汽車整車路試鍍鋅卡鉗生銹及鹽霧問題的解決方案

關鍵詞：整車路試；卡鉗生銹；中性鹽霧試驗；5M1E分析方法；電化學腐蝕；阻隔潮濕空氣

0引言

汽車整車路試指機動車制造廠商為檢測即將投產的新型車輛，而對樣車各項性能、技術參數進行全面的、不同環境及道路條件下的駕駛測試，其目的在于及時發現產品缺陷并加以改進，為產品的正式量產做準備[1]。考慮到新項目樣車在路試過程中因為沿海氣候環境問題出現鍍鋅卡鉗嚴重生銹的問題，沒有找到原因，嚴重影響此客戶在主機廠的正常產品交付。本文就整個事件的發生和問題的查找過程進行了回顧。

1問題描述

某路試車輛在試驗場進行LPT試驗時，發現4個車輪的制動卡鉗都出現銹蝕（圖1）。依據整車強化腐蝕試驗評價規范，問題制動卡鉗的腐蝕等級被判定為5級（即大面積腐蝕）。據調查，腐蝕的制動卡鉗為年初批次零件，之前的批次零件在其他車型上并未出現問題，所以該問題引起了筆者的高度重視。筆者將問題反饋給分供方，要求查找原因，隔離批次產品，并對目前卡鉗質量進行加嚴管控。分供方也從多方面查找原因，未發現異常。

為了盡快查找原因，相關制動卡鉗外協廠（以下簡稱外協廠）安排另外的此批次制動鉗單獨發至實驗室，開展中性鹽霧試驗（NSS）驗證。但在100多小時腐蝕后，表面出現紅銹問題（圖2）。

2原因分析與調查

筆者通過與相關外協廠以及基地相關項目PSS負責人溝通，了解到相關的細節。此類問題同制動卡鉗外協廠生產線操作人員的技術水平、卡鉗電鍍線體及周邊設備、材料、方法、測量系統和環境狀態等都有影響。筆者試著運用5M1E分析方法，對卡鉗生銹因素進行分析確認。5M1E是指引起產品質量波動的六大主要因素人、機、料、法、環、測的簡稱[2]。

2.1操作人員的技術水平

目前外協廠的相關技術人員工作年限基本在10年以上，實際操作水平達到技能的相關要求，工作經驗豐富，現場解決問題能力強，處理類似其他主機廠的電鍍零件目前未出現卡鉗生銹問題。因此，可以排除技術操作人員技能水平導致的卡鉗質量問題。

2.2電鍍線體及周邊設備

汽車制動卡鉗的電鍍鋅設備線體，由相關的除油、水洗、酸洗、電解除油、活化、預浸、電鍍酸鋅、出光、鈍化、水洗、封閉以及烘烤等工序槽位組成。調查發現，設備配置符合要求，有專業的設備操作規程。掛具維護和設備的定期維護都有專業的保養計劃，以及每天的日常點檢表。設備維護配備有專業的維修人員，有相應的維修經驗，對電鍍線的周邊設備，包括過濾機、循環泵、溶鋅槽、自動加藥系統、油水分離系統、冷卻系統和除碳酸鹽設備等非常精通。

依據電鍍過程控制計劃要求，每8h進行一次電鍍線關鍵工序檢查，因此檢查問題零件批次在電鍍線當班記錄，未發現相關異常記錄。鍍槽循環過濾機、碳酸鹽除雜系統、自動加藥系統、鈍化液PH在線檢測設備、烘箱和去氫設備等，都運行正常。故可排除電鍍線體及周邊設備導致的卡鉗質量問題。

2.3材料

對于電鍍鋅涉及的材料，一般指零件的材質，比如碳鋼；另外還涉及一些化學原材料，比如除油劑、鹽酸、鍍鋅藥水（等組分氯化鋅）、硼酸、氯化鉀、鍍鋅添加劑和光亮劑、出光劑硝酸、鈍化劑以及封閉劑等。這些材料都采購自業內知名廠家，有相應材料的合格報告，不存在相關問題。所以也可以排除材料對于卡鉗質量的影響。

