汽车金属部件防腐原理与措施

田永，方瑛，廖兵

（广汽菲亚特汽车有限公司产品技术部，湖南 长沙 410100）

汽车金属部件防腐原理与措施

田永，方瑛，廖兵

（广汽菲亚特汽车有限公司产品技术部，湖南 长沙 410100）

汽车金属部件的腐蚀是不可避免的，必须进行有效的防护。本文从金属部件腐蚀的原理入手，针对斑状腐蚀、局部腐蚀、缝隙腐蚀、受载下的腐蚀四种常见的腐蚀类型，深入分析了腐蚀的原因， 然后提出了汽车金属部件防腐蚀的策略，最后系统研究了各种防腐蚀的措施，包括优化防腐设计并改善腐蚀环境、材料替换、改善涂覆和增强电化学防护等方面。通过这些分析和研究，以期达到改善现有车辆金属部件的防腐措施、提高金属部件的防腐性能的目的。

汽车防腐；腐蚀原理；防腐措施

CLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-97-04

前言

汽车金属零部件在汽车零部件中所占的比例很大，它们长期暴露在大气环境中，与大气中的氧气、水份和污染物等腐蚀成分接触时间长，金属材料表面易产生腐蚀，即氯离子穿透金属表面的氧化层和防护层与内部金属发生电化学反应的过程。[1]腐蚀不仅直接影响到汽车金属部件的使用寿命和使用安全, 还会导致环境污染和交通事故, 给社会和经济发展造成损失，但腐蚀破坏是一个缓慢的过程，往往需要几年甚至更长的时间，[2]所以，在设计开发与生产制造中对金属部件进行防腐处理就显得十分必要。

1、腐蚀原理

汽车零部件常见的腐蚀类型主要有斑状腐蚀、局部腐蚀、缝隙腐蚀、受载下的腐蚀等四种[3]。

斑状腐蚀是汽车金属部件常见的一种腐蚀，表现为面漆或涂层鼓泡和脱落、露出基体金属、出现均匀腐蚀或蚀坑。斑状腐蚀原因是多方面的，有的是因为基体金属阴极反应导致气体鼓泡剥离；有的是因为基体金属的阳极溶解导致涂层脱落；有的是因为沙石飞溅使漆层分离；有时候是多种因素同时存在造成腐蚀。所以这种腐蚀多发生在车身和底盘部位。如图1所示，是汽车排气管的斑状腐蚀图片。

局部腐蚀则包括点腐蚀、双金属腐蚀、晶间腐蚀等。点腐蚀常发生在不锈钢、铝及铝合金、锌合金构件、镀锡、镀铜、镀铬镍零件表面。双金属腐蚀是发生在电位不同的异金属连接件中电位较低的金属，如与钢件连接的锌、铝及其镀层，由于电位差作用易发生腐蚀。晶间腐蚀是不锈钢、铝合金等汽车零件常发生的腐蚀。引起晶间腐蚀的原因是在制造中由于加热、焊接，从而引发晶粒与边界化学成分的变化。

缝隙腐蚀是由于缝隙内外氧含量、离子浓度等条件不同而导致的，如图2所示。在铆接、焊接及螺栓连接的位置都极易发生此类腐蚀, 而含Cl-的环境更会加快缝隙腐蚀的速度, 对缝隙腐蚀比较敏感的宽度是0.025～0.1mm[4]。

汽车中的一些承载构件，在潮湿腐蚀环境下，若受静载则易发生应力腐蚀破裂；若受周期动载则易发生疲劳腐蚀；若受微小周期振动则发生微动腐蚀。汽车构件受载下腐蚀的危险在于构件承受远低于材料的屈服极限的载荷下发生零件断裂。该种腐蚀的隐密性、突发性是汽车安全行驶的隐患。如图3所示，是车门下横梁的腐蚀情况。

