【海南汽车试验研究所】国产汽车防腐现状及对策

发表于 讨论求助 2018-09-18 16:45:03

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前言

众所周知,目前汽车制造所用的材料仍以金属为主,而金属材料普遍存在腐蚀问题,它不仅破坏了汽车的外观,还直接影响到汽车质量和汽车寿命,同时带来环境污染、交通事故的发生,以及材料与能源的浪费。据报道,金属腐蚀导致全世界每年每辆汽车平均损失为150~250美元,美国汽车工业因腐蚀而造成的年损失约为200亿美元。在1985~1991年间对瑞典和我国汽车腐蚀调查表明,除意外交通事故损坏或部分零部件磨损外,汽车腐蚀是汽车损坏报废的重要原因。


国产汽车防腐现状

我国汽车工业发展水平与世界先进水平相差较大,投入使用的汽车1~2年后就出现腐蚀,3~4年就有部件腐蚀穿孔。而我国对于腐蚀防护的研究更是非常落后,国外从六十年代就开始了整车道路强化腐蚀试验,这项试验对于汽车腐蚀防护能力的提高具有极其重要的作用,而我国在这方面还是一片空白。

为了尽快提高国产汽车的腐蚀防护水平,海南汽车试验研究所与机械部汽车司于1997年设立《整车道路强化腐蚀试验》科研课题,经过基础设施建设、设备购置和试验实施细则制订等准备工作,从1999年正式开始汽车道路强化腐蚀试验,到2001年10月为止共完成了6辆车的试验(为了保密起见,这里暂不公布试验样车的品牌型号及生产厂家)。这其中4辆为小轿车,2辆为轻型客车,都是国内技术水平比较先进的产品,也是目前市场上的畅销车型,社会保有量很大,基本代表了国产汽车的防腐水平,下面就这几辆车普遍存在的问题分类总结如下:


一、    结构设计方面的问题:

1.发动机下部除了1辆车有局部防护外,其它5辆车没有任何防护措施。当试验车驶过盐水槽时,发动机舱直接受盐水贱射,发动机轮系、发电机、起动机、空调储液罐、转向助力泵及转向系回油管、离合器总泵连接管、风扇电机、喇叭、空调控制装置、机油滤清器、散热器和冷凝器等都发生严重腐蚀或出现故障。我们注意到来我所进行可靠性试验的上海大众帕萨特B5、一汽大众奥迪A6等新车型,发动机底部被封得严严实实,根本就看不到发动机舱内部的情况,这代表了目前国外汽车防腐设计的先进水平。

2.6辆车的车门与门框间都没有密封胶条,车门关上时,从外面可以直接看到车门锁。当试验车进行盐雾试验时,盐水能直接喷到门锁上,因此所有试验车的门锁都因生锈而失效,而象帕萨特B5、奥迪A6和宝来等新车型都有12层密封胶条。

3.6辆车的玻璃升降器拉索和手制动拉索都是一根裸露的钢丝,结果都因腐蚀锈断而导致玻璃升降器和手制动失效。有几辆车的油门拉线也是一根裸露的钢丝,其中一辆在试验进行到19循环时就锈断了。其实只要在拉线外面覆盖一层塑料保护膜就能成倍的提高它们的防腐能力,并且增加不了多少成本。

4.零件的位置对防腐能力也有很大的影响,在所有6辆车中,发电机和起动机布置在较低位置的都多次因生锈而失效,发电机和起动机布置在较高位置的发生生锈失效故障的情况就少得多。

5.刮水器电机和喇叭缺乏防护,腐蚀情况比较严重,有的电机烧毁,有的喇叭失效。

6.制动器的结构设计不同,防腐水平也不同。有的样车采用嵌套结构(制动鼓上有沟槽)),盐水很难进去,制动器到整个试验结束都没有腐蚀;而采用普通结构的制动器都出现严重腐蚀甚至失效。


二、    材料方面存在的问题:

1.在6辆车中,发动机进回油管和制动油管采用工程塑料的都没有发生故障,而采用薄壁镀锌管的抗腐蚀能力普遍不足,在试验中都出现腐蚀穿孔。

2.试验样车上的非金属材料件普遍抗高温性能差,在试验一段时间后出现各种各样的问题:试验车门窗的橡胶密封条出现变形、萎缩而导致门窗密封不严,盐水渗透到车内引起座椅头枕支柱、座椅导轨、安全带等零件的腐蚀;刮水器刮臂出现塑性变形引起刮水效果不佳;制动轮缸的防尘罩破裂,制动轮缸进盐水生锈,最后制动不回位;粘贴用的胶水失效,车门上的密封条脱落等。

3.汽车的排气消声系除了正常的腐蚀环境外,还存在着高温氧化和高温硫化,排出的燃烧废气具有很强腐蚀性,工作环境极其恶劣,大部分试验车采用普碳钢或热镀铝板作为材料,结果都出现严重腐蚀以至穿孔的现象,而采用不锈钢的排气系防腐效果就较好。

4.所有样车的后视镜镜座和加油口盖都是金属结构,试验中都发生严重腐蚀,如果改用塑料,不但能避免腐蚀,还能降低成本。


三、     防护工艺上存在的问题:

1.在所有试验车的发动机罩、左右翼子板、前后轮罩、行李箱盖、车门面板及铰链、前后立柱内外板等板金件的边缘,各种孔、口边缘和焊接处都发生程度轻重不一的腐蚀,其主要原因是这些部位的防腐处理不好,没有或很少上密封胶,且容易积存盐物和水份而发生腐蚀。

2.底部下表面防护薄弱,大部分都没有PVC涂层,而有PVC涂层的试验车的腐蚀就比较轻。另外,底盘金属零部件没有涂抗石击油漆,试验过程中受碎石击打,油漆很快脱落而露出金属基体,腐蚀情况严重,其中两辆轻型客车还出现了机油盘穿孔现象。

3.几辆轿车的油漆质量较好,一直到试验结束都没有鼓泡现象且保持很高的光泽度,而轻型客车的油漆在试验过程中先后出现鼓泡现象,这反映了上漆前的前处理工艺不过关,油漆的附着力不强,在高低温和干湿的交变作用下脱离金属基体。另外,螺旋弹簧刮水器刮臂内弹簧、轮毂和大灯背面的涂层都因附着力不强,过早的开裂、脱落导致这些零件严重腐蚀。

4.所有试验样车上的绝大部分螺栓、螺钉和卡箍都缺乏必要的防护,试验中严重腐蚀,以至于被它们固定的零部件出现故障后拆卸很困难,甚至有一辆车的左侧转向灯因固定螺钉锈断而脱落。


海南汽车试验研究所的整车道路强化腐蚀试验规程所包含的几种主要工况—盐雾喷射、过盐水槽、高温高湿室停放和碎石路行驶等分别模拟了汽车实际运行中遇到的沿海地区含盐空气、北方道路冬季撒盐、湿热地区使用及非铺装路面行驶,因此试验具有非常实际的意义。根据调查,在海南汽车试验研究所进行强化腐蚀试验的汽车所出现的的腐蚀情况,在这些品牌型号汽车的实际使用中普遍存在。


提高汽车防腐能力的几点建议


一、   从结构方面避免腐蚀

汽车设计者应有以下知识才能进行优良的防护设计,即腐蚀原理与腐蚀形态;汽车用材和各种因素对材料的影响;腐蚀的防护方法与其效果;汽车各部位形状和腐蚀的关系。


1.       预防几种类型腐蚀的设计。在容易发生均匀腐蚀的部位,如前后保险杠、发动机舱的各种支架等,设计中确定金属厚度时要预留足够的“腐蚀余量”,以补偿日后金属被腐蚀的减薄量,确保构件的安全强度;在容易发生点腐蚀的部位,设计中选用含钼的不锈钢能大大降低部件发生点腐蚀的概率;对于缝隙腐蚀,设计中应尽量避免缝隙结构的存在,如果做不到,还可用密封胶来封闭缝隙,防止缝隙腐蚀;为了减少电偶腐蚀,在异金属连接处,必须采取有效的绝缘措施,或者尽量选用电位相近的金属连接;为防止应力腐蚀,设计中应尽量减少部件承受拉应力,避免应力集中,不要使焊缝应力与断面变化应力叠加。


2.       封闭部分与滞留处设计。设计中应尽量避免封闭区,或让封闭系统的通风与排水良好。由于涂漆或上蜡工艺的需要,常需开孔,其位置应有利于喷枪嘴覆盖全部表面。此外,进口孔位置要能防止水汽与碎石的直接进入,排水孔应位于封闭区和滞留处的最底点。结构设计上还应尽量避免积存水汽和尘土。


3.    零部件外形设计。零部件外形对其腐蚀性有重要影响。有高垂直凸起零件,承受的石块和其它固体粒子的撞击程度比低垂直凸起零件大得多;有些部位大面积朝向地面,这些地区不仅承受固体撞击,而且直接暴露于腐蚀环境中,腐蚀情况很严重。设计时应降低总的水平面区,保持金属表面与轮胎溅起石块方向成一定角度,尽可能减弱石块撞击,从而降低腐蚀速率。


4.    电器件设计电器设备与接头应尽量避免暴露在水和碎石中,灯罩和开关应布置在汽车内侧,或用橡皮覆盖,或用塑料盒将其与腐蚀物质隔离。车灯在严重的道路飞溅下,薄弱点多在没有封闭的装饰条螺钉处,因此必须用胶和橡皮罩密封良好。


5.       发动机舱、电喷车的中央控制单元、手制动拉索、油门拉索和门锁等易腐蚀的零部件,应加以封闭,使之与腐蚀环境隔绝开来;对于不能封闭的零部件应尽量布置在水份和泥土不易进入的地方。