2.4方法

外協廠對于電鍍卡鉗涉及的一些工藝，都有相應的文件和規章，包括電鍍鋅作業指導書、鍍鋅線藥液分析化驗操作規程以及前道來料件、后道電鍍件的檢驗作業指導書和判定依據等。此外，外協廠對于各工序的工藝參數，如溫度、時間、組分成分和濃度、鍍層要求厚度和外觀以及鹽霧等，都有嚴格的要求（圖3）。目前問題批次卡鉗都有相應的數據記錄，且符合要求。所以也排除方法對于卡鉗問題的影響。

2.5環境

電鍍卡鉗在整個生產過程中，包括原材料倉儲環境、電鍍過程的車間生產線環境以及電鍍后成品倉儲的環境及包裝，都經過了相應的檢測，未發現相關的問題。

但是針對目前出現的卡鉗生銹問題，出現問題是在外界特定環境，所以，外界環境的影響是個可變量，包括快遞運輸、包裝和地域氣候環境，以及運輸過程中一些物理化學狀態變化等，如磕碰劃傷或接觸化學氣體腐蝕等。這些都對卡鉗的質量有潛在影響，比如發生化學或電化學反應，出現鍍鋅層生銹問題。

2.6測量

2.6.1測量系統

電鍍卡鉗相應規程的測量，包括鍍層厚度、鹽霧試驗、外觀以及附著力等，都有相應的測量數據支撐。而且相應的測量設備每年都定期進行第三方或當地質監局的校驗，有相應的合格證。故排除測量系統導致卡鉗質量問題的影響。

2.6.2對路試問題卡鉗檢測

將路試的問題卡鉗拆解分析，對故障件分別進行厚度、外觀、元素和切面掃描檢測。

2.6.2.1厚度分析

檢測問題卡鉗外部鍍層的厚度，數據都在8～35μm，符合要求。

2.6.2.2外觀分析

通過外觀分析，從銹蝕區域分布可以很明顯地看出，銹蝕位置明顯呈流體狀態（圖4）。懷疑產品在使用過程中被不明液體污染，在自然狀態加速腐蝕的現象。

2.6.2.3元素分析

對銹蝕產品進行圖譜分析，發現Fe含量超標，鋅含量減少，圖3卡鉗電鍍酸鋅的工藝流程說明已經銹蝕到產品基材。對于其他批次同工藝鍍鋅卡鉗進行圖譜分析，對比結果顯示，Fe含量在正常范圍內（圖5）。

2.6.2.4金相分析

問題卡鉗拆解后，對產品銹蝕部分切片進行金相分析。切面在電子顯微鏡下放大200倍，觀察銹蝕區域可以發現，有些區域保留部分鍍鋅層，而有些區域已經腐蝕到零件基材（圖6）。銹蝕從外部向內通過縮松位置逐漸向基材延伸。

2.7包裝狀態分析

調查得知，卡鉗在運至第三方實驗室時是按照原有運輸的未包裝狀態，鉗體表面存在明顯摩擦痕跡（圖7），此狀態破壞了鍍層面。這說明問題卡鉗是因為未包裝運輸導致卡鉗表面產生磕碰摩擦劃傷，局部產生細微裂痕破壞鍍鋅層。這使鍍鋅層和鈍化封閉層的防腐性能下降，所以中性鹽霧試驗對卡鉗表面造成了腐蝕破壞。

3腐蝕機理分析

根據上述分析可知：整車路試中造成卡鉗生銹主要因素，為路試場所是沿海長時間高鹽霧、高低溫的潮濕環境，加速鍍鋅層表面的腐蝕；第三方實驗室對問題卡鉗做中性鹽霧試驗后造成的表面生銹，初步判定為快遞運輸過程中未采取適當表面防護包裝處理，導致卡鉗遇潮濕環境氣候發生表面化學腐蝕，及物理磕碰劃傷等導致。

