文/郭靜 編輯

    隨著汽車行業的發展，汽車已經逐漸成為人們出行必不可少的交通工具，2012 年中國汽車產量1927.18萬輛，成為世界最大汽車生產國，帶動了上下游產業的發展。然而，汽車在服役過程中發生的腐蝕現象，給人們帶來了很大的安全隱患。調查表明，腐蝕損壞是汽車損壞中最為普遍和嚴重的現象，尤其是在沿海地區以及工業發達地區，腐蝕已經成為影響汽車使用壽命的主要原因，2013年汽車腐蝕造成的經濟損失達1700多億元。為了有效提高汽車的防腐性能，確保汽車在行駛過程中的安全，人們研究了許多汽車防腐蝕技術和汽車壽命評估技術。本文從汽車腐蝕形式出發，論述幾種汽車壽命評估試驗手段與汽車防腐蝕技術。

    汽車的腐蝕類型

    汽車金屬材料表面涂層脫落，基體裸露出來以后，由于空氣中存在的一些水蒸氣等腐蝕介質，使得在汽車金屬材料開始生銹，發生全面腐蝕。汽車腐蝕中另一最常見的破壞形態是局部腐蝕，它的特點是腐蝕僅局限于金屬的某一特定部位，包括點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等。這些腐蝕發生的原因有多種，有的由于汽車行駛的環境中存在腐蝕介質（鹽分和水蒸氣等），有的由于汽車不同材料間的搭接，存在縫隙，縫隙內外氧含量、離子濃度不同；有的因為存在著負載應力，應力與腐蝕相互促進；有的因為汽車上兩種或兩種以上不同金屬在導電介質中接觸，各自電極電位不同而構成腐蝕原電池；有的因為零件表面在摩擦過程中與周圍介質發生化學或電化學反應，尤其是當介質中存在氯離子等時，反應速率更快。當這些局部腐蝕擴展到一定程度后，會導致整個基體腐蝕，嚴重的甚至貫穿整個材料，導致材料脆化，斷裂等失效。

    汽車的腐蝕部位及其因素

    汽車在行駛的過程中，由于外界環境中濕氣、溫度、光照、酸堿度、砂石沖擊等因素的影響，并且不同的金屬零件所處局部環境的不同，受到的腐蝕因素不一樣，因而其腐蝕情況也有所不同。

    發動機部位

    汽車在行駛過程中，一方面由于發動機受到來自路面的積水、泥漿的傾入，并通過輪系甩到各個部位，造成發動機艙部件處于腐蝕介質中，泥漿等雜質長時間附著在零部件上，泥漿附著易使得鍍鋅板表面產生復雜的局部腐蝕，若泥漿中含有氯離子，腐蝕將加重。另一方面，雨天、下雪天等惡劣天氣時水蒸氣相對較多，發動機處濕度較大，水蒸氣與材料形成水膜， 發動機所處溫度較高，而溫度極易影響水膜的形成，同時也影響水膜處腐蝕氣體和污染物的溶解度，這將進一步影響發動機處水膜的電阻和腐蝕電池中陰極和陽極的氧化還原反應的進行，直接或間接的影響腐蝕速率。發動機一般不受到砂石和光照的影響，但其密封性不強，容易受潮濕環境的影響，因而考慮的主要是濕熱、鹽霧腐蝕的影響。

    底盤部位

    汽車底盤主要受到砂石的沖擊、濕熱、鹽霧、干濕交替的影響而造成破壞， 污垢容易藏于底盤處，嚴重時有泥漿，破壞更加明顯。由于底盤最接近路面，經常伴有泥漿的存在，泥漿附著在金屬表面構成了不同于大氣腐蝕、水介質腐蝕和土壤腐蝕的特殊體系，其腐蝕的過程是大氣腐蝕、水介質腐蝕和土壤腐蝕的三種體系的綜合腐蝕。在此腐蝕的過程中，由于砂石的沖擊和汽車的振動容易將銹層等腐蝕產物脫落，暴露出新的基體，這樣加速了新一輪過程的腐蝕，如此循環，底盤的金屬部分很快會出現生銹的現象，生銹之后銹層脫落，加速底盤損壞，并且不易補救。

