電泳和噴塑汽車零部件在5個自然環(huán)境試驗站中的腐蝕試驗結果

在江津、拉薩、漠河、敦煌和萬寧這5個環(huán)境試驗站對用電泳工藝處理的穩(wěn)定桿、轉向節(jié)和副車架，以及用噴塑工藝處理的雨刮臂開展了周期一年的自然腐蝕試驗。在戶外暴露試驗中，電泳涂層在各個試驗站均出現(xiàn)了不同程度的粉化，甚至有銹點，但在戶外遮蔽試驗中，僅僅在萬寧和江津兩站，焊縫等薄弱處的電泳涂層出現(xiàn)輕微的腐蝕。

而噴塑涂層在戶外暴露試驗中，僅在拉薩和萬寧站出現(xiàn)了輕微變色、失光和粉化現(xiàn)象。在戶外暴露條件下，電泳涂層的耐候性較差，但在遮蔽條件下具有較好的防腐性能，可廣泛應用于非外露的汽車金屬零部件，如底盤系統(tǒng)。而噴塑工藝的耐候性和耐蝕性良好，可廣泛應用在車身外露零部件。

一般來說，除交通意外事故或部分零部件磨損外，腐蝕是使汽車損壞報廢常見的重要原因，不僅直接影響汽車的質(zhì)量和使用壽命，而且污染環(huán)境，甚至會導致交通事故，給社會和經(jīng)濟帶來巨大損失。市場競爭日益激烈，隨著消費者質(zhì)量意識的不斷提高，銹蝕問題成為影響汽車企業(yè)形象、產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)成本、市場表現(xiàn)及用戶感受的突出因素。

陰極電泳工藝自20世紀70年代研制成功后，以其涂料的高泳透率、涂層優(yōu)良的耐腐蝕性，得到廣泛認可，并替代原先的陽極電泳工藝，在汽車工業(yè)中獲得大力推廣和應用。20世紀80年代，噴塑工藝作為后起之秀，迅速被廣泛應用在汽車零部件上。以上兩種工藝是目前汽車金屬零部件應用最廣泛的表面防腐方法，其特點是經(jīng)濟、環(huán)保、耐蝕性強(耐鹽霧時間達到1000 h以上)等。

造成汽車腐蝕的原因復雜多變，最主要的是汽車所處的自然環(huán)境，包括太陽輻射、年平均溫度、年平均濕度、年降雨量等因素。我國已在北京、青島、武漢、廣州、江津、瓊海、萬寧、拉薩、敦煌等地建立了多個試驗點，用來研究鋼的大氣腐蝕行為。本文在江津、拉薩、漠河、敦煌和萬寧這5個試驗點開展了電泳和噴塑汽車零部件的腐蝕試驗，評價了它們在自然條件下的適應性和可靠性，積累2種工藝制得的零部件在我國典型自然環(huán)境中的耐蝕性數(shù)據(jù)，為其防腐工藝設計提供依據(jù)。

1、實驗

1. 1 試驗設計

表1列出了5個典型自然環(huán)境試驗站的環(huán)境條件。穩(wěn)定桿、轉向節(jié)和副車架這3種試樣采用電泳工藝，雨刮臂則噴塑，每個試驗站的樣件數(shù)量為3個。根據(jù)零部件的實際使用情況，將進行戶外暴露試驗或戶外遮蔽試驗。

1. 1. 1 戶外暴露試驗

穩(wěn)定桿、轉向節(jié)和雨刮臂進行戶外暴露試驗。用導線和塑料墊片將樣件固定在試驗架上，如圖1所示。樣件不能接觸試驗架的金屬部分，也不能相互接觸，以保證其腐蝕不受其他金屬的影響。

1. 1. 2 戶外遮蔽試驗

副車架進行戶外遮蔽試驗。將其水平放置于距離地面約20cm的4個支柱上，同時利用支架或支撐桿將包裝木箱反扣，木箱頂部距離地面約70cm，再采用2m×2m的防雨篷布進行遮蓋(篷布下端距離地面高度約20cm，與汽車底盤放置高度相當)，并固定篷布底部以防滑落，如圖2所示。樣件四周通風，偶爾能接觸雨水和日照。

