車用緩沖塊安裝區(qū)域的腐蝕行為及電阻率影響

李 寬

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

0 引言

橡膠緩沖塊是轎車前后蓋必不可少的安裝件，緩沖塊在鈑金安裝孔區(qū)域生銹是用戶抱怨投訴較多的問題之一。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中國汽車市場上的大多數(shù)品牌車型，在使用數(shù)年后緩沖塊安裝孔區(qū)域均存在不同程度的生銹現(xiàn)象，如圖1所示。目前國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)緩沖塊對鈑金腐蝕影響的相關(guān)研究，本文主要討論了本公司前蓋橡膠緩沖塊區(qū)域腐蝕的情況以及產(chǎn)生原因，并通過逐步優(yōu)化和試驗驗證等方法，解決了緩沖塊鈑金安裝孔區(qū)域腐蝕的問題，并得出了橡膠類產(chǎn)品的電阻率對鈑金腐蝕有重要影響的結(jié)論。

圖1 緩沖塊區(qū)域鈑金腐蝕

1 前蓋緩沖塊安裝孔區(qū)域腐蝕原因的初步分析

導(dǎo)致鈑金生銹的原因有環(huán)境因素和零件自身因素。對于前蓋緩沖塊區(qū)域鈑金生銹，我們從鈑金結(jié)構(gòu)、制造工藝過程等方面進行了分析。

1.1 前蓋緩沖塊安裝孔區(qū)域的腐蝕因素

1.1.1 鈑金結(jié)構(gòu)因素

如圖2所示，緩沖塊與前蓋內(nèi)板鈑金孔的旋轉(zhuǎn)卡入方式?jīng)Q定了安裝孔的結(jié)構(gòu)不能是翻邊孔，只能是平?jīng)_孔，如圖3所示，這個平?jīng)_孔更容易在切邊處腐蝕。

圖2 緩沖塊與內(nèi)板安裝結(jié)構(gòu)

圖3 緩沖塊安裝孔結(jié)構(gòu)

前蓋屬于濕區(qū)，設(shè)計狀態(tài)緩沖塊安裝點預(yù)留排水孔半徑為12mm如圖4（a）所示，緩沖塊旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的外輪廓直徑為22mm如圖4（b）所示；緩沖塊安裝后，剩余排水孔為1mm間隙如圖4（c）所示；當(dāng)緩沖塊調(diào)整到極限位置時，緩沖塊會完全遮蓋流水孔，造成排水不暢；同時緩沖塊這種倒傘狀結(jié)構(gòu)如圖4（c）所示，緩沖塊安裝后更容易積水，從而使鈑金切邊容易腐蝕。

圖4 緩沖塊結(jié)構(gòu)

1.1.2 制造工藝性因素

1.1.2.1 沖壓的固有缺陷

前蓋內(nèi)板通常是沖壓成型，切邊處無鍍鋅層防護，同時沖孔的切邊常會存在毛刺[1-3]，導(dǎo)致孔切邊處電泳和油漆效果不理想，很難達到標(biāo)準(zhǔn)的膜厚要求，這降低了鈑金緩沖塊區(qū)域的抗腐蝕能力，為鈑金的腐蝕留下隱患。

1.1.2.2 油漆工藝性

車身在油漆車間進行電泳，油漆時，為了讓電泳液更方便的浸入前蓋空腔，以及在油漆噴涂，溫度烘烤時，前蓋需要打開一定角度。操作工通常用撐桿卡在緩沖塊安裝孔上如圖5所示，白車身出油漆車間時再取下，這種操作方式使安裝孔處漆膜容易缺失或損傷油漆層，影響了緩沖塊安裝點處的抗腐蝕能力。

圖5 撐桿卡在緩沖塊安裝孔

1.2 前蓋緩沖塊安裝孔區(qū)域防腐蝕優(yōu)化

1.2.1 緩沖塊及安裝孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

針對緩沖塊區(qū)域排水孔間隙過小問題，排水不暢，以及緩沖塊容易兜水問題，擴大鈑金處的開孔如圖6（a）所示；更換尺寸更小的緩沖塊如圖6（b）所示，確保緩沖塊安裝后保留5mm間隙的排水孔如圖6（c）所示。