    車身部位

    汽車車身相對離地面遠一些，受到的力學沖擊相對較少，車身面板腐蝕多表現為斑狀腐蝕，一開始涂層鼓泡脫落，隨后破裂生銹。若車身鋼板搭接不良，使泥沙、鹽水和灰塵等在此堆積，則易產生縫隙腐蝕。車身金屬主要受到濕熱、鹽霧腐蝕的影響，在雨天以及涉水路況時，汽車車身可能會有鹽霧腐蝕。汽車車身受到的強烈的太陽光輻照，雖然光照對金屬的影響不大，但對車漆有較大的影響，主要考慮到紫外光照引起的老化。另外，如果汽車折疊焊接處涂層不完整，密封不嚴，容易使水、氣極易進入，故常有自內向外的穿透腐蝕發生。

    車身內外飾

    車的內外有很多縫隙之處，容易存在灰塵，雨水，泥土等的堆積，這些堆積物的存在，不僅影響美觀，也易造成縫隙腐蝕。

    駕駛室部位

    駕駛室的條件相對較好一些，主要是受濕熱的影響，另外，人們帶入的雜物、污泥的影響會導致腐蝕。

    汽車腐蝕試驗方法

    汽車腐蝕試驗是汽車及其材料或零部件的耐蝕性能和使用壽命的評價方法，國外目前采用的汽車腐蝕試驗項目大致有： 戶外自然暴露試驗、整車道路強化腐蝕試驗和室內加速腐蝕試驗。

    戶外自然暴露試驗

    戶外整車或零部件暴露試驗，包括整車或零部件在工業大氣、海洋氣候和熱帶濕熱氣候等條件下的靜止暴露試驗。自然環境下的暴露試驗的優點是較能反映現場實際情況，所得到的數據直觀、可靠，可以獲得戶外自然環境下材料的腐蝕特征和規律，可以用來評估試驗環境下材料的使用壽命，為合理選材、有效設計和產品防護標準提供依據。但是大氣腐蝕暴露試驗存在試驗周期長、區域性強的問題，不利于快速進行材料耐蝕性能的評價。

    整車道路強化腐蝕試驗

    整車道路強化腐蝕試驗是綜合考慮整車的實際情況的試驗，在試驗場內進行碎石路行駛、鹽水路行駛、鹽霧噴射、溫濕環境艙停放等，通過模擬真實的道路情況進行試驗，腐蝕情況根據汽車的腐蝕程度進行評級，通過整車道路強化腐蝕試驗評價汽車產品在結構設計、材料選用和防護工藝等方面的性能。汽車整車道路腐蝕試驗腐蝕評級基準表如表1。汽車整車在典型環境下大氣暴露試驗表明，汽車整車道路腐蝕試驗，能有效的模擬真實大氣環境中的太陽輻射、沙塵暴、溫度濕度、腐蝕介質變化等因素，整車外觀、內外飾材料的腐蝕老化特征具有明顯差異。

    室內加速腐蝕試驗

    室內加速腐蝕試驗是在室內對汽車零部件和整車進行的腐蝕加速試驗，包括按ISO、IEC、ASTM、JIS和DIN等有關標準進行的鹽霧試驗，中性鹽霧試驗（NSS）是目前應用非常廣泛的，雖然NSS與實際的自然環境腐蝕的相關性較低，但其仍是被汽車行業普遍認可的腐蝕基礎試驗。最初鹽霧試驗的目的是用來鑒定各種電鍍層的質量和保護性能，現在這種試驗已經擴展到有機涂層、防銹油脂、金屬材料、甚至元件和完全裝配好的設備，應用非常廣泛。