1. 2 檢測方法

自然環(huán)境試驗條件滿足GB/T 9276–1996《涂層自然氣候曝露試驗方法》，試驗總時間為1年。

按GB/T 1766–2008《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》檢查漆膜的外觀。

采用日本電子株式會社的JSM-6700F型掃描電鏡(SEM)觀察漆膜表面的微觀形貌。

2、結果與討論

2. 1 4種零件的戶外腐蝕試驗結果

2. 1. 1 穩(wěn)定桿

穩(wěn)定桿在各個試驗站腐蝕試驗后的外觀變化如表2所述，有關照片見圖3?？梢娖浔砻娴碾娪酒崮ぶ饕憩F(xiàn)為粉化、失光和變色，未發(fā)現(xiàn)銹蝕。老化程度：萬寧 ＞ 拉薩、敦煌 ＞ 漠河 ＞ 江津。分析各個試驗站的環(huán)境因素后認為，溫度、濕度和太陽輻射強度是使穩(wěn)定桿表面電泳漆發(fā)生老化的主要因素。

2. 1. 2 轉向節(jié)

轉向節(jié)在各個試驗站腐蝕試驗后的外觀變化如表3所述，照片見圖4。轉向節(jié)表面的電泳漆主要表現(xiàn)為失光和粉化的老化現(xiàn)象。

轉向節(jié)與穩(wěn)定桿均采用電泳漆防腐，老化原因相同，外觀變化規(guī)律相似，但暴露相同時間后的老化程度有一定的差別，且在江津、漠河和萬寧三站試驗轉向節(jié)上的漆膜出現(xiàn)了少量的銹點，這主要是零部件的材質(zhì)、形狀和環(huán)境試驗站的環(huán)境因素所致。

轉向節(jié)的材質(zhì)為鑄鐵，表面粗糙，存在大量的砂眼、氣孔等鑄造缺陷，導致其表面漆膜的耐蝕性較穩(wěn)定桿的漆膜明顯下降，而江津、漠河和萬寧這3個環(huán)境站的平均濕度和降水量較大，且雨水偏酸性，隨著暴露時間延長，轉向節(jié)的邊緣處、軸承安裝處、棱角處等薄弱部位就會發(fā)生腐蝕。此外，轉向節(jié)的形狀較穩(wěn)定桿復雜，在自然暴露過程中，腐蝕介質(zhì)、水分等更易在其表面滯留，加劇其腐蝕和老化。

2. 1. 3 副車架

副車架在各個試驗站腐蝕試驗后的外觀變化如表4所述，照片見圖5。在戶外遮蔽條件下，副車架表面的電泳漆在拉薩、漠河和敦煌站無明顯變化，但在萬寧和江津站，6個月時便在焊縫、邊緣等薄弱處出現(xiàn)輕微的腐蝕。平均溫度較高，平均濕度和降水量較大，以及雨水偏酸性是導致副車架在萬寧和江津兩站出現(xiàn)輕微腐蝕的主要原因。副車架電泳時存在的銳邊效應導致焊縫、邊緣處的電泳漆膜較薄，同時這些地方會殘留焊縫氧化皮、焊渣、毛刺和毛邊，這兩個因素共同導致了副車架的焊縫、邊緣處易發(fā)生腐蝕。

綜上所述，電泳工藝具有優(yōu)異的防腐性能。不管是在戶外暴露條件下，還是在戶外遮蔽條件下，電泳零部件表面均未出現(xiàn)明顯的銹蝕現(xiàn)象。基于這一特性，目前各主機廠的大部分汽車金屬零部件，如穩(wěn)定桿、轉向節(jié)、擺臂、拉桿、副車架、發(fā)動機托架、后軸、減震器、各類支架等大多采用電泳工藝。但是，由于存在銳邊效應，在焊縫、邊緣等處的電泳漆膜較薄，會優(yōu)先發(fā)生腐蝕。銳邊腐蝕是零部件耐腐蝕性能的短板越來越得到業(yè)界共識，也逐漸被重視。各電泳涂料廠家都致力于開發(fā)高銳邊覆蓋電泳漆，各主機廠也加大了對零部件焊縫、邊緣等處的防腐性能要求及考核。零部件的材質(zhì)也會影響到電泳漆的防腐性能。以底盤件為例，對于鈑金件，各主機廠的耐鹽霧性能要求基本為720h或960h，而對于鑄鐵件，耐鹽霧性能要求基本為144h或240h，最高不超過480h。在戶外暴露條件下，電泳漆的老化嚴重，但在戶外遮蔽條件下，無明顯老化問題。