2、腐蚀原因

引起车辆腐蚀的原因很多，主要可分为使用环境导致腐蚀和自身结构导致腐蚀两大类。

汽车的使用环境复杂多变，主要包括湿气、酸碱度、温度等。在相对湿度高的地区（如沿海地区），腐蚀将加速；空气及雨雪中的酸碱物质也会加速车体的腐蚀；温度的升高，处于通风不良处的零件会加速腐蚀；汽车内部产生的腐蚀环境，如发动机产生的高温和含硫、氯离子等的燃烧废气，蓄电池产生的酸雾、漏液等会加速腐蚀；工作中振动、冲击、摩擦、碰撞等引起的局部破损等引起腐蚀。

汽车自身结构设计不合理，也会导致腐蚀。在车身下部积存的泥沙、污垢和水分会加速腐蚀；含有湿气的污垢或碎屑物积留在车身或其他部位。

3、腐蚀防护原理

国内汽车的腐蚀防护技术的应用和工艺水平与国外先进技术相比还存在一定差距。一些国产汽车油漆生产厂家所生产的油漆产品的平整度、光泽度及附着力不是很好；电镀的工艺水平还需提高，镀层和转化膜的质量欠佳，尤其是重腐蚀环境（如酸雾、高温等）中零件的耐蚀能力不强，直接表现为使用一段时间后出现锈渍，油漆层起泡、剥落、变色、失光等，[5]从而失去了防腐蚀的作用。

影响腐蚀的因素十分复杂，多种多样，要想在根本上杜绝十分困难，但我们可以在设计、材料、涂覆、工艺等方面进行优化，以降低腐蚀的危害。特别是汽车部件，不仅直接关系到车辆的性能，还间接影响着乘员的安全，腐蚀的防护十分重要，千万不能掉以轻心。

在设计上进行优化：防腐设计优化，对腐蚀环境进行优化和改善。金属部件在设计时应注意从零件结构选择、材料匹配、结构布置合理性、结构连接合理性、防止缝隙产生等内容进行优化。[6]

从材料上进行优化：可以提高材料的热力学稳定性，改善零件材料合金的组成；增大阳极控制等措施；还可以进行材料上的替换，可以将现有的普通材料更换成防腐性能强的材料，或者更换成铝镁合金、工程塑料等不易腐蚀的材料。

从涂覆上进行优化：改善金属部件的涂覆和增强电化学防护，从普通的油漆涂层更换成防腐蚀性能强的涂层，如阴极保护、阳极保护、达克罗涂覆等，在零部件的缝隙、夹层、空腔底部等处增加保护涂层等。

从工艺上进行优化：制定合理的零部件制造工艺，防止在制造过程中出现磕碰和划伤，尽量采用不破坏防护层的制造工艺与措施。

4、汽车零件的防护措施

对于汽车零部件腐蚀的防护，可以从零部件的设计、材料、涂覆、工艺等方面进行改进。

4.1 汽车部件设计上的腐蚀防护措施

防腐蚀设计是汽车零部件防腐蚀的最重要屏障，设计中

有没有考虑防腐蚀，也是决定零件腐蚀寿命的重要前提。

在零部件设计中应尽量避免形面封闭区，或让封闭系统的通风与排水良好，可以设计通风孔或者排水孔，如图4所示，在车门底部设计排水孔，防止车门内部的水无法排出。外形设计要尽量圆滑，不能出现死角或者形状的突变，以免造成积水，圆角和光滑外型可减少滞留处，设计加强板和加强筋时，要使其空气循环流通， 排水良好，避免滞留区产生。电器件与接头布置在内侧或者增加防护罩壳。整车外露易腐蚀和易进水的部位设防尘罩。零部件设计时考虑其均匀腐蚀，选择一种或几种组合防腐方式，如涂层、电镀、转化膜和涂防锈油脂等。零件的结构要便于防护工艺的实施，必要时开设工艺孔。

