摘要：針對車身腐蝕防護(hù)的問題，從區(qū)域位置劃分、金屬板材選擇、涂層防護(hù)、鈑金結(jié)構(gòu)等角度進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)技術(shù)方案，并簡要介紹了防腐設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證評估方法及控制事項(xiàng)等。

　　關(guān)鍵詞：防腐設(shè)計(jì)；車身結(jié)構(gòu)；涂裝材料；涂裝工藝

　　0 引言

　　連續(xù)多年，我國已成為世界上最大的汽車生產(chǎn)國和消費(fèi)國， 但距離成為汽車制造強(qiáng)國仍有較大的差距。想要進(jìn)一步增強(qiáng)汽車設(shè)計(jì)與制造的綜合實(shí)力，必須在諸多方面做出更多的探索和努力。眾所周知，除意外交通事故和零部件磨損外，汽車腐蝕是影響汽車使用壽命，導(dǎo)致汽車損壞和報(bào)廢的重要問題。因此，本文針對車身防腐的設(shè)計(jì)問題，從幾個(gè)方面提出了一些技術(shù)性措施與辦法。

　　1 車身工況環(huán)境的區(qū)分

　　根據(jù)車身不同部位的實(shí)際使用工況和接觸環(huán)境條件等，可對車身進(jìn)行區(qū)域劃分（見圖1），以便采取更有針對性的技術(shù)措施，避免過度防護(hù)造成成本增加和質(zhì)量浪費(fèi)。

　　如圖1 所示，可將車身劃分為4 個(gè)區(qū)域：0 區(qū)表示基本不接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要是車廂內(nèi)部零件；1 區(qū)表示輕度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要是車廂內(nèi)部位于頂部區(qū)域的零件；2 區(qū)表示中度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要包括車身外側(cè)前后蓋上方區(qū)域，以及門檻線以上外板內(nèi)側(cè)區(qū)域；3 區(qū)表示重度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要包括車身外側(cè)前后蓋下部區(qū)域，以及門檻線之下的外板內(nèi)側(cè)區(qū)域。

　　基本不接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要是車廂內(nèi)部零件；1 區(qū)表示輕度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要是車廂內(nèi)部位于頂部區(qū)域的零件；2 區(qū)表示中度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要包括車身外側(cè)前后蓋上方區(qū)域，以及門檻線以上外板內(nèi)側(cè)區(qū)域；3 區(qū)表示重度接觸腐蝕介質(zhì)區(qū)域，主要包括車身外側(cè)前后蓋下部區(qū)域，以及門檻線之下的外板內(nèi)側(cè)區(qū)域。

　　2 車身金屬材料的選擇

　　車身通用的金屬材料主要包括黑色金屬和有色金屬。黑色金屬也就是通常所說的鋼鐵材料，目前多數(shù)車身用材占比為90%以上；有色金屬主要是輕質(zhì)合金材料，應(yīng)用占比不足10%。因此，車身材料防腐主要集中在鋼板材料的選擇和保護(hù)上。針對不同的車身區(qū)域，可有針對性地選擇不同膜厚的鍍鋅鋼板，通常3區(qū)可選擇G10/10 的鍍鋅鋼板， 而2 區(qū)可降低要求選擇G7/7 的鍍鋅鋼板，1 區(qū)和0 區(qū)則可選擇普通的冷軋鋼板。

　　近幾年由于車身的輕量化趨勢，很多企業(yè)開始采用鋁合金材料制造引擎蓋、前翼子板或行李艙蓋等外覆蓋件，雖然這些零部件多處于重度接觸腐蝕介質(zhì)的3 區(qū)，但由于鋁合金本身就具備防腐性能，因此并不要求進(jìn)行特殊處理。

　　3 涂裝防腐

　　完成車身鈑金材料的設(shè)計(jì)選擇后，車身防腐設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要方面就是涂裝防腐。即通過涂裝工藝，在車身板材上涂敷相應(yīng)的薄膜或厚膜性產(chǎn)品，以隔絕車身底材與外界腐蝕介質(zhì)的接觸。

　　通常而言，涂裝工藝通過前處理磷化、電泳涂裝、涂膠密封、中涂面涂、烘烤和注蠟等工序，為車身提供相應(yīng)的涂膜保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)車身整體的防腐性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。前處理磷化，是車身在電泳涂膜之前，進(jìn)行的除油除污和磷化表面處理過程，其表面處理效果會影響后續(xù)電泳涂膜質(zhì)量。前處理磷化過程的關(guān)鍵，是在板材表面形成不溶于水的結(jié)晶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。為減少傳統(tǒng)工序中的磷化膜鈍化對環(huán)境的影響和破壞，越來越多的汽車制造商通過控制合適的磷化膜P 比來保證涂膜附著力和耐腐蝕性能。