2. 1. 4 雨刮臂

雨刮臂在各個試驗站腐蝕試驗后的變化如表5所述，外觀見圖6。雨刮臂表面的噴塑層僅在拉薩和萬寧環(huán)境站出現(xiàn)了輕微變色、失光和粉化，即使隨著暴露時間延長，老化程度也不明顯；在江津、漠河和敦煌站甚至在12個月的試驗時間內(nèi)無明顯變化。這說明噴塑工藝具有優(yōu)異的耐候性和耐蝕性。

2. 2 噴塑和電泳工藝的對比和應用

噴塑和電泳工藝均具有優(yōu)異的防腐蝕性能，但前者的耐候性明顯更優(yōu)。目前噴塑工藝被廣泛應用在車身外露零部件，如雨刮臂、雨刮刷、滑槽、保險杠、行李架、后視鏡支架等。

噴塑采用靜電粉末噴涂，由于受“靜電屏蔽”影響，復雜工件的凹孔不易涂覆，而凸尖部位的漆膜分布不均勻，一般還要設手工補噴工位，以彌補缺陷，因此內(nèi)腔件和復雜工件不宜采用噴塑工藝。相比之下，電泳工藝則適合形狀復雜的工件，即使是內(nèi)腔表面也能沉積成膜，而且濕膜含水量很低，一般不存在流掛現(xiàn)象。底盤零部件由于大多形狀較復雜，因此多采用電泳工藝。采用噴塑工藝的底盤零部件有螺旋彈簧和加油管(鍍鋅 + 噴塑)，可以采用噴塑工藝的其實還有穩(wěn)定桿、驅動軸軸桿、驅動軸長柄、轉向拉桿、套筒等。

靜電噴塑的工藝原理決定了它不易實現(xiàn)涂層薄膜化。目前，噴塑層的厚度一般為80～120μm，即使粉末涂料優(yōu)良，施工條件極佳，最薄的膜厚也超過40μm，要形成40μm以下的涂膜還十分困難。而電泳層的膜厚一般在15～35μm之間，以15～ 20μm居多。因此，噴塑層的抗石擊性能優(yōu)于電泳層。對于底盤零部件，尤其是經(jīng)常受地面泥沙撞擊的零部件而言，抗石擊性能十分重要。因此，對于形狀較簡單的底盤零部件(如穩(wěn)定桿)，可以采用噴塑工藝，提升抗石擊性能。

此外，由于粉末涂料是借助于加熱熔融而流平在汽車金屬零部件表面，其熔融時黏度高，因此噴塑膜易呈輕微橘皮狀，平整度不如電泳漆膜。

2. 3 腐蝕原因分析

在戶外暴露試驗條件下，電泳漆膜在各個試驗站試驗12個月后均出現(xiàn)了不同程度的失光和粉化，甚至出現(xiàn)銹點。由圖7可見，電泳漆膜的表面比較粗糙，有少量顆粒以及大量縱橫交錯的裂紋，表明其發(fā)生了老化降解。根據(jù)穩(wěn)定桿和轉向節(jié)在各個試驗站的腐蝕老化情況可知，漆膜粉化現(xiàn)象在萬寧站最為嚴重，并且在試驗初期就已經(jīng)很明顯，拉薩站的情況次之，江津站相對較輕。結合這3個試驗站的溫度、太陽輻射、相對濕度等數(shù)據(jù)(見圖 8)可知，拉薩站和萬寧站的太陽輻射比較強，并且萬寧站的溫度和相對濕度較高。分析認為，光輻射引起的老化降解是電泳層發(fā)生老化的主因，溫度和相對濕度起到了加速老化的作用。而隨著涂層老化，開始出現(xiàn)微裂紋，腐蝕介質(zhì)逐漸滲入到基材，繼而出現(xiàn)銹點。