圖6 優(yōu)化后的緩沖塊

1.2.2 工藝優(yōu)化措施

（1）電泳前去除緩沖塊安裝孔切邊毛刺；

（2）增加撐桿工藝孔，嚴(yán)禁使用緩沖塊安裝孔作為工藝撐桿孔，如圖7所示；

（3）為更好地保護緩沖塊處的鈑金，緩沖塊在安裝到內(nèi)板前緩沖塊端部刷防腐蠟[4-6]，如圖8所示，通過蠟?zāi)じ艚^水汽，從而提高鈑金的抗腐蝕能力。

圖7 新增撐桿孔

圖8 緩沖塊和鈑金刷蠟

1.2.3 優(yōu)化后試驗結(jié)果

通過上述方案優(yōu)化后，試驗結(jié)果如圖9所示，從圖中可以看出緩沖塊安裝孔處油漆起泡，局部油漆脫落，鈑金腐蝕出現(xiàn)紅銹，均比優(yōu)化前有改善。由此可見，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、工藝、增加刷蠟等措施，可以改善緩沖塊處鈑金腐蝕程度，但無法徹底避免鈑金腐蝕。

圖9 優(yōu)化后腐蝕試驗結(jié)果

2 緩沖塊材料及其電阻率的分析

由上述分析可知，緩沖塊的安裝結(jié)構(gòu)及工藝等因素不是影響安裝區(qū)域腐蝕的主要原因，通過結(jié)構(gòu)和制造工藝的優(yōu)化無法完全避免緩沖塊安裝孔處的腐蝕。由此推測，鈑金的腐蝕可能和緩沖塊的材料有關(guān)，緩沖塊與安裝孔處的接觸腐蝕很可能是一種電化學(xué)腐蝕[7-9]。

2.1 電化學(xué)腐蝕原理及電阻率概述

2.1.1 電化學(xué)腐蝕原理

電化學(xué)腐蝕是指金屬與環(huán)境的相互作用是電化學(xué)反應(yīng)。在反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生，腐蝕金屬表面上存在著陰極和陽極，由陰陽極組成腐蝕電池[10]。金屬材料在潮濕的大氣、海洋、土壤等自然環(huán)境以及酸、堿、鹽溶液和水介質(zhì)中的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。

2.1.2 電阻率概述

電阻率是表示物質(zhì)電阻特性的物理量。在溫度一定情況下，材料的電阻率為[11,12]。其中R為電阻；h為材料的長度（或高度）；S為橫截面積。影響電阻率的因素主要有材料、溫度、壓力和磁場等。

2.2 緩沖塊材料分析

緩沖塊一般為橡膠材質(zhì)，其主要成分是原膠EPDM（三元乙丙橡膠）[13,14]，非極性材料，幾乎是絕緣材料；但橡膠中通常含有炭黑[15-17]、石蠟基油（含硫元素）、氧化鋅，氧化鎂，碳酸鈣，硅酸鹽等無機填料[18,19]等，其均是導(dǎo)電性物質(zhì)，這導(dǎo)致橡膠與鈑金接觸時會產(chǎn)生電位差，在潮濕的大氣、鹽霧等環(huán)境中，橡膠緩沖塊與其安裝孔區(qū)域存在電解液，這滿足了電化學(xué)腐蝕電位差、接觸、電解液的三個必要條件；因此橡膠緩沖塊與鈑金產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

橡膠材料中的金屬及金屬離子、硫含量、極性基團、含水雜質(zhì)等是直接影響緩沖塊電阻率的較大因素。我們可將橡膠中導(dǎo)電性物質(zhì)對安裝孔區(qū)域的電化學(xué)腐蝕影響，通過緩沖塊電阻率來評價。

比較不同品牌車型，我們發(fā)現(xiàn)，某品牌車型在使用多年后前蓋緩沖塊處鈑金未發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。其內(nèi)板緩沖塊安裝結(jié)構(gòu)相似、內(nèi)板材料相同，緩沖塊均為橡膠材質(zhì)；不同點在于，通過數(shù)字萬用表（型號 Megger HIT 320-2）間接測量并計算出其電阻率很高，達到了1010Ω·cm以上；而安裝孔處發(fā)生銹蝕的車型，所用的緩沖塊電阻率很低，僅有102～105Ω·cm。由此可以推測，緩沖塊處鈑金腐蝕和緩沖塊電阻率有關(guān)。

2.3 緩沖塊電阻率對鈑金腐蝕影響試驗

根據(jù)之前分析鈑金的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝不是導(dǎo)致腐蝕的主要因素，而緩沖塊的電阻率有可能是鈑金孔區(qū)域腐蝕的重要因素，因此針對不同電阻率的緩沖塊對安裝孔區(qū)域腐蝕影響進行鹽霧試驗[20-22]分析。靜態(tài)腐蝕模擬試驗綜合考慮了鹽霧濃度、溫度交變、氣壓、試驗周期等因素，它可以模擬整車條件下6年的實際使用工況。在本次研究中，我們借用此試驗條件。

