關鍵詞：整車路試；卡鉗生銹；中性鹽霧試驗；5M1E分析方法；電化學腐蝕；阻隔潮濕空氣

0引言

汽車整車路試指機動車制造廠商為檢測即將投產(chǎn)的新型車輛，而對樣車各項性能、技術參數(shù)進行全面的、不同環(huán)境及道路條件下的駕駛測試，其目的在于及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷并加以改進，為產(chǎn)品的正式量產(chǎn)做準備[1]?？紤]到新項目樣車在路試過程中因為沿海氣候環(huán)境問題出現(xiàn)鍍鋅卡鉗嚴重生銹的問題，沒有找到原因，嚴重影響此客戶在主機廠的正常產(chǎn)品交付。本文就整個事件的發(fā)生和問題的查找過程進行了回顧。

1問題描述

某路試車輛在試驗場進行LPT試驗時，發(fā)現(xiàn)4個車輪的制動卡鉗都出現(xiàn)銹蝕（圖1）。依據(jù)整車強化腐蝕試驗評價規(guī)范，問題制動卡鉗的腐蝕等級被判定為5級（即大面積腐蝕）。據(jù)調(diào)查，腐蝕的制動卡鉗為年初批次零件，之前的批次零件在其他車型上并未出現(xiàn)問題，所以該問題引起了筆者的高度重視。筆者將問題反饋給分供方，要求查找原因，隔離批次產(chǎn)品，并對目前卡鉗質(zhì)量進行加嚴管控。分供方也從多方面查找原因，未發(fā)現(xiàn)異常。

為了盡快查找原因，相關制動卡鉗外協(xié)廠（以下簡稱外協(xié)廠）安排另外的此批次制動鉗單獨發(fā)至實驗室，開展中性鹽霧試驗（NSS）驗證。但在100多小時腐蝕后，表面出現(xiàn)紅銹問題（圖2）。

2原因分析與調(diào)查

筆者通過與相關外協(xié)廠以及基地相關項目PSS負責人溝通，了解到相關的細節(jié)。此類問題同制動卡鉗外協(xié)廠生產(chǎn)線操作人員的技術水平、卡鉗電鍍線體及周邊設備、材料、方法、測量系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)等都有影響。筆者試著運用5M1E分析方法，對卡鉗生銹因素進行分析確認。5M1E是指引起產(chǎn)品質(zhì)量波動的六大主要因素人、機、料、法、環(huán)、測的簡稱[2]。

2.1操作人員的技術水平

目前外協(xié)廠的相關技術人員工作年限基本在10年以上，實際操作水平達到技能的相關要求，工作經(jīng)驗豐富，現(xiàn)場解決問題能力強，處理類似其他主機廠的電鍍零件目前未出現(xiàn)卡鉗生銹問題。因此，可以排除技術操作人員技能水平導致的卡鉗質(zhì)量問題。

2.2電鍍線體及周邊設備

汽車制動卡鉗的電鍍鋅設備線體，由相關的除油、水洗、酸洗、電解除油、活化、預浸、電鍍酸鋅、出光、鈍化、水洗、封閉以及烘烤等工序槽位組成。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，設備配置符合要求，有專業(yè)的設備操作規(guī)程。掛具維護和設備的定期維護都有專業(yè)的保養(yǎng)計劃，以及每天的日常點檢表。設備維護配備有專業(yè)的維修人員，有相應的維修經(jīng)驗，對電鍍線的周邊設備，包括過濾機、循環(huán)泵、溶鋅槽、自動加藥系統(tǒng)、油水分離系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和除碳酸鹽設備等非常精通。

依據(jù)電鍍過程控制計劃要求，每8h進行一次電鍍線關鍵工序檢查，因此檢查問題零件批次在電鍍線當班記錄，未發(fā)現(xiàn)相關異常記錄。鍍槽循環(huán)過濾機、碳酸鹽除雜系統(tǒng)、自動加藥系統(tǒng)、鈍化液PH在線檢測設備、烘箱和去氫設備等，都運行正常。故可排除電鍍線體及周邊設備導致的卡鉗質(zhì)量問題。

2.3材料

對于電鍍鋅涉及的材料，一般指零件的材質(zhì)，比如碳鋼；另外還涉及一些化學原材料，比如除油劑、鹽酸、鍍鋅藥水（等組分氯化鋅）、硼酸、氯化鉀、鍍鋅添加劑和光亮劑、出光劑硝酸、鈍化劑以及封閉劑等。這些材料都采購自業(yè)內(nèi)知名廠家，有相應材料的合格報告，不存在相關問題。所以也可以排除材料對于卡鉗質(zhì)量的影響。