3、結語

通過能真實地反映汽車金屬零部件的腐蝕狀況的戶外試驗，考察了目前最常用的2種防腐工藝的性能。在戶外暴露條件下，電泳工藝的耐蝕性較好，但耐候性較差；在戶外遮蔽條件下，電泳漆膜的耐蝕性較好，無明顯老化。大部分汽車金屬零部件，尤其是形狀復雜的底盤零部件，采用電泳漆防腐工藝是合適的。但由于銳邊效應的存在，電泳時要注意焊縫、邊緣處等電泳漆膜較薄的地方的腐蝕問題。噴塑工藝具有良好的耐候性和耐蝕性，可應用于車身外露零部件，但受“靜電屏蔽”影響，不宜用于內(nèi)腔件和復雜件。另外，噴塑所得涂層較厚，抗石擊性能較優(yōu)，可用于形狀較簡單的底盤零部件。

來源：《汽車工程》

作者：范梅梅、黃平、余勇

本文針對車架、車輪、車橋與鋼板彈簧等汽車主要底盤零件，從產(chǎn)品特點、涂層質(zhì)量要求、涂裝工藝、涂裝材料等方面進行簡要解析，提出改善底盤零件涂層質(zhì)量的若干思路與建議。

1、車架

車架是汽車的整車骨架，起到支撐連接汽車各零部件的作用，承受多種載荷，是汽車關鍵的部件總成之一 。車架涂層除了要求具有優(yōu)良的防腐性，同時也要求具有良好的耐候性，例如，有的廠家要求車架涂層耐中性鹽霧≥504 h、耐氙燈老化≥400 h，有的廠家要求車架涂層耐中性鹽霧性≥480 h、耐紫外（QUV）老化≥300 h 等。根據(jù)車架生產(chǎn)及涂裝類型，大體分為兩類：車架裝配后總成整體涂裝與車架散件單獨涂裝后再裝配為總成。

國內(nèi)汽車普遍采用車架裝配后總成整體涂裝工藝，基本以陰極電泳單涂層體系為主。有的涂裝線選用中厚膜環(huán)氧樹脂型陰極電泳涂料，要求電泳涂層具有優(yōu)異的耐鹽霧性和良好的銳邊涂覆效果，但耐候性普遍較差，極易出現(xiàn)涂層的早期失光、變色，甚至粉化。

有的涂裝線選用“底面合一”型陰極電泳涂料，一般要求電泳涂層具有良好的耐鹽霧性的同時也要具備較好的耐候性。這一體系的主體樹脂為2種樹脂或多種樹脂組分的混合物，其中一種樹脂是環(huán)氧樹脂，其他是耐候型樹脂，如，丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂等，通過化學接枝改性或冷拼技術達到特定性能要求。

電泳涂層固化過程中，試圖通過不同樹脂界面張力梯度的作用，使得兩相流動形成一定程度的涂層分層結構，耐候樹脂在上層具有高耐候性，環(huán)氧樹脂在下層具有高防腐性。

如何選擇具有適當表面張力差的樹脂組分，并穩(wěn)定控制電泳涂層的雙層結構與性能是涂料開發(fā)的技術難點。目前來看，常規(guī)環(huán)氧樹脂型陰極電泳涂料無法滿足涂層的耐候性要求，而“底面合一”型陰極電泳涂料在兼顧耐候性的同時，涂層的防腐性均有不同程度的調(diào)整。

為了提升涂層質(zhì)量，有的車架涂裝線針對高端產(chǎn)品采用“陰極電泳+噴漆或噴粉”工藝，噴漆采用雙組分丙烯酸聚氨酯面漆或高固體分聚脲面漆，噴粉采用聚酯粉末涂料，較好地保證了車架涂層的綜合性能。

