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腐蝕不僅影響汽車的外觀,，而且影響到其功能和安全(如每銹蝕1%，車身強(qiáng)度降低5% ~ 10%)。車身腐蝕導(dǎo)致全世界每年每輛汽車平均損失為150 ~ 250 美元,。汽車防腐與企業(yè)形象,、產(chǎn)品質(zhì)量、用戶感受息息相關(guān),。目前市場(chǎng)越來(lái)越看重安全,、節(jié)能和環(huán)保，提高汽車防腐蝕性能的方法顯得尤為重要,。汽車車身由幾百個(gè)鋼板零件通過(guò)焊接,、螺栓連接、粘接等方式組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,。要從多個(gè)方面來(lái)考慮提高車身防腐性能,，并可借助仿真分析軟件找到腐蝕的潛在風(fēng)險(xiǎn)，再做結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，這樣才能保證汽車在使用壽命內(nèi)的防腐性能,。本文用實(shí)例介紹了一些可以提高車身耐蝕性的方法，以供同行參考,。+ c" V h, t6 n9 }
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1 汽車車身腐蝕的情況' o2 x. X9 _8 c7 r% N6 \, B
4 }- D- }8 D# n, x3 C$ G 車身頻繁出現(xiàn)腐蝕的部位(見圖1)包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部(4),、后輪罩(11)、后保下部(14),、前側(cè)門(8)和門檻(7),，易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕部位有發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部(4)、后輪罩(11),、發(fā)動(dòng)機(jī)艙前部(2),、前輪罩后部(6)以及前側(cè)門(8)。汽車車身腐蝕分以下幾種類型：
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3 L' z& [) m/ E: F& }2 P (1) 車身表面漆層受到外物機(jī)械作用(碎石,、泥沙撞擊等)而劃傷受損,，導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，主要集中在車輛的前面和側(cè)面,。
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9 h% b9 G/ C) y& Q8 e5 O: K (2) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)或防銹處理不良,，導(dǎo)致泥水和鹽積存而無(wú)法排出，造成車身內(nèi)部腐蝕,，后期腐蝕擴(kuò)展穿透到車身外側(cè),，主要集中在前、后輪罩區(qū)域,。: @2 I# F9 ]6 l' m& L: l
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(3) 車身處在溫度高,、濕度大的環(huán)境中，以及大氣中氯離子含量高的地區(qū),。( J6 o3 \- c' u
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(4) 車身底部漆層遭道路泥沙,、碎石飛濺破壞，路面水,、道路鹽使車身底部長(zhǎng)期處于會(huì)加速腐蝕的潮濕環(huán)境,，道路腐蝕比大氣環(huán)境腐蝕更具普遍性。
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企業(yè)要根據(jù)國(guó)家三包法規(guī),、目標(biāo)市場(chǎng)的腐蝕環(huán)境,、目標(biāo)客戶的期望和競(jìng)品車的防腐蝕性能來(lái)制定防腐控制要求。制定明確的防腐目標(biāo)以及合理的防腐承諾年限非常重要,，這不僅是整車開發(fā)的基礎(chǔ),，更與企業(yè)形象,、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本,、市場(chǎng)表現(xiàn),、用戶感受等眾多因素相關(guān)。
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* y" ]2 Y5 d% ~0 I 2 提高車身防腐性能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)
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表1 列出了某企業(yè)某車型的零部件防腐控制要求,，提高汽車車身防腐性能的對(duì)策如圖2 所示,，主要分為材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和涂裝工藝,。: i; A% }5 Y+ D% P: z) ~. h
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2. 1 車身材料的選擇$ ]9 f1 V3 _, k, [, B
$ Q! q( u+ p& @6 B { 2. 1. 1 鍍鋅板
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% i/ j p% {7 _7 C6 F 鍍鋅是提高鋼板耐腐蝕性能的主要技術(shù),。鍍鋅板有3 個(gè)特點(diǎn)：(1)鍍鋅層可以阻隔鋼板與腐蝕環(huán)境的直接接觸；(2)鍍鋅層可以形成一層致密的,、附著性很強(qiáng)的腐蝕產(chǎn)物,，從而對(duì)周圍的腐蝕介質(zhì)又起到屏蔽作用；(3)鋅具有犧牲陽(yáng)極的作用,。普通裸鋼板的防腐年限是5 年,，而鍍鋅板能達(dá)到10 年。鍍鋅板多應(yīng)用于車身覆蓋件及腔體內(nèi)加強(qiáng)板件,，如側(cè)圍外板,、車門、門檻,、大梁,、A 柱加強(qiáng)板、B 柱加強(qiáng)板,、門鉸鏈,、翼子板安裝支架、金屬加油口門等,。車身外覆蓋件,、門鉸鏈、翼子板支架,、金屬加油口門因長(zhǎng)期直接與雨水接觸，故在低成本項(xiàng)目中優(yōu)先考慮使用鍍鋅板,。$ J7 }' N+ V# @( ]2 @- T' ?