　　對于冷軋鋼板，磷化膜結(jié)晶由磷酸鋅和磷酸二鋅鐵組成，兩種磷酸鹽結(jié)晶含量之比稱為P 比。

　　P _比=P/(P+H) 式（1）式中P 為Zn₂Fe (PO₄)₃·4H₂O 結(jié)晶含量，H 為Zn₃Fe(PO₄)₂·4H₂O 結(jié)晶含量。由于磷酸二鋅鐵的耐堿溶解性比磷酸鋅高，耐腐蝕性好，因此通常要求P 比高于0.9。對于鍍鋅板材或鋁合金板材，與冷軋鋼板略有不同但情況類似，磷化過程的目標(biāo)都是形成不溶于水的磷化膜結(jié)晶，以實(shí)現(xiàn)板材的腐蝕保護(hù)。

　　電泳涂裝， 是車身表面在設(shè)備與工藝的共同作用下沉積電泳涂膜的過程。電泳涂膜質(zhì)量的好壞，直接影響車身的防腐效果，因此需要多加關(guān)注。針對不同的生產(chǎn)車間， 須著重分析其工藝過程對電泳涂膜質(zhì)量的影響。通常而言，車身表面與內(nèi)腔的電泳涂膜厚度分布應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：外板水平面（機(jī)艙蓋、車頂、后備箱）部位膜厚設(shè)計(jì)在15 μm 以上；外板豎直面（擋泥板、四門、后側(cè)圍、腳踏板）部位的膜厚設(shè)計(jì)在20 μm 以上；乘客艙內(nèi)板、腔體構(gòu)造內(nèi)表面膜厚設(shè)計(jì)在8~10 μm。

　　涂膠密封， 是針對車身焊縫或石擊區(qū)域涂敷PVC涂料。焊縫密封膠用以涂敷金屬板材搭接表面或結(jié)合邊緣等，防止水分、泥塵、鹽分等腐蝕介質(zhì)對焊縫處的破壞。抗石擊涂料，用于防護(hù)汽車運(yùn)行過程中沙石或泥漿對底盤、輪罩和門檻區(qū)域的破壞，根據(jù)石擊破壞程度的不同， 設(shè)計(jì)要求的PVC 膜厚大約為500~1 000 μm，具體可根據(jù)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試確定。

　　中面涂，是為車身提供外觀色彩和光亮效果的工序，更為重要的是，面漆層提供了防腐蝕涂膜所需的化學(xué)性能和機(jī)械性能， 從而保證了整體涂膜的耐腐蝕性和耐候性。與電泳有一定的膜厚要求相似，中面涂也有相應(yīng)的涂膜厚度要求， 通常中涂設(shè)計(jì)要求35~50 μm，面涂要求55 μm 左右。

　　烘烤，是將車身涂敷的薄膜與厚膜材料烘干、交聯(lián)和固化的過程。為保證烘干效果，各涂層應(yīng)在合適的烘烤溫度下烘烤并保持一定的時(shí)間。烘烤時(shí)間不足，或者過烘烤都會在很大程度上影響涂膜質(zhì)量，進(jìn)而影響防腐性能。通常，根據(jù)工廠車間的設(shè)備和材料選用情況，實(shí)驗(yàn)測試后設(shè)定合理的烘烤窗口，用以保證烘烤工序的有效性與可靠性。同時(shí)，還要定期進(jìn)行爐溫曲線跟蹤測試，監(jiān)控烘烤條件的參數(shù)變化。

　　注蠟，是對重度接觸腐蝕介質(zhì)（防護(hù)3 區(qū)）的空腔結(jié)構(gòu)區(qū)域涂敷防護(hù)蠟， 以提升車身的整體防腐性能。防護(hù)蠟通常以石蠟為基礎(chǔ)，添加防銹劑、抗氧化劑和稀釋劑等調(diào)配組成，涂敷干燥后，可形成柔軟的塑性保護(hù)層，以隔絕水汽、鹽霧、泥漿等對車身板材的腐蝕。常見的防腐蠟涂裝工藝見表1。

　　近年來，由于節(jié)能降耗和環(huán)保需要，涂裝工藝過程出現(xiàn)了一些新技術(shù)和新材料應(yīng)用。例如針對鋅鹽磷化過程的能耗高、沉渣多、資源利用率低等問題，各表面處理材料供應(yīng)廠商研究開發(fā)推出了新生代的環(huán)保型無磷前處理，分為鋯鹽處理技術(shù)、硅氧烷處理技術(shù)和二者的復(fù)合處理技術(shù)3 種類型。此外，還有替代傳統(tǒng)中涂層的免中涂或薄中涂工藝，以及中面涂的水性漆材料技術(shù)等。但無論涂裝材料和工藝過程發(fā)生怎樣的變化，對于車身防腐性能的要求從未改變。