近年來，借鑒國外車企成熟技術，國內(nèi)有的車架生產(chǎn)線采用散件單獨涂裝后再進行車架總成裝配的工藝，可以在保證涂層性能的同時，有效解決車架縫隙、夾層以及零件裝配貼合面等部位的銹蝕問題。

車架縱梁經(jīng)拋丸、漆前磷化處理后噴涂聚酯粉末涂料，涂層的外觀質(zhì)量、機械性能、防腐性能與耐候性能俱佳；車架橫梁等散件推薦“陰極電泳+噴漆或噴粉”涂裝工藝。采用這種生產(chǎn)工藝方式，車架的涂裝成本較高，車架總成裝配作業(yè)較多，應重點關注粉末涂層的摩擦系數(shù)、縱梁粉末涂層的膜厚控制、緊固件（螺栓、螺帽與鉚釘）的表面處理質(zhì)量以及裝配零件的連接可靠性等問題。

2、車輪

汽車車輪是重要的保安零部件，在整車中處于特殊位置，工作環(huán)境比較惡劣，與車架涂層類似，不僅要求具有優(yōu)良的防腐性，同時也要求具有良好的耐候性，如，有的廠家要求車輪涂層耐中性鹽霧≥400 h、耐氙燈老化≥400 h，有的廠家要求車輪涂層耐中性鹽霧≥504 h、耐氙燈老化≥200 h。

國內(nèi)汽車鋼質(zhì)車輪涂裝普遍采用“陰極電泳+面漆”工藝。電泳采用中厚膜常規(guī)環(huán)氧樹脂型陰極電泳涂料，涂層的防腐性能優(yōu)良，但耐候性能較差。為了提升車輪的裝飾性以及滿足涂層的性能要求，再進行單涂層面漆涂覆，一般為銀色金屬面漆（無罩光清漆）。

同時，為了保證后續(xù)車輪螺栓連接的可靠性，重點部位應做好面漆涂層的厚度控制或者進行必要的涂裝遮蔽處理。

為了降低涂裝成本，不少鋼質(zhì)車輪涂裝線已采用“底面合一”型陰極電泳涂料，部分取消了面漆工藝。由于車輪焊接部位高溫氧化皮電阻過大，極易導致焊接部位無法電泳上涂層，車輪上電泳線前必須進行細致的拋丸處理去除氧化皮。

“底面合一”型陰極電泳涂料生產(chǎn)應用中暴露出的主要問題是涂層的耐腐蝕性下降，車輪表面易出現(xiàn)點狀銹蝕，零件的邊緣、夾縫與焊縫等部位也易生銹“流黃水”。需要嚴格控制車輪工件經(jīng)拋丸處理后的表面粗糙度，同時保證“底面合一”型陰極電泳涂料的涂層厚度滿足性能要求。

3、車橋

汽車車橋是非常重要的底盤零件，承擔著傳動、承載等功能，主要有沖焊橋與鑄造橋兩種類型。涂層要求具有良好的防腐性，如，有的廠家要求車橋總成（外表面）涂層厚度≥50 μm、耐中性鹽霧≥168 h，有的廠家要求車橋總成（外表面）涂層厚度≥60 μm、耐中性鹽霧≥240 h。

國內(nèi)汽車車橋總成涂裝普遍采用總成噴漆工藝。由于車橋總成的熱容量大，部分配件（油封、墊圈等）不能耐高溫，一般選用低溫烘烤型防腐涂料，溶劑型涂料有氯化橡膠、氯醚、氯磺化等品種，水性涂料有丙烯酸改性環(huán)氧酯、丙烯酸改性醇酸等。

目前，低溫烘烤型單組分水性防腐涂料應重點解決涂層的干燥速度慢，涂層初始硬度低的問題。車橋做為載貨汽車底盤的典型零件，要求涂層具有良好的防腐性的同時，有的產(chǎn)品也考核耐候性，單涂層體系需要防腐涂料在配方設計上綜合考慮。高端車橋產(chǎn)品采用“環(huán)氧防腐底漆+丙烯酸聚氨酯面漆”的雙涂層體系，涂層綜合性能優(yōu)異。