车身与零部件的连接方式中，焊接比铆接或螺钉连接强度好，但焊接也同时破坏了金属的表面防护层，导致焊缝处存在锐边腐蚀和由于焊缝搭接处无漆而产生的锈蚀，所以在设计时要适当考虑将焊接处进行掩盖，如图5所示，焊点设计在A柱下，装车时密封条会包覆在焊点上面，起到保护焊点腐蚀的作用，或者在后续的工序中对焊接部位进行防腐蚀处理，以增加焊缝和焊点处的抗腐蚀强度，如涂覆密封胶等。

在异金属连接处, 尽量选用电位较接近的金属连接，或者采取绝缘措施，如钢件镀镉层后与铝合金之间夹绝缘胶，防止电偶腐蚀的发生。[7]

4.2 汽车部件选材上的腐蚀防护措施

汽车上很多重要的结构件都是用钢铁材料制成的。对于腐蚀严重的零部件，材料上应选用腐蚀率低的耐蚀金属（如耐候钢），或适当增加金属厚度，多选用含Mn、Mg等合金元素的不锈钢，它们能与Fe、Si等形成电位较负的活泼相，提高抗点蚀能力。在汽车设计之初，应该适当减少普通碳素钢的用量，增加高强度钢的用量。多采用镀锌钢板，有助于提高汽车的防蚀性能，如车身底边框容易受接触到水和油液的地方就要多采用镀锌钢板。如图6所示，是镀锌钢板在A柱上的应用。

目前，塑料和铝合金制品在汽车上的应用也是越来越多，大有替代金属的趋势。某些工程塑料，其性能完全可以媲美金属材料，有良好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀等性能，是替代金属材料的热门选择。铝合金材料也以其质量轻、耐蚀性好、强度高等特点成为替代钢铁材料的选择之一，已经应用于发动机框架、车轮、制动钳等容易腐蚀的部件上，如图7所示为汽车铝合金横梁。所以，选择零件材料时，可以多选用塑料和铝合金材料来替代金属材料，防止腐蚀的发生。

4.3 汽车部件涂覆与工艺上的腐蚀防护措施

目前，在金属表面上应用最广的涂覆措施就是油漆涂层，如图8所示，是汽车油漆的喷涂过程，油漆涂层一般分为3层：底漆、中涂和面漆。

底漆的主要作用是在金属与涂层之间提供良好的结合力和优良的耐蚀性。底漆按工艺分有三大类型，即喷涂底漆、浸涂底漆、电泳底漆。中涂漆作用是填补车身上的缺陷和印痕，可以起到防石击、增加韧性、防水和增加表面平整性的

效果。目前聚酯被公认为阴极电泳底漆上的最佳中涂漆。面漆的主要作用是提供外表装饰，面漆要长久保持表面光泽和保色，能够抗光氧化和耐水解性，还要求能耐酸雨，长时间阳光暴晒后能承受大雨袭击，经得起石击，并能防漏油等。

其他的涂覆方式还有磷化、阳极电泳、密封、内腔涂腊、达克罗等方式提高零件的抗腐蚀能力。

钢材在前处理工序中磷化，能使金属表面形成一层耐腐蚀性的薄膜，若经化学处理，会增加其耐蚀性，提高耐蚀强度。如图7所示，是磷化工艺示意图。

阳极电泳作为汽车底漆已成为一种常用的金属保护措施，阳极电泳穿透能力好，漆膜抗盐雾与潮湿性等耐蚀性能好，世界上大多数的汽车车身都采用阳极电泳底漆，电泳工艺参数的控制对漆膜性能影响较大，所以，合理选择电泳参数也是至关重要的。图10所示为阳极电泳过程。