3.1鍍鋅層在高鹽霧高低溫的海洋性環境腐蝕機理分析

在沿海沿江地區，周圍多是海洋性氣候，空氣中存在大量的氯化鈉、氯化鎂等鹽組分溶液。在富含氯離子的環境中，雖然卡鉗鍍鋅層是均勻腐蝕的，但是考慮到零件結構狀態，存在高低溫差導致的冷凝液積滴溶液的狀態。長時間浸在含氯的鹽水作用下，卡鉗局部會發生電化學腐蝕反應。導電的鹽溶液進入局部鍍鋅層，能腐蝕鍍鋅層和鈍化封閉層，進而腐蝕基材鐵層；同時鹽溶液中的氧也加速了鍍鋅層的腐蝕溶解。

這種腐蝕長時間作用下，局部電鍍鋅層腐蝕殆盡，然后就會腐蝕局部鐵基材，形成鐵氧化物，腐蝕面積也越來越大。所以最終卡鉗表面會呈現出大面積鐵基材生銹的狀態。陳敏娟等人在論文《鋅及鋅合金鍍層鹽霧試驗腐蝕形態研究》中也闡述了類似的鍍鋅層生銹的觀點[3]。

3.2鍍鋅層在高濕度以及受到磕碰劃傷后的腐蝕機理分析

在高濕度的大氣環境中，當鍍鋅層受到磕碰劃傷時，鍍層表面出現細微裂紋，所以導致鋅層和基材鐵層形成原電池。鋅層作為陽極，鐵層作為陰極，發生化學反應，鋅發生腐蝕溶解，生成鋅離子。經過一段時間后，鍍鋅層完全腐蝕后，就會逐漸露出鐵基材。對此，莫耀忠在《電鍍鋅層白色腐蝕現象的腐蝕機理》一文中也表明了相同的觀點。同時他還提出，高鹽霧環境的腐蝕相對理想環境下磕碰劃傷狀態的腐蝕要更加嚴重[4]。董梅等在《2006年全國軋鋼生產技術會議文集》中發表的論文《熱鍍鋅板腐蝕及鹽霧試驗研究》中，也提出過類似因為潮濕氣候導致的電鍍鋅件生銹的問題[5]。

4解決措施

綜合以上環境因素，特制定措施如表1所示。

4.1減少長時間高鹽霧高低溫環境暴露接觸時間

整車路試場地靠近沿海一側，氣候比較潮濕，晝夜溫差大。汽車長時間外露在此環境中，白天接觸高鹽霧環境，但是局部有一定的高溫，在夜晚溫度下降后，遇空氣中水分冷卻下來，形成局部冷凝液，對鍍鋅件局部腐蝕加劇，易生銹。因此通過減少白天路試時間，以及在晚上不露天放置，放置在密閉干燥的環境中，可以有效改善目前的問題。另外，盡量不要在下雨天長時間路測。至此，相關問題得到很好的改善。

此批問題所裝配車輛已在終端用戶中，經過售后調查，未出現卡鉗生銹問題。經分析，終端用戶車輛一般為車庫或露天狀態，而且很少長時間出現在高鹽霧、高低溫的沿海環境中行駛，故較少出現相關問題。所以判定，在高鹽霧、高低溫的環境長時間測試，也是導致該車制動卡鉗出現腐蝕問題的原因。

4.2通過特殊包裝防護防磕碰及受潮腐蝕

外協廠改進了制動卡鉗的包裝狀態，以阻隔水氣，確保零件干燥，并防止磕碰劃傷。具體措施為：卡鉗先裹上干燥的氣泡袋，外放干燥劑，最外層用聚丙烯（PP）塑料袋包裝；2個零件用紙箱包裝后，再用木箱固定包裝（圖8）。將改進包裝后的卡鉗再次發運到第三方實驗室，安排重新開展中性鹽霧試驗。試驗結果表明，試驗后卡鉗表面有小面積白銹，無紅銹，符合試驗要求（圖9）。

5結束語

在本次工藝研究的過程中，筆者所在團隊通過理論分析和工藝驗證提取要因，找到了汽車電鍍鋅卡鉗生銹的原因，包括路試后不良和運輸過程后中性鹽霧不良問題。該問題為其他類似質量問題的解決提供了參考。