6 ]8 M3 U1 W% B" e+ v) x/ v 2. 1. 2 鍍合金材料& S1 V- h( T' m. c" ]8 W C; I
. q+ |; Z! D5 D" f 一些合金的電極電位介于鐵和純金屬鍍層之間,，腐蝕速率要小于純金屬鍍層，合金鍍層的耐蝕性比純金屬鍍層更優(yōu),。車身鍍合金包括鎳合金,、鐵合金(電鍍)、鋁合金(熱浸鍍)等,。
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4 B' h/ f$ j8 t3 U0 i5 q 2. 1. 3 耐候鋼/ q0 n, y% ~% c. h+ [, G
6 t, O$ q/ t) R% L 耐候鋼是根據(jù)不同的使用環(huán)境,，在普通鋼中添加微量耐腐蝕元素而形成的低合金鋼,，主要有耐大氣腐蝕合金鋼、耐海水腐蝕合金鋼,、耐硫酸露點(diǎn)腐蝕合金鋼,、耐硫化物腐蝕合金鋼等。銅,、磷,、鉻和鎳元素能有效提高鋼在大氣中的耐蝕性，尤其是銅和磷,。- k/ T1 I5 L0 f" l
U. a) i6 u: V 2. 1. 4 鋁材料# u, J& b. w" v. z# W
/ z o- C1 K0 D, M 鋁是一種熱力學(xué)活性金屬,。在pH 為4.5 ~ 8.5 的水溶液中，其表面會(huì)迅速形成一層薄且致密的氧化膜,。隨著在大氣中放置的時(shí)間延長(zhǎng),，以及濕度增大，氧化膜的厚度會(huì)增加,，使鋁具有很好的耐蝕性,。2 J, ]( ~, W: k$ o9 p
2 x' T& C& e' M7 p6 K 2. 1. 5 塑料
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塑料本身的分子結(jié)構(gòu)決定了它有不錯(cuò)的耐蝕性，常被用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板,。
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3 k2 U4 k/ B' F4 E 2. 2 車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
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2. 2. 1 腔體結(jié)構(gòu)
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車身腔體包含A,、B、C 柱,，門檻,，上邊梁，前縱梁,，地板橫,、縱梁等，多為封閉結(jié)構(gòu),。因?yàn)殡姶牌帘涡?yīng),，電力線強(qiáng)度隨電極到被涂物距離的增加而減弱，所以在電泳工藝孔開孔尺寸和間距合理的基礎(chǔ)上,，還需在內(nèi)板,、加強(qiáng)板上開對(duì)穿孔來(lái)縮短電力線到達(dá)距離，提高腔體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度,，以保證腔體內(nèi)加強(qiáng)板,、內(nèi)板有足夠的漆膜厚度來(lái)抵抗腐蝕因子(如圖3 中截面A?A 和B?B 所示，箭頭表示電泳液的進(jìn)出路徑,，紅色虛線表示工藝孔),。門檻區(qū)域容易受到碎石和泥沙的撞擊，側(cè)圍門檻噴涂防石擊膠,，在寬度方向上側(cè)圍要比車門凸出3 ~ 5 mm,，側(cè)圍外板噴涂防石擊膠或者粘貼防石擊膠帶,。還可以在門下部安裝外飾塑料件，這樣不容易被石擊,。發(fā)動(dòng)機(jī)艙的鈑金切邊容易被腐蝕,，可用膠條予以保護(hù)，或者采用激光拼焊來(lái)避免鈑金切邊外露(如圖3 中截面C?C 所示),。
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2. 2. 2 間隙,、電泳孔、排氣孔/ e7 B' p- u# T
! |, r% f2 @, [$ X- ` 車身間隙和電泳孔的設(shè)計(jì)需滿足如下要求：(1)使電泳液能快速進(jìn)入車身內(nèi)腔浸潤(rùn)表面以保證漆膜厚度,；(2)液體能夠快速地從車身內(nèi)部排干凈,。對(duì)于電泳孔，優(yōu)先推薦在多層板之間開對(duì)穿孔,，表2 給出了車身電泳孔徑,、孔距與鈑金間隙的一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(孔的形狀不限，面積相同即可),，可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,。排水孔要考慮好水的導(dǎo)流面、孔的方向和位置,，在最低處布置以使電泳液充分排出,。