2.4方法

外協(xié)廠對于電鍍卡鉗涉及的一些工藝，都有相應的文件和規(guī)章，包括電鍍鋅作業(yè)指導書、鍍鋅線藥液分析化驗操作規(guī)程以及前道來料件、后道電鍍件的檢驗作業(yè)指導書和判定依據(jù)等。此外，外協(xié)廠對于各工序的工藝參數(shù)，如溫度、時間、組分成分和濃度、鍍層要求厚度和外觀以及鹽霧等，都有嚴格的要求（圖3）。目前問題批次卡鉗都有相應的數(shù)據(jù)記錄，且符合要求。所以也排除方法對于卡鉗問題的影響。

2.5環(huán)境

電鍍卡鉗在整個生產(chǎn)過程中，包括原材料倉儲環(huán)境、電鍍過程的車間生產(chǎn)線環(huán)境以及電鍍后成品倉儲的環(huán)境及包裝，都經(jīng)過了相應的檢測，未發(fā)現(xiàn)相關的問題。

但是針對目前出現(xiàn)的卡鉗生銹問題，出現(xiàn)問題是在外界特定環(huán)境，所以，外界環(huán)境的影響是個可變量，包括快遞運輸、包裝和地域氣候環(huán)境，以及運輸過程中一些物理化學狀態(tài)變化等，如磕碰劃傷或接觸化學氣體腐蝕等。這些都對卡鉗的質(zhì)量有潛在影響，比如發(fā)生化學或電化學反應，出現(xiàn)鍍鋅層生銹問題。

2.6測量

2.6.1測量系統(tǒng)

電鍍卡鉗相應規(guī)程的測量，包括鍍層厚度、鹽霧試驗、外觀以及附著力等，都有相應的測量數(shù)據(jù)支撐。而且相應的測量設備每年都定期進行第三方或當?shù)刭|(zhì)監(jiān)局的校驗，有相應的合格證。故排除測量系統(tǒng)導致卡鉗質(zhì)量問題的影響。

2.6.2對路試問題卡鉗檢測

將路試的問題卡鉗拆解分析，對故障件分別進行厚度、外觀、元素和切面掃描檢測。

2.6.2.1厚度分析

檢測問題卡鉗外部鍍層的厚度，數(shù)據(jù)都在8～35μm，符合要求。

2.6.2.2外觀分析

通過外觀分析，從銹蝕區(qū)域分布可以很明顯地看出，銹蝕位置明顯呈流體狀態(tài)（圖4）。懷疑產(chǎn)品在使用過程中被不明液體污染，在自然狀態(tài)加速腐蝕的現(xiàn)象。

2.6.2.3元素分析

對銹蝕產(chǎn)品進行圖譜分析，發(fā)現(xiàn)Fe含量超標，鋅含量減少，圖3卡鉗電鍍酸鋅的工藝流程說明已經(jīng)銹蝕到產(chǎn)品基材。對于其他批次同工藝鍍鋅卡鉗進行圖譜分析，對比結(jié)果顯示，F(xiàn)e含量在正常范圍內(nèi)（圖5）。

2.6.2.4金相分析

問題卡鉗拆解后，對產(chǎn)品銹蝕部分切片進行金相分析。切面在電子顯微鏡下放大200倍，觀察銹蝕區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)，有些區(qū)域保留部分鍍鋅層，而有些區(qū)域已經(jīng)腐蝕到零件基材（圖6）。銹蝕從外部向內(nèi)通過縮松位置逐漸向基材延伸。

2.7包裝狀態(tài)分析

調(diào)查得知，卡鉗在運至第三方實驗室時是按照原有運輸?shù)奈窗b狀態(tài)，鉗體表面存在明顯摩擦痕跡（圖7），此狀態(tài)破壞了鍍層面。這說明問題卡鉗是因為未包裝運輸導致卡鉗表面產(chǎn)生磕碰摩擦劃傷，局部產(chǎn)生細微裂痕破壞鍍鋅層。這使鍍鋅層和鈍化封閉層的防腐性能下降，所以中性鹽霧試驗對卡鉗表面造成了腐蝕破壞。

3腐蝕機理分析

根據(jù)上述分析可知：整車路試中造成卡鉗生銹主要因素，為路試場所是沿海長時間高鹽霧、高低溫的潮濕環(huán)境，加速鍍鋅層表面的腐蝕；第三方實驗室對問題卡鉗做中性鹽霧試驗后造成的表面生銹，初步判定為快遞運輸過程中未采取適當表面防護包裝處理，導致卡鉗遇潮濕環(huán)境氣候發(fā)生表面化學腐蝕，及物理磕碰劃傷等導致。