為了提高噴涂效率、保證噴涂質(zhì)量，產(chǎn)量較大的車橋總成涂裝線采用地樁式噴涂機器人，高壓無氣或混氣噴涂工藝。由于車橋外觀形狀與結構比較復雜，通常采用“機器人+人工”的噴涂方式，人工噴涂的目的是彌補機器人噴涂無法達到或噴涂不到位的區(qū)域，以提高整體噴涂質(zhì)量。對于外觀質(zhì)量要求不高的非重要部位，可以使用漆刷進行點補或刷涂。

由于車橋總成零部件品種較多，需要加強對毛坯與零部件的底漆質(zhì)量管控，選用防腐性能優(yōu)良的底漆；車橋總成裝配后難涂裝或涂不到涂料的部位，需要結合零部件特點進行涂裝工藝改善或防銹處理；車橋總成噴漆前應進行脫脂、磷化處理，水洗工序應考慮防銹，避免工件工序間生銹；根據(jù)車橋產(chǎn)品及后續(xù)裝配要求，應對突緣、車輪螺栓、安裝孔等部位進行遮蔽處理。

4、鋼板彈簧

鋼板彈簧是典型、特殊的汽車底盤零件，在車輛行駛中承受高頻往復運動，起著緩沖減震作用，對車輛平穩(wěn)性與安全性起著重要作用，是汽車廣泛應用的懸架彈性元件，分為多片簧和少片簧。有資料顯示，由涂層缺陷引起的鋼板彈簧的早期銹蝕，銹蝕點將成為鋼板彈簧新的疲勞源，從而影響鋼板彈簧的疲勞壽命。鋼板彈簧涂層要求具有良好的防腐性能，如，有的廠家要求涂層耐中性鹽霧≥120 h，有的廠家要求涂層耐中性鹽霧≥240 h。

為了提高強度與疲勞壽命，鋼板彈簧均要求進行應力噴丸，但國內(nèi)廠家有的僅單面（凹面）進行應力噴丸，板簧片另一面（凸面）表面不同程度存有氧化皮，嚴重影響涂層的附著力與防腐性。建議采用“一般噴丸+應力噴丸”工藝，既清除氧化皮，又可達成產(chǎn)品特性要求。

由于鋼板彈簧為疊接結構，夾縫部位容易出現(xiàn)早期銹蝕，應采用板簧單片涂裝（陰極電泳或噴漆），裝配后鋼板彈簧總成再噴漆或補漆。鋼板彈簧熱容量大，建議使用低溫固化型陰極電泳涂料，固化溫度低至150 ℃的陰極電泳涂料已有生產(chǎn)應用案例，可低溫解封的封閉異氰酸酯交聯(lián)劑的選用以及復合催化體系的引用是新型電泳涂料開發(fā)的關鍵技術。

板簧單片電泳后再裝配的鋼板彈簧總成進行面漆噴涂，建議選用兼具防腐性與耐候性的涂料。板簧單片噴漆應選用防腐底漆，裝配后的鋼板彈簧總成進行面漆噴涂，也應選用兼具防腐性與耐候性的涂料，建議采用低溫快干型水性防腐涂料與“底面合一”型水性防腐涂料。

5、結語

底盤零件的涂裝是國內(nèi)汽車涂裝中較為薄弱的環(huán)節(jié)，底盤零件的涂層質(zhì)量提升一直是涂裝質(zhì)量改善的主要內(nèi)容之一。隨著涂裝材料與工藝的不斷進步，以水性涂料、高固體分涂料與粉末涂料為代表的綠色涂裝技術正在越來越多地應用于各類底盤零件的涂裝生產(chǎn)。需要更加重視底盤零件各類基材的表面質(zhì)量以及前處理質(zhì)量。底盤零件涂層在滿足防腐性與耐候性要求的同時，還需要考慮車輛底盤整體的防護性與裝飾性的提升。針對底盤零件某些涂覆防護難度較大的部位，如，腔型結構部位、裝配貼合面、運動連接面等，如何進行有效的表面防護仍需要深入研究。