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% ~9 ]0 K- l5 l7 a7 t0 z, n G 排氣孔要根據(jù)車身在電泳槽內(nèi)的行進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，布置在車身空腔的頂部,，主要針對(duì)車身頂蓋,、頂梁、B 柱上部,、車門窗框,、前后輪罩等容易出現(xiàn)排氣不暢的區(qū)域。腔體內(nèi)若殘留有空氣的話,，會(huì)產(chǎn)生氣泡,，導(dǎo)致電泳漆無(wú)法附著在整個(gè)腔體的鈑金上。
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$ a+ f C* V9 r 2. 2. 3 零件搭接0 i* c6 A/ C% f4 u7 {
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對(duì)安裝在車身上的附件要設(shè)計(jì)合理的間隙,，如無(wú)橡膠保護(hù)的外裝飾件距離側(cè)圍外板(d)宜間隔2.0 ~3.0 mm(如圖4 所示),，有軟橡膠保護(hù)的外裝飾件允許有0.2 ~ 0.5 mm 的干涉量，以避免附件在用車過(guò)程中碰傷漆面,。在凸出的區(qū)域應(yīng)避免出現(xiàn)焊縫,、凹坑、槽等結(jié)構(gòu),，以降低積存泥沙和水的風(fēng)險(xiǎn)。車門,、發(fā)動(dòng)機(jī)罩,、尾門,、輪罩等包邊結(jié)構(gòu)需留出足夠的涂膠空間，并通過(guò)刷膠或者布置焊接膠來(lái)密封存在縫隙的地方,。車身零件搭接的外露止口邊以及結(jié)構(gòu)的開口方向應(yīng)盡量與水流和汽車前進(jìn)方向相反,，以避免雨水、路面泥沙等反復(fù)沖擊止口邊,，減少汽車行駛過(guò)程中飛濺的塵土和泥水的沉積(如圖5 所示),。對(duì)于容易被雨水和泥沙沖擊的輪罩、翼子板,、門檻等區(qū)域,，可設(shè)計(jì)襯墊或者塑料件保護(hù)。而雨水能進(jìn)入的區(qū)域要設(shè)計(jì)成能快速充分排水的結(jié)構(gòu),，例如加油口門和側(cè)圍外板的搭接面與車身車寬方向的夾角要不小于3°,。為避免螺栓和螺母的端面刮傷漆膜，在裝配時(shí)應(yīng)盡量使用墊片,。( _ Q4 F, _; H+ M# Y2 s5 H
4 J* p- l( h D% M$ r 2. 3 涂裝工藝設(shè)計(jì)
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2. 3. 1 涂膠6 A8 v, g# a: K$ c+ r- r
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車身零件之間的搭接縫隙,、夾層等部位幾乎沒(méi)有電泳漆膜，空氣中的水分子容易凝結(jié)在這些區(qū)域,，形成很薄的水膜,，加上大氣環(huán)境中的細(xì)粉塵、酸雨等污染物的影響,，很容易發(fā)生銹蝕,。另外，車身零件由模具沖壓而成,，止口邊一般都存在毛刺,，其上電泳漆膜的附著力很差，亦容易發(fā)生腐蝕,。采用密封膠可有效解決該問(wèn)題,。一般要求做2 套密封：(1)在焊接車身板時(shí)在2 個(gè)鈑金夾層之間涂一點(diǎn)焊密封膠；(2)在車外側(cè)涂車身密封膠(一般在涂裝中實(shí)施),。如防腐性能要求更高,，可做3 套密封，即在2 套密封的基礎(chǔ)上增加車內(nèi)側(cè)車身密封膠,，如圖6 所示,。
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2. 3. 2 空腔注蠟: I# \7 @3 |+ X. F7 v" \2 o