6.       结构设计上要尽量避免尖锐边缘,减少粗糙面。


7.       跟踪发达国家先进技术,应用激光拼焊钢板制造汽车车身,减少空腔及点焊结构。


二、   选用抗腐蚀性能优良的材料

1.               根据瑞典腐蚀研究所的调查,在获得良好防锈方面最突出的因素是使用710μm厚镀锌层,较薄的25μm锌镍镀层在大多数情况下防腐能力不足7年。目前我国绝大部分车身仍全部采用冷轧钢板,只有个别合资企业生产的轿车采用镀锌钢板制造车身。因此,建议发动机罩、行李箱盖、车门面板、左右翼子板和顶棚等材料采用710μm的厚镀锌层钢板。

2.               发动机进回油管、暖风管和制动油管最好采用工程塑料,如采用金属材料必须在管路外表面涂覆保护层。

3.               汽车的排气消声系应选用耐腐蚀性强的不锈钢、镍基合金以及陶瓷材料。

4.       象加油口盖、后视镜座及支架、左右翼子板等零部件在保证功能的前提下尽量选用非金属材料、铝合金和复合材料,一方面可以大大提高防腐能力,另一方面也使汽车的重量减轻,降低成本。

5.       非金属材料本身并不会发生腐蚀,但是由于它的变形和开裂而失去密封功能,引起许多零部件腐蚀、失效,因此必须选用耐侯性好的材料。

6.       螺栓、螺钉和卡箍都等紧固件应选用耐腐蚀性好的合金材料制作。


三、   采用先进完善的防腐工艺

1.       在目前的各种油漆施工工艺中,阴极电泳底漆防腐蚀能力最强,这一点在瑞典腐蚀研究所所做的调查中也已得到证明,它不仅在提高复杂结构零件的防腐方面具有不可替代的优越性,而且生产可实现全自动化,涂装质量稳定,应大力推广应用。同时,中涂选用抗石击涂料,车身底板采用低密度PVC涂料。另外,除车身或驾驶室外,其它汽车零部件在国外各大汽车厂及零部件厂普遍采用磷化前处理工艺,这样一来可以显著提高涂层的附着力。

2.       左右翼子板、前后轮罩、前后立柱内外板焊缝等各种焊接处应用密封胶能有效防止缝隙腐蚀和;在车门内板、发动机罩和行李箱盖的锐边使用折边胶,既增加翻边的强度,又能防止水分和道路泥土渗入引起缝隙腐蚀

3.       底围缝隙表面、无法封闭的空腔、发动机舱和车门铰链处采用防锈腊进行处理能大大提高这些部位的防腐能力。6辆试验样车中,有一辆车的门铰链涂有防锈蜡,直到试验结束才有轻微的腐蚀,防腐能力明显强于其它样车。

4.       在汽车全部装配完成后,要专门设立一个工位对装配过程中涂层受损的零部件补漆。


应该指出,这些防腐措施需要综合应用才能取得最好的效果。根据瑞典腐蚀研究所针对1989年和1992年生产的18555辆轿车所做的调查表明,获得良好的防腐能力的重要因素是使用710μm厚镀锌层,同时采用高泳透力阴极电泳涂料,锐边和焊缝涂覆密封胶和内腔注涂防锈蜡。


根据调查,1989年车型,使用3年后,没有预涂锌层的车型10%的缝隙表面严重腐蚀,有较薄锌层的车型5%的缝隙表面严重腐蚀,而较厚锌层的车型缝隙表面没有严重腐蚀。7年后,分别增加到52%,33%和5%。


在考察的1989年车型中,既没有预涂锌层也没使用防锈腊的,使用7年后底围缝隙表面70%严重腐蚀,部分涂覆防锈剂的严重腐蚀的比例减少到42%,比有薄锌镍镀层没有防锈腊处理的严重腐蚀比例(严重腐蚀55%)低。使用厚镀锌层板同时部分或完全用防锈腊涂覆的车型缝隙表面没有严重腐蚀,没用防锈腊的严重腐蚀只有5%。结果表明,使用薄镀锌层,25μm ,只靠其本身不能充分地防止一些能渗入水分和道路泥土的缝隙长达7年不发生严重腐蚀,为获得较好的防腐效果,要求采用防锈腊进行补充式防护处理。对1992年车型的研究表明,既没使用预涂锌层也没进行防锈腊处理的车,使用4年后考察表面的50%以上严重腐蚀。用防锈腊较好地涂覆的车没有发现严重腐蚀,只有40%的表面腐蚀。薄镀锌层材料的车型,没有用防锈剂的缝隙表面30%严重腐蚀。然而,由于要获得理想的粘接剂接缝是困难的,为了更好地防腐,使用预涂材料是必要的。


用密封胶涂覆良好的任何缝隙表面和焊缝都看不到严重腐蚀,这与门边缘预涂材料的存在无关。用密封胶完全涂覆防止水分和道路泥土的渗入,这样就防止了严重腐蚀。


Audi100Volvo700两种车型由于全面采用了上述措施,在所有的车型中防腐性能是最好的。在北欧、英国和德国的恶劣环境下(冬季道路撒盐)使用7年后没有出现严重腐蚀,轻微腐蚀也低于10%,。

  

参考文献

[1]黄建中,刘钟毓,《汽车腐蚀及其防护》,北京:冶金工业出版社,1994

[2]吴涛,《汽车防腐涂装的现状和发展》发表于《涂料工业》2001第六期,常州

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