，銹蝕發(fā)生位置的有效防腐層為鍍鋅層。

圖11 鉸鏈拆解圖示(1)

圖12 鉸鏈拆解圖示(2)

為排查襯套材質(zhì)中銅元素與鍍鋅銷軸接觸存在異種金屬電偶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)襯套和銷軸接觸面進(jìn)行SEM/EDX掃描，分析表面化學(xué)成分，襯套表面化學(xué)成分列于表4，銷軸表面化學(xué)成分如表5所示。從表4可知，襯套表面主要元素為C、O、F，是PTFE的構(gòu)成元素，推斷襯套外表面為PTFE，沒有Cu網(wǎng)外露。從表5可知，銷軸表面含有C、O、Cr和Zn元素，推斷銷軸為鍍鋅后進(jìn)行鈍化處理，由于在接觸面沒有檢測(cè)到高含量的Cu元素，可排除襯套與銷軸接觸產(chǎn)生異種金屬電偶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。說明該類鑄造式車門鉸鏈的選材不會(huì)對(duì)防腐性能產(chǎn)生消極影響。

表4 襯套表面成分

表5 銷軸表面成分

通過上述分析可知，該類鑄造式鉸鏈墊片與銷軸接觸部位無電泳漆，只有鍍鋅層，且接觸位置的選材不會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，因此銹蝕的原因是外界腐蝕介質(zhì)在此處滯留，消耗鍍鋅層，使基體金屬外露并與腐蝕介質(zhì)接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，基體金屬Fe被氧化，產(chǎn)生紅色腐蝕產(chǎn)物。

通過改善車門與車體之間密封性，優(yōu)化腐蝕環(huán)境可有效避免鉸鏈發(fā)生腐蝕，但是在車身數(shù)據(jù)凍結(jié)、模具已開發(fā)的狀態(tài)下，無法通過優(yōu)化車身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)整改時(shí)，一方面可通過優(yōu)化零部件制造工藝，控制襯套翻邊尺寸，確保襯套翻邊尺寸略小于銷軸墊片外徑，避免腐蝕介質(zhì)如冷凝水在搭接面滯留改善鉸鏈防腐性能；另一方面，可增加腐蝕風(fēng)險(xiǎn)表面鍍鋅層厚度，提高陰極保護(hù)能力，試驗(yàn)證明，定義鉸鏈車門件和車身件鍍鋅層厚度為12μm，能有效避免試驗(yàn)用車型鉸鏈腐蝕失效的問題。

3 結(jié)論

汽車防腐性能設(shè)計(jì)優(yōu)劣對(duì)汽車使用壽命有重大影響，整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)?zāi)軌蚓C合有效地驗(yàn)證汽車防腐屬性，合理設(shè)計(jì)零部件級(jí)別臺(tái)架試驗(yàn)，可以高效快捷驗(yàn)證零件的抗腐蝕能力。結(jié)合零件安裝位置和結(jié)構(gòu)特征，制定合理的防護(hù)手段可有效提高零部件及整車外觀感知質(zhì)量和使用壽命。

整車防腐性能提升可通過以下途徑實(shí)現(xiàn)：

（1）通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能避免零件接觸水分、泥污等腐蝕介質(zhì)侵害，是提升整車防腐性能的重要手段；

（2）電泳處理無法有效覆蓋鑄造式車門鉸鏈特殊位置，需通過電鍍鋅工藝補(bǔ)充，并設(shè)定合理的鍍層厚度，可有效防護(hù)該類型車門鉸鏈。