　　4 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　如上所述，防腐涂裝的關(guān)鍵是必須保證一定的涂敷膜厚，而滿足要求的涂敷膜厚取決于相應(yīng)的車身結(jié)構(gòu)。因此在車身造型和工程設(shè)計(jì)階段，需要針對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

　　造型設(shè)計(jì)對防腐性能的影響主要體現(xiàn)在汽車行駛過程中的沙石飛濺沖擊以及尖角銳邊等。因此，針對沙石沖擊的地方要采用塑料件包覆保護(hù)或噴涂PVC 材料；針對尖角銳邊的設(shè)計(jì)，要堅(jiān)決加以避免，防止噴涂的“法拉第”效應(yīng)和銳邊腐蝕等。

　　工程設(shè)計(jì)對防腐性能的影響主要體現(xiàn)在電泳過程的涂膜沉積，密封膠設(shè)計(jì)及尺寸要求，注蠟工藝的可行性等。

　　為保證良好的電泳效果，需要對車身鈑金結(jié)構(gòu)進(jìn)行開孔設(shè)計(jì)、凸臺設(shè)計(jì)、間隙設(shè)計(jì)等。通常，在車身結(jié)構(gòu)的水平方向開設(shè)液體流通孔（圖2），豎直方向底部開設(shè)瀝液孔（圖2、圖3）、上部開設(shè)排氣孔（圖3），結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空腔位置或鈑金搭接處開設(shè)泳透力孔等（圖2、圖3），或者根據(jù)具體位置結(jié)構(gòu)采用凸臺設(shè)計(jì)替代開孔設(shè)計(jì)（圖4），間隙設(shè)計(jì)通常要求車身結(jié)構(gòu)的鈑金間距控制在＞5 mm（圖5）。需要注意的是，開孔設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮其用途和功能，實(shí)現(xiàn)一孔多用、節(jié)約成本。

　　良好的密封膠設(shè)計(jì)， 有助于提升車身的密封性和防腐性能。密封膠設(shè)計(jì)，通常由焊裝工序和涂裝工序共同實(shí)施。目前，焊裝工序主要應(yīng)用的膠黏劑和密封膠有3 種：折邊密封膠、點(diǎn)焊密封膠和減震膠[7]。涂裝工序應(yīng)用的主要是PVC 基材的密封膠，為保證良好的PVC 膠密封，需要嚴(yán)格控制鈑金搭接的縫隙尺寸，譬如豎直方向的縫隙尺寸不宜超過1.5 mm， 水平方向的縫隙尺寸不應(yīng)大于3 mm，搭接邊緣應(yīng)＞5.0 mm 的承載面（圖6），密封膠的依存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖7）等。

　　注蠟工藝的可行性，主要是為了保證生產(chǎn)過程的注蠟操作，而預(yù)留相應(yīng)的注蠟孔、注蠟軌跡操作空間等，具體可根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際限制加以分析和設(shè)計(jì)。

　　5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證與監(jiān)控

　　防腐設(shè)計(jì)完成后，需要通過一定程序的試驗(yàn)方法與步驟， 以驗(yàn)證和檢查方案措施的有效性與可靠性。若實(shí)驗(yàn)表明設(shè)計(jì)的方案與措施不能滿足防腐性能要求，則需重新審視和優(yōu)化防腐方案與措施，直至試驗(yàn)達(dá)標(biāo)。通常，樣車試制階段會對電泳后車身進(jìn)行破解檢查，以確認(rèn)車身防腐設(shè)計(jì)措施的有效性，其中包括電泳膜厚檢查、焊裝密封和涂裝密封狀態(tài)檢查等。此外，還需進(jìn)行樣車的防腐蝕性能測試，進(jìn)行整車防腐質(zhì)量評估。通過模擬鹽霧、高溫高濕、融雪撒鹽、石擊路況等環(huán)境，以測試、驗(yàn)證和評價(jià)車身在區(qū)域位置、材料涂層和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的防腐蝕性能狀況。目前，國內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)方法[8]參照《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》（QC/T 732—2005）實(shí)施。

　　車型量產(chǎn)后，需定期拆解評估電泳后車身的涂膜厚度與質(zhì)量、焊裝密封和涂裝密封狀態(tài)等，并監(jiān)控關(guān)鍵工藝參數(shù)的一致性和穩(wěn)定性，確保車型腐蝕防護(hù)性能的穩(wěn)定可靠。

　　6 結(jié)語

　　綜上所述，解決車身的腐蝕保護(hù)問題，可從位置區(qū)域劃分、金屬材料選擇、涂裝防腐、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證與優(yōu)化改善等多方面出發(fā)進(jìn)行綜合考慮與取舍，選用合理有效的防護(hù)技術(shù)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車身防腐的性能目標(biāo)。