    通過中性鹽霧試驗加恒定濕熱條件（潮濕環境的滲透、溫度的控制）使鹽霧腐蝕不但發生在表面，也發生在產品內部，這樣，可模擬海洋環境對汽車的耐蝕性能。鹽霧試驗過后，對材料的破壞程度進行劃分等級，分為非常輕度、輕度、中度、重度四個等級，通過鹽霧試驗結果與零部件實際腐蝕情況進行分析，制定零件鹽霧腐蝕評價等級標準。

    雖然鹽霧試驗具有很好的加速性，但其無法模擬干濕交替的情況，無法模擬高溫干燥，高溫高濕以及沙塵路況等情況， 與實際使用環境腐蝕的相關性較低。因此，近些年來，越來越多的汽車整車廠采用新的循環腐蝕試驗取代原有的中性鹽霧試驗。循環腐蝕試驗（CCT）是在恒定鹽霧試驗基礎上引入了高溫、濕度；低溫、干燥等參量，部分標準中還加入了紫外、氙燈等老化因素，盡可能考慮自然環境中的各種環境因素，旨在提高試驗結果與自然環境腐蝕的相關性。

    環境譜腐蝕試驗

    發動機、底盤、車身和駕駛室等不同部位的腐蝕環境不同，對此制定相對應的典型零部件腐蝕環境譜加速試驗方法， 進而建立與整車腐蝕試驗相對應的典型零部件加速腐蝕試驗方法，以及建立與整車腐蝕試驗典型零部件等效的腐蝕等級關聯性。

    一方面，對汽車發動機、底盤、車身、電氣設備及內飾等不同材料的零部件在服役環境中的主要腐蝕影響因素及作用情況進行分析，得到實際服役過程中出現的腐蝕損傷形式及特征，通過合理的準則和方法建立新加速試驗環境譜與標準試驗條件，明確不同環境條件下的加速影響因素，通過對比試驗建立能夠大大縮短標準試驗條件下腐蝕歷程的時間，以達到對汽車腐蝕性能快速評價的目的。

    另一方面，進行汽車的整車試驗， 建立整車與零部件之間腐蝕失效關系，確定兩者的加速倍率，實現可通過汽車零部件的腐蝕情況預測整車腐蝕行為，進而可由零部件在腐蝕介質中的壽命來預測整車使用壽命，大大簡化整車使用壽命測試流程。

    通過室內靜態鹽霧試驗，周期浸潤試驗，高低溫濕熱試驗，砂塵試驗，高分子老化試驗，對具體的零部件進行模擬，充分進行腐蝕性能驗證，具體的零部件建立具體的環境譜試驗，這樣，最終和整車試驗的具體零部件進行對比，分析其腐蝕倍數及腐蝕規律。

    環境腐蝕的主要模塊有：

    （1）砂塵試驗

    砂塵試驗主要針對的是汽車在行駛過程中，砂石對汽車表面金屬沖擊造成的腐蝕。當汽車發生腐蝕后，有些腐蝕產物可以有效保護基體的進一步腐蝕，然而由于砂石的撞擊，將腐蝕產物沖掉，這樣，加速了新的腐蝕，尤其是汽車底盤及車輪附近。汽車擋泥板等易受砂石沖擊處的金屬部位，在沖擊后，腐蝕情況將更加嚴重， 腐蝕與砂石的沖擊反復循環，將基體形成嚴重的穿孔，砂塵試驗可以和鹽霧試驗和周浸試驗有機結合起來，模擬汽車的實際腐蝕，對于砂塵試驗模擬路況，目前國內外研究較少，有待于進一步的研究。

