汽车12V正极线束端子腐蚀分析及设计优化

周畔宇 杨康俊 项婧娈 王思军 俞雅茹 王洁

【摘  要】线束作为汽车的电路网络主体，在连接电子电器部件和传送电信号中起到重要作用，其线束端子就是连接线束与各模块的纽带。本文针对某车型项目阶段出现的端子腐蚀断裂问题，从整车布置、端子镀层等方面入手，分析失效的原因，并提供研究优化方案。

【关键词】端子腐蚀；失效分析；设计优化

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）04-0061-03

【Abstract】As the main body of the automobile circuit network，the harness plays an important role in connecting electrical and electronic components and transmitting electrical signals. The harness terminal is the link between the harness and each module. Aiming at the terminal corrosion and fracture problem occurred in the project stage of a vehicle model，this paper analyzes the failure causes from the vehicle layout，terminal coating and other aspects，and studies the optimization scheme.

【Key words】terminal corrosion；failure analysis；design optimization

线束是汽车的“神经系统”，是传送电信号的媒介[1]。端子是线束的重要组成部分，它连接了线束和各个模块，实现整车电器功能[2]，对整车信号传输有着重要意义。本文针对某车型项目阶段出现的端子腐蚀断裂问题进行原因分析，并研究优化方案，最终验证有效性。

1  失效现象

12V正极线束连接DCDC模块处八角孔金属端子在含5年及10年腐蚀试验的耐久性验证中发生断裂。按照GMW 15531+试验标准进行反复试验，发现随着时间的延长，端子处锈泥迅速堆积，腐蚀加速，直至断裂。

2  端子设计关键项

基材、结构、镀层和匹配线径是设计端子首要考虑的因素，这些关键项关乎着端子的承受温度、载流能力以及耐腐蚀性，同时也需要考虑环境情况、空气对流和整车布置的影响。比如端子连接的导线存在多股大电流布置的情况，那么此时该端子的温升情况和过电流情况就要重点关注，可以引入温升-过电流曲线来评估该端子应用是否OK。如果端子曲线超出导线之上太多，说明端子选型过大要适当减小端子尺寸；如果端子曲线落在导线之下，就需要更换端子或者提升线径。又比如端子布置在整车的溅射区域，那此时端子的防水和耐腐蚀情况就是重点关注项，可以通过加橡胶套或挡水板进行物理防护，也可以通过优化结构、加厚涂层来进行化学防护。

不同位置的端子，关注的侧重点也不同。所有的蓄电池线端子都应采用M8的端子（图1）和紧固件固定，厚度需要达到2mm以上，需要有防转结构、应力释放结构等，同时考虑耐杂散电流能力。蓄电池线端子通常可以使用带胶热缩管进行密封，不过要关注结合处的耐腐蚀性，而且端子和其上的紧固件要保持相同的基材。

3  失效分析

12V正极线束连接DCDC模块处八角孔金属端子在满足设计关键项要求的情况下发生了失效，表现出了不符合预期的加速腐蚀，因此需要从整车布置、端子镀层及端子热缩管位置等方面进行分析，找出失效原因。

3.1  整车布置

失效端子位于整车前舱位置（图2），离地高度650mm，下方有护板及其他零件，常规认定为非溅射区，无需额外保护，但通过反复涉水试验后发现，水路工况中，地面积水在前轮的带动下，有一定概率能从底护板和其他零件的夹缝中飞溅到DCDC模块处，从而导致有部分水滴会落到端子表面，加快端子腐蚀。

同时，由于前舱各模块的布置情况，蓄电池线需横穿整个前舱，从DCDC模块下方通过端子与模块连接（图3），此处端子就需设计成L型才能完成线束与DCDC模块的连接，因此无适配形状的橡胶套或塑料壳体对其进行保护。当轮胎水通过缝隙溅射到DCDC模块上时，该端子就相当于暴露在有水的环境中，腐蚀速率会加快。

因此，考虑是否可以模拟出轮胎水溅射的路径，在该区域加挡水板以避免水滴飞溅至端子表面。

3.2  端子镀层

失效端子镀层为亚光锡，厚度7μm。当车辆进入盐溅槽中段时，轮胎飞溅的盐碱液会滴落在端子表面，端子本身参与导电无法完全绝缘，盐碱液在端子和模块壳体表面形成水膜，产生杂散电流，加速电化学腐蚀，最终镀层破坏，端子金属溶解减薄，更易断裂。耐久腐蚀端子试验结果见表1。图4为腐蚀端子试验中选取的记录点。