PVC焊缝密封可以有效的防止焊缝和焊点的腐蚀，还可以起到密封的作用，对轿车车身来说，几乎所有的焊缝都要涂PVC材料进行密封以提高抗腐蚀强度。

由于零部件的缝隙、夹层、空腔底部等部位长时间处于潮湿状态，腐蚀速度急剧加快，导致明显的锈蚀，甚至造成金属材料穿孔，常采用内腔涂腊的方式进行保护，如图11所示。注蜡的部位非常之多，一般有几十个左右，大致有前纵梁、前横梁、A柱、B柱、C柱、上边梁、下边梁、后纵梁、后横梁（上下边梁是指车顶、地板与侧面的交接处内部的钢梁）；发动机罩上盖版（就是雨刷器后面风档前面那一块）；引擎内罩、外罩；所有的车门内板、外板（重点为门板下部）；所有的车轮罩； 行李舱内罩、外罩；其它所有出现空腔的地方。

对于一些耐腐蚀能力要求很高的紧固件，我们可以采用达克罗工艺进行表面涂覆。所谓达克罗即片状锌基铬酸盐防护涂层，亦称锌铬膜，是当今国际表面处理的高新技术。达克罗涂层主要由鳞片状锌片、铝片以及无定形复合铬酸盐聚合物组成，金属片在基体表面层层叠加，铬酸盐聚合物填塞在金属片之间，并通过树脂固化反应，使金属片之间以及金属片与基体间牢固地粘结在一起，形成一种特殊的片状交错叠层结构。[8]经达克罗处理的金属制品性能优异，耐蚀性强，一般涂层厚6-8um 就可保证在盐雾试验中480-1000h 不出红锈，是电镀锌的5-7倍；高耐热性(可耐热至300°C)，表面涂膜即使长时间置于高温条件下也不会被腐蚀。

5、结论

综上所述，汽车金属部件的腐蚀是不能避免的，但我们可以从设计、材料、涂覆等方面对腐蚀进行防护，减少腐蚀带来的危害。从设计上进行腐蚀防护是根源，可以减少前期的投入，避免不必要的浪费，但对设计者的经验要求较高；从材料选择上进行腐蚀防护是保证，可以有效的避免材料的浪费，提高材料的抗蚀强度；从涂覆上进行防护是保障，但对各种涂层的选择要合理，根据不同的腐蚀等级和部件的应用部位选择不同的防护涂层。

[1] 王海涛.浅谈汽车整车腐蚀[J].轻型汽车技术,2007,(2):22-24.

[2] 吴荫顺.金属腐蚀研究方法[M].北京:冶金工业出版社,1993:1-5.

[3] 黄建中.汽车腐蚀与防护技术[M].北京:化学工业出版社, 2004:15-35.

[4] 张德生, 臧杰.汽车各类腐蚀的频发部位及原因分析[J].黑龙江工程学院学报, 2006,20(1):85-88.

[5] 林泉.汽车涂装防腐技术在现代汽车中的应用[J].科技信息, 2010(24):788-789.

[6] 于芝, 闻小安, 钟相成.防腐工程技术设计与工程处理实例应用手册[M]. 北京:金版电子出版公司,2003:9-20.

[7] 刘广客.汽车防腐蚀的方法[J].陕西汽车,1997,(1):36-38.

[8] 张菊香.达克罗技术在汽车防腐中的应用[J].汽车工艺与材料.2005,(12):9-11.

Anti-Corrosion Theory and Solution of Auto Metal Components

Tian Yong, Fang Ying, Liao Bing
( PE Dep. GAC FIAT Automotives Co., Ltd., Hunan Changsha 410100 )

Corrosion on auto metal components is ineluctable, we must to protect them to avoid this destroy. In this paper, first, we studied the corrosion theory of metal, given the reasons for spot corrosion, segmental corrosion, aperture corrosion and load corrosion. Then, we introduced the anti-corrosion methods. At last, we analyzed corrosion protective solution from design, material and painting side. After that, in order to improve the corrosion protective methods and the anti-corrosion property of auto metal components.

Auto anti-corrosion；Corrosion theory；Anti-corrosion solution

U465

A

1671-7988(2014)09-97-04

田永，就职于广汽菲亚特汽车有限公司产品技术部。