    （2）高低溫濕熱試驗

    模擬汽車不同溫度不同濕度下的腐蝕，由于世界各國氣候差異較大，汽車所處的環境不一樣，而溫度，濕度也是影響汽車腐蝕的一個關鍵因素。研究不同溫度不同濕度對汽車的腐蝕，通過對鍍鋅鋼板在加速試驗下的腐蝕情況和實際腐蝕情況進行對比，發現相同溫度下不同濕度對汽車的腐蝕有很大的影響。目前廣泛使用濕熱試驗作為室內大氣腐蝕加速試驗，這對模擬濕熱地區的大氣腐蝕具有一定的適用性。濕熱試驗方法分為恒定濕熱試驗和交變濕熱試驗兩種。在此基礎上還可通入腐蝕性氣體（SO2，H2S，CO2等），模擬化工氣體進行腐蝕試驗。

    （3）周期浸潤試驗

    干濕周浸循環試驗具有濕潤和干燥的循環過程，能夠較好的反映大氣腐蝕的特點和模擬材料在自然環境中的實際條件，是一種確定金屬在鹽溶液中，無外加應力下耐蝕性的方法，周浸試驗有效模擬雨天、下雪天、泥漿、雨水等間斷性附著在汽車表面，在周浸試驗過程時，樣品由濕變干的過程中由于其表面與氧氣接觸充分，直接加速了腐蝕反應，有效模擬了一些干濕交替的環境。因此，利用周浸試驗模擬汽車干濕交替的過程是十分有意義的，用周浸試驗模擬汽車在涉水路段，雨天，雪天的腐蝕情況，可有效的分析汽車腐蝕的規律。

    （4）氙燈/紫外老化試驗

    對于高分子材料考察其暴露于日光、冷熱、風雨等氣候條件下的耐久性，室內采用人工氣候老化試驗，通常采用的是氙燈/紫外老化試驗，通過模擬光能、溫度、降水或凝露、濕度等氣候因素進行強化試驗，通過氙燈或紫外熒光燈照射模擬日光的紫外照射，周期性地向試樣噴灑水、鹽溶液來模擬降水及鹽粒子的作用。

    可以針對整車腐蝕試驗過程中所涉及的發動機、底盤、車身和駕駛室等不同部位腐蝕環境，明確不同部位環境譜模塊。

    （1）發動機部位：在整車腐蝕試驗過程中，不受到砂石和光照的影響，由于密封性不強，需考慮濕熱、鹽霧腐蝕試驗模塊的影響。確定該部位零部件環境譜腐蝕試驗：濕熱+鹽霧；

    （2）底盤部位：在整車腐蝕試驗過程中，會受到砂石沖擊破壞、濕熱、鹽霧腐蝕的影響，同時鹽水浸泡的干濕交替腐蝕影響明顯，可忽略光照的影響。確定該部位零部件環境譜腐蝕試驗：砂塵+濕熱+周浸+鹽霧；

    （3）車身部位：在整車腐蝕試驗過程中，會受到濕熱、鹽霧腐蝕的影響，同時油漆表面車身必須考慮光照的影響。確定該部位零部件環境譜腐蝕試驗：濕熱+紫外（或氙燈）+鹽霧；

    （4）駕駛室部位：在整車腐蝕試驗過程中，駕駛室相對密封條件較好，受到濕熱影響，但相對而言鹽霧腐蝕的影響較小，可不考慮光照的影響。確定該部位零部件環境譜腐蝕試驗：濕熱+鹽霧。

    氣體腐蝕試驗

    針對汽車車身上的鋼合金、無機覆蓋層、油漆涂層等零件，根據汽車經常處于氣體環境工作的零件進行檢測，例如汽車尾氣處，SO2，CO2等氣體較多，遇水蒸氣易結合為污染雜質，通過氣體腐蝕試驗， 可以檢測其耐酸性氣體等的腐蝕性能，酸性氣體如SO2，CO2，NO2等溶解在金屬表面的水膜處，形成酸性溶液或鹽類來加速金屬的腐蝕。氣體腐蝕試驗對于模擬酸雨嚴重、情況復雜的氣候地區有一定的實際意義。