3.1鍍鋅層在高鹽霧高低溫的海洋性環(huán)境腐蝕機理分析

在沿海沿江地區(qū)，周圍多是海洋性氣候，空氣中存在大量的氯化鈉、氯化鎂等鹽組分溶液。在富含氯離子的環(huán)境中，雖然卡鉗鍍鋅層是均勻腐蝕的，但是考慮到零件結(jié)構(gòu)狀態(tài)，存在高低溫差導致的冷凝液積滴溶液的狀態(tài)。長時間浸在含氯的鹽水作用下，卡鉗局部會發(fā)生電化學腐蝕反應。導電的鹽溶液進入局部鍍鋅層，能腐蝕鍍鋅層和鈍化封閉層，進而腐蝕基材鐵層；同時鹽溶液中的氧也加速了鍍鋅層的腐蝕溶解。

這種腐蝕長時間作用下，局部電鍍鋅層腐蝕殆盡，然后就會腐蝕局部鐵基材，形成鐵氧化物，腐蝕面積也越來越大。所以最終卡鉗表面會呈現(xiàn)出大面積鐵基材生銹的狀態(tài)。陳敏娟等人在論文《鋅及鋅合金鍍層鹽霧試驗腐蝕形態(tài)研究》中也闡述了類似的鍍鋅層生銹的觀點[3]。

3.2鍍鋅層在高濕度以及受到磕碰劃傷后的腐蝕機理分析

在高濕度的大氣環(huán)境中，當鍍鋅層受到磕碰劃傷時，鍍層表面出現(xiàn)細微裂紋，所以導致鋅層和基材鐵層形成原電池。鋅層作為陽極，鐵層作為陰極，發(fā)生化學反應，鋅發(fā)生腐蝕溶解，生成鋅離子。經(jīng)過一段時間后，鍍鋅層完全腐蝕后，就會逐漸露出鐵基材。對此，莫耀忠在《電鍍鋅層白色腐蝕現(xiàn)象的腐蝕機理》一文中也表明了相同的觀點。同時他還提出，高鹽霧環(huán)境的腐蝕相對理想環(huán)境下磕碰劃傷狀態(tài)的腐蝕要更加嚴重[4]。董梅等在《2006年全國軋鋼生產(chǎn)技術會議文集》中發(fā)表的論文《熱鍍鋅板腐蝕及鹽霧試驗研究》中，也提出過類似因為潮濕氣候?qū)е碌碾婂冧\件生銹的問題[5]。

4解決措施

綜合以上環(huán)境因素，特制定措施如表1所示。

4.1減少長時間高鹽霧高低溫環(huán)境暴露接觸時間

整車路試場地靠近沿海一側(cè)，氣候比較潮濕，晝夜溫差大。汽車長時間外露在此環(huán)境中，白天接觸高鹽霧環(huán)境，但是局部有一定的高溫，在夜晚溫度下降后，遇空氣中水分冷卻下來，形成局部冷凝液，對鍍鋅件局部腐蝕加劇，易生銹。因此通過減少白天路試時間，以及在晚上不露天放置，放置在密閉干燥的環(huán)境中，可以有效改善目前的問題。另外，盡量不要在下雨天長時間路測。至此，相關問題得到很好的改善。

此批問題所裝配車輛已在終端用戶中，經(jīng)過售后調(diào)查，未出現(xiàn)卡鉗生銹問題。經(jīng)分析，終端用戶車輛一般為車庫或露天狀態(tài)，而且很少長時間出現(xiàn)在高鹽霧、高低溫的沿海環(huán)境中行駛，故較少出現(xiàn)相關問題。所以判定，在高鹽霧、高低溫的環(huán)境長時間測試，也是導致該車制動卡鉗出現(xiàn)腐蝕問題的原因。

4.2通過特殊包裝防護防磕碰及受潮腐蝕

外協(xié)廠改進了制動卡鉗的包裝狀態(tài)，以阻隔水氣，確保零件干燥，并防止磕碰劃傷。具體措施為：卡鉗先裹上干燥的氣泡袋，外放干燥劑，最外層用聚丙烯（PP）塑料袋包裝；2個零件用紙箱包裝后，再用木箱固定包裝（圖8）。將改進包裝后的卡鉗再次發(fā)運到第三方實驗室，安排重新開展中性鹽霧試驗。試驗結(jié)果表明，試驗后卡鉗表面有小面積白銹，無紅銹，符合試驗要求（圖9）。

5結(jié)束語

在本次工藝研究的過程中，筆者所在團隊通過理論分析和工藝驗證提取要因，找到了汽車電鍍鋅卡鉗生銹的原因，包括路試后不良和運輸過程后中性鹽霧不良問題。該問題為其他類似質(zhì)量問題的解決提供了參考。