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在車身內(nèi)腔采用了防銹蠟的車型，使用7 年內(nèi)可避免發(fā)生腐蝕,，而沒(méi)有注蠟的車型在使用3 年后有50%以上存在嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象,。注蠟主要應(yīng)用在側(cè)門下部腔體、車架,、門檻,、立柱,、輪罩等位置較低，容易受路面環(huán)境影響而發(fā)生腐蝕的部位,。幾百微米的蠟?zāi)ぞ湍苡行Х乐箍涨粌?nèi)部在道路環(huán)境和水汽作用下被腐蝕,。
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8 B# C2 B5 [4 E, j i( A& P% K 2. 3. 3 噴涂PVC 膠8 \: i9 ?+ D/ Z/ E) {& w( O4 G
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汽車在使用過(guò)程中，車身底部,、門檻,、輪罩等區(qū)域的電泳漆膜和鍍鋅層很容易被飛濺的道路砂石擊傷，露出的鋼板短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生損傷性銹蝕,。在涂裝底漆之后噴涂一定厚度的PVC 防石擊涂料,，不僅可以防止砂石飛濺損傷漆膜，而且阻隔了腐蝕性物質(zhì)與鈑金直接接觸,，提高了車身底部的防腐蝕能力,。但對(duì)于油箱和有輪罩襯墊的區(qū)域，可以不噴涂或者減小噴涂厚度,。
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2. 4 仿真模擬分析
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在汽車開發(fā)過(guò)程中,，涂裝同步工程對(duì)車身的耐蝕性能有著重要作用。汽車車身是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng),，單靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析,、判斷車身在電泳時(shí)的上漆情況不僅需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力，而且往往很難判斷是否存在上漆不良的問(wèn)題,。若到實(shí)車驗(yàn)證階段才發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題,，解決的方式往往是：實(shí)車→新方案實(shí)車制造→實(shí)車割車驗(yàn)證(反復(fù)造車以驗(yàn)證方案)→達(dá)到技術(shù)要求�,；ㄙM(fèi)的時(shí)間和成本較多,，甚至可能迫于壓力而降低對(duì)防腐性能的要求。% ~: W% N% U# f
1 x2 R- l# J8 C Q ECoatMaster 和Alsim 有限元軟件能對(duì)三維狀態(tài)下電泳過(guò)程中的電場(chǎng),、流場(chǎng)及涂料電泳性能進(jìn)行全耦合計(jì)算機(jī)仿真模擬,。經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，采用ECoatMaster 分析得出的漆膜和采用Alsim 分析出的積氣和積液情況與實(shí)際情況吻合良好,，能有效提高設(shè)計(jì)效率,。3 U; ]' w7 |! s0 ^: M9 J/ L
% [* A l) I- N4 `% D$ W4 Z2 H 3 結(jié)語(yǔ)8 \7 p0 h3 v4 c/ L3 z6 u& G$ T
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車身防腐性能要從車身材料選擇、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、涂裝工藝設(shè)計(jì)等全面考慮,，結(jié)合使用仿真軟件，進(jìn)行理論分析和實(shí)際驗(yàn)證,，以提高車身的防腐性能,。 |
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發(fā)表于 2019-1-28 14:41:31
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