    汽車的防腐措施

    汽車設計引入防護概念

    汽車的防腐蝕，最理想的方案是避免腐蝕介質的出現，在汽車的結構上，盡量避免雜質等的堆積，避免積水，灰塵的匯集，防止泥沙積存滯留。同時也要避免比較尖銳的邊緣出現，因為涂層在這些部位難以取得良好的覆蓋效果，受沖擊后，漆膜容易脫落，使基體產生腐蝕。

    材料的選擇

    汽車絕大多數材料是鋼鐵材料，采用單面或雙面鍍鋅板，鋅在腐蝕環境中可以起到保護基體的作用，并在表面形成耐腐蝕性良好的薄膜，經鍍鋅之后的鋼材，使用壽命大大延長。研究表明，鍍鋅板的鍍層具有良好的阻止大氣腐蝕的性能，一是因為發生微小的腐蝕后形成一層薄且致密的腐蝕產物， 該層腐蝕產物隔開大氣與鋅板的接觸，二是由于鍍鋅板的標準電位負于鋼鐵基體，對基體起到犧牲陽極的電化學保護作用，有效保護基體，防止其腐蝕。

    隨著各種新型耐蝕材料的開發及其應用，針對汽車上不同的部位所受到的腐蝕因素采用不同的耐腐蝕材料，可有效增加汽車整體的防腐蝕性能，例如利用納米粉體材料具有較強紫外光反射的特性，將納米粉體按一定比例加入到涂料中，可以有效地遮蔽紫外線，免受紫外光過渡損害。減少異種金屬間的接觸可避免異種金屬產生電偶腐蝕。在不同裝備金屬板帶或零部件上涂鍍一層帶有一定性能的涂鍍層， 不僅使金屬基體與環境隔離，而且可獲得人們預期的與基體完全不同的全新性能。特別是一些陽極性鍍層，除了阻隔作用之外，還有犧牲陽極的保護作用。當這種鍍層材料處于腐蝕環境下，腐蝕優先發生在陽極鍍層，對基體金屬起到電化學保護作用，從而延其使用壽命。

    表面的處理

    汽車的表面處理技術主要是阻礙金屬基體與外界腐蝕介質的接觸，絕大多數金屬腐蝕發生的開始部位都在金屬與環境介質的接觸界面。

    1963年美國Diamond ShamrpCorp USA 公司為了解決冬季汽車行駛過程中汽車底盤零件因接觸含鹽分的雨雪而發生銹蝕， 威脅車輛運行安全而發明了一種金屬表面防護技術-達克羅涂層技術，這項技術通過在金屬的表面涂覆一層鋅鉻膜，通過鋅鉻膜阻礙金屬與外界腐蝕介質接觸。

    汽車的一些死角處空氣不流通，容易堆積水分雜質等，使用汽車防銹蠟，能有效的把污染物與汽車基體隔離開來，防止潮濕的雜質與金屬基體接觸，從而有效避免腐蝕。

    目前大多數汽車企業采用涂裝技術對汽車的表面進行改性，涂裝技術主要運用在汽車的外表，分為三個步驟：第一步是通過物理和化學方法進行預處理；第二步是通過電泳沉積、噴涂、靜電噴涂或靜電粉末噴涂手段讓各類有機涂料涂覆于汽車基材表面；第三步是有機涂層加熱固化， 使其牢固地附著于汽車外表，并且呈現出絢麗多彩的外觀。

    陰極保護技術

    車身碳鋼板是汽車比較容易腐蝕的部分，而這部分的腐蝕主要是吸氧腐蝕，受損的裸露鋼材表面腐蝕成陽極，為了減少和避免腐蝕的發生，車身外部主要采用磷化、面漆、陰極電泳涂裝，車身內部主要采用電泳漆。

    日常維護保養

    汽車的日常維護是汽車防腐蝕的一個關鍵措施，避免長時間暴曬及雨淋汽車， 及時清理汽車的雜質。