由表1可知，经溅射后的端子由于电化学腐蚀，镀层被破坏，基材腐蚀加快，预测寿命要小于10年，而且可以看出位置2处剩余厚度最小，腐蚀速度最快，是端子最易断裂处，因此考虑加厚端子镀层厚度，延缓基材腐蚀速率。

3.3  端子热缩管位置

蓄电池线端子通常使用热缩管进行密封以便减缓腐蚀，该端子设计之初考虑下方涉水风险以及工艺问题，在端子上进行了热缩管保护，热缩位置截至图5中的A-B的交界處。经腐蚀端子试验验证可知，A处的腐蚀速率还要大于B处，也需要热缩保护，因此考虑向A处延长热缩管的包裹区域。

4  设计优化

通过对失效件的分析，失效模式锁定在：涉水工况下，轮胎水溅射至端子未经热缩管保护的区域，引发电化学腐蚀，破坏端子镀层，端子基材加速溶解，从而引发断裂。因此，首要考虑模拟出轮胎水溅射的路径，在该区域加挡水板，以避免水滴飞溅至端子表面。

如图6所示，在右侧轮罩盖上选取2个点进行模拟水路可能出现区域的包络，包络所覆盖区域的水路分为两部分，一部分是车宽方向的大量水路，会被原有的轮罩盖挡住；另一部分是从下往上的少量水路，会从图6中红圈处的孔扩散到DCDC模块处。模拟得出挡水板位置，由轮胎水路径来看，新增挡水板可起到有效遮挡的作用，但从整车布置来看，挡水板会在极限工况下与轮胎发生干涉，因此，该方案并不是最优措施。

由此考慮从端子本身入手，失效件镀层为7μm，在电化学腐蚀的情况下，会加速镀层破坏，增加端子镀层厚度，由原先的7μm增厚至15μm，以此来缓解镀层的破坏程度，延缓基材的腐蚀速率。对镀层增厚至15μm的端子进行循环腐蚀试验，根据GMW 14872的标准进行试验，试验流程如图7所示。经试验可知，增厚镀层的端子未发生断裂，腐蚀片品质损失也在合格范围内。进一步对增厚镀层端子进行耐久腐蚀试验，试验结果见表2。从表2中可见，增厚镀层端子的预测寿命要大于10年，表2中各项数据与表1对比，也有了明显改善。由此可知，将端子镀层从7μm增厚至15μm，能有效减缓端子基材腐蚀。同时，因为紧固端子的螺栓在使用中也会被长时间存在的杂散电流影响[3]，在潮湿环境下螺栓头会产生严重的腐蚀问题，与端子相互作用会加速腐蚀，所以也要考虑在螺栓头部做局部粉末喷涂保护层，在螺栓外六角驱动头及法兰外侧按照GMW 14664的粉末材料要求和GMW 14671的性能要求进行喷涂，以起到头部绝缘和提高耐腐蚀性能的功能，这样能减少它与端子的相互作用，同样起到减缓腐蚀的作用。

由失效分析可知，端子弯折部分腐蚀最为严重，在增厚镀层的优化下考虑用热缩管进一步保护，延长热缩管对端子弯折区域进行绝缘保护，抑制杂散电流，能有效改善端子弯折区域的腐蚀情况。

通过上述分析验证，针对12V蓄电池线接DCDC模块端子腐蚀断裂情况，设计优化如下。

1）端子镀层厚度从7μm增加至15μm，延缓基材腐蚀速率。

2）紧固件头部增加防腐涂层，提高抗腐蚀能力。

3）端子弯折区域增加热缩管进行绝缘保护，抑制杂散电流。

设计优化后的端子经过GMW 15531+试验标准进行耐久性验证，端子腐蚀程度显著降低，无断裂情况发生。优化后的所有车辆均未发生该端子断裂失效情况。

5  总结

作为车辆信号传输的纽带，端子起到关键作用。针对某车型项目阶段端子腐蚀断裂问题，通过端子关键项自查，从整车布置、端子镀层等方面入手，模拟失效工况，复现失效模式，分析出失效原因，并通过加严端子参数来进行优化设计，最终通过循环腐蚀试验和耐久腐蚀试验，验证了方案的有效性，为后续解决类似端子腐蚀问题，提供了分析思路及参考。

参考文献：

[1] 盛媛. 浅谈汽车线束开发[J]. 汽车电器，2019（4）：50-52，55.

[2] 刘峰. 汽车线束设计流程及发展趋势[J]. 汽车工程师，2018（5）：51-54.

[3] 李羽洁，张凤格，朱雅芝，等. 汽车用固定螺栓断裂原因分析[J]. 热处理技术与装备，2020（5）：44-47.

（编辑  凌  波）