2.3.1 試驗材料和設(shè)備

2.3.1.1 試驗材料

（1）選擇品牌一、品牌二、品牌三的三個品牌，品牌一和二分別一款車型，品牌三的A、B、C三款車型，共五組緩沖塊作為試驗對象，材質(zhì)為EPDM；

（2）前蓋內(nèi)板多套，材料：VW50065-CR3GI40/40-U-O，漆膜總厚度90um。

2.3.1.2 試驗設(shè)備

（1）數(shù)顯式萬用表：（a*）德國 Metra HIT和（b*）美國Megger HIT 320-2；

（2）數(shù)顯式游標(biāo)卡尺；

（3）靜態(tài)鹽霧腐蝕試驗箱：德國K?hler HKT1000（如圖10所示）。

用萬用表測量出緩沖塊的電阻R、游標(biāo)卡尺測出緩沖塊的直徑d以及緩沖塊高度h，計算出緩沖塊橫截面積S，根據(jù)公式分別計算出五組緩沖塊的電阻率ρ。各組測量結(jié)果以及計算出的緩沖塊電阻率如表1所示。

圖10 靜態(tài)鹽霧腐蝕試驗箱

表1 測量結(jié)果以及電阻率值

2.3.2 試驗工況

為更好的模擬實際使用中的盡可能出現(xiàn)的工況，腐蝕試驗采用循環(huán)交變的方式，在圖6所示的試驗箱中通過應(yīng)用程序控制模擬不同的氣候；總共進行60個鹽霧交變循環(huán)周期。一個實驗循環(huán)周期共24h，其中包括4h的中性鹽霧實驗，4h的標(biāo)準(zhǔn)氣候存放以及16h的濕熱交變存放。每5個循環(huán)周期后在標(biāo)準(zhǔn)氣候下存放2d，完整的腐蝕試驗需要花費12w。具體試驗要求如表2所示。

表2 試驗工況

在試驗過程中，前蓋內(nèi)板向上傾斜且考察區(qū)域朝上放置，避免考察區(qū)域表面出現(xiàn)積液的情況。各前蓋內(nèi)板之間的距離需確保鹽霧能自由沉降在所有內(nèi)板上，且內(nèi)板表面的鹽水溶液不應(yīng)滴落在其他任何零件上。內(nèi)板彼此互不接觸，也不得和其他金屬或吸水的材料接觸。內(nèi)板的支架材料采用惰性的非金屬。

表3 靜態(tài)腐蝕試驗結(jié)果

2.3.3 試驗結(jié)果

60循環(huán)靜態(tài)腐蝕強化模擬試驗后，檢查記錄各組試驗腐蝕結(jié)果，如表3所示，品牌三的車型出現(xiàn)不同程度的腐蝕，鈑金均出現(xiàn)紅銹，緩沖塊上存在銹水；而品牌一的車型和品牌二的車型試驗后鈑金沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

從試驗結(jié)果可以看出，品牌三的車型緩沖塊電阻率小于（包含）105Ω·cm時，緩沖塊鈑金區(qū)域均出現(xiàn)不同程度的腐蝕；品牌一的車型以及品牌二的車型未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

為了研究緩沖塊電阻率對鈑金腐蝕影響的臨界點，又分別對電阻率為1010Ω·cm、109Ω·cm、108Ω·cm、107Ω·cm、106Ω·cm級的緩沖塊進行相同的腐蝕試驗，最終測得臨界點為1010Ω·cm，其變化趨勢如圖11所示。

圖11 電阻率與腐蝕程度趨勢

由以上試驗可得出，緩沖塊電阻率越高，鈑金的接觸腐蝕風(fēng)險越小，當(dāng)緩沖塊電阻率達1010Ω·cm級別時，在試驗周期內(nèi)，鈑金無腐蝕現(xiàn)象。

3 結(jié)語

本文通過靜態(tài)腐蝕模擬試驗驗證了鈑金結(jié)構(gòu)以及制造工藝等，不是導(dǎo)致鈑金安裝孔區(qū)域生銹的根本原因，緩沖塊材料本身的電阻率才是影響鈑金生銹的根源。緩沖塊電阻率越低對鈑金的接觸腐蝕影響越嚴(yán)重。本文的研究成果解決了轎車前蓋緩沖塊安裝孔區(qū)域鈑金生銹的問題，提升了汽車的防腐及外觀品質(zhì)，減少了客戶的投訴，提升了車企及其車型的品牌價值和競爭力；為類似橡膠件與金屬板材的接觸腐蝕提供了新的解決思路，也為橡膠件在電化學(xué)腐蝕領(lǐng)域的研究拓展帶來積極意義。