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摘要：针对车身腐蚀防护的问题，从区域位置划分、金属板材选择、涂层防护、钣金结构等角度进行分析和设计技术方案，并简要介绍了防腐设计方案的验证评估方法及控制事项等。 关键词：防腐设计；车身结构；涂装材料；涂装工艺 0 引言 连续多年，我国已成为世界上最大的汽车生产国和消费国， 但距离成为汽车制造强国仍有较大的差距。想要进一步增强汽车设计与制造的综合实力，必须在诸多方面做出更多的探索和努力。众所周知，除意外交通事故和零部件磨损外，汽车腐蚀是影响汽车使用寿命，导致汽车损坏和报废的重要问题。因此，本文针对车身防腐的设计问题，从几个方面提出了一些技术性措施与办法。 1 车身工况环境的区分 根据车身不同部位的实际使用工况和接触环境条件等，可对车身进行区域划分（见图1），以便采取更有针对性的技术措施，避免过度防护造成成本增加和质量浪费。 如图1 所示，可将车身划分为4 个区域：0 区表示基本不接触腐蚀介质区域，主要是车厢内部零件；1 区表示轻度接触腐蚀介质区域，主要是车厢内部位于顶部区域的零件；2 区表示中度接触腐蚀介质区域，主要包括车身外侧前后盖上方区域，以及门槛线以上外板内侧区域；3 区表示重度接触腐蚀介质区域，主要包括车身外侧前后盖下部区域，以及门槛线之下的外板内侧区域。 基本不接触腐蚀介质区域，主要是车厢内部零件；1 区表示轻度接触腐蚀介质区域，主要是车厢内部位于顶部区域的零件；2 区表示中度接触腐蚀介质区域，主要包括车身外侧前后盖上方区域，以及门槛线以上外板内侧区域；3 区表示重度接触腐蚀介质区域，主要包括车身外侧前后盖下部区域，以及门槛线之下的外板内侧区域。 2 车身金属材料的选择 车身通用的金属材料主要包括黑色金属和有色金属。黑色金属也就是通常所说的钢铁材料，目前多数车身用材占比为90%以上；有色金属主要是轻质合金材料，应用占比不足10%。因此，车身材料防腐主要集中在钢板材料的选择和保护上。针对不同的车身区域，可有针对性地选择不同膜厚的镀锌钢板，通常3区可选择G10/10 的镀锌钢板， 而2 区可降低要求选择G7/7 的镀锌钢板，1 区和0 区则可选择普通的冷轧钢板。 近几年由于车身的轻量化趋势，很多企业开始采用铝合金材料制造引擎盖、前翼子板或行李舱盖等外覆盖件，虽然这些零部件多处于重度接触腐蚀介质的3 区，但由于铝合金本身就具备防腐性能，因此并不要求进行特殊处理。 3 涂装防腐 完成车身钣金材料的设计选择后，车身防腐设计的另一个重要方面就是涂装防腐。即通过涂装工艺，在车身板材上涂敷相应的薄膜或厚膜性产品，以隔绝车身底材与外界腐蚀介质的接触。 通常而言，涂装工艺通过前处理磷化、电泳涂装、涂胶密封、中涂面涂、烘烤和注蜡等工序，为车身提供相应的涂膜保护，以实现车身整体的防腐性能设计目标。前处理磷化，是车身在电泳涂膜之前，进行的除油除污和磷化表面处理过程，其表面处理效果会影响后续电泳涂膜质量。前处理磷化过程的关键，是在板材表面形成不溶于水的结晶性磷酸盐转化膜。为减少传统工序中的磷化膜钝化对环境的影响和破坏，越来越多的汽车制造商通过控制合适的磷化膜P 比来保证涂膜附着力和耐腐蚀性能。 对于冷轧钢板，磷化膜结晶由磷酸锌和磷酸二锌铁组成，两种磷酸盐结晶含量之比称为P 比。 P 比=P/(P+H) 式（1）式中P 为Zn2Fe (PO4)3·4H2O 结晶含量，H 为Zn3Fe(PO4)2·4H2O 结晶含量。由于磷酸二锌铁的耐碱溶解性比磷酸锌高，耐腐蚀性好，因此通常要求P 比高于0.9。对于镀锌板材或铝合金板材，与冷轧钢板略有不同但情况类似，磷化过程的目标都是形成不溶于水的磷化膜结晶，以实现板材的腐蚀保护。 电泳涂装， 是车身表面在设备与工艺的共同作用下沉积电泳涂膜的过程。电泳涂膜质量的好坏，直接影响车身的防腐效果，因此需要多加关注。针对不同的生产车间， 须着重分析其工艺过程对电泳涂膜质量的影响。通常而言，车身表面与内腔的电泳涂膜厚度分布应当满足以下要求：外板水平面（机舱盖、车顶、后备箱）部位膜厚设计在15 μm 以上；外板竖直面（挡泥板、四门、后侧围、脚踏板）部位的膜厚设计在20 μm 以上；乘客舱内板、腔体构造内表面膜厚设计在8~10 μm。 涂胶密封， 是针对车身焊缝或石击区域涂敷PVC涂料。焊缝密封胶用以涂敷金属板材搭接表面或结合边缘等，防止水分、泥尘、盐分等腐蚀介质对焊缝处的破坏。抗石击涂料，用于防护汽车运行过程中沙石或泥浆对底盘、轮罩和门槛区域的破坏，根据石击破坏程度的不同， 设计要求的PVC 膜厚大约为500~1 000 μm，具体可根据模拟计算和实验测试确定。 中面涂，是为车身提供外观色彩和光亮效果的工序，更为重要的是，面漆层提供了防腐蚀涂膜所需的化学性能和机械性能， 从而保证了整体涂膜的耐腐蚀性和耐候性。与电泳有一定的膜厚要求相似，中面涂也有相应的涂膜厚度要求， 通常中涂设计要求35~50 μm，面涂要求55 μm 左右。 烘烤，是将车身涂敷的薄膜与厚膜材料烘干、交联和固化的过程。为保证烘干效果，各涂层应在合适的烘烤温度下烘烤并保持一定的时间。烘烤时间不足，或者过烘烤都会在很大程度上影响涂膜质量，进而影响防腐性能。通常，根据工厂车间的设备和材料选用情况，实验测试后设定合理的烘烤窗口，用以保证烘烤工序的有效性与可靠性。同时，还要定期进行炉温曲线跟踪测试，监控烘烤条件的参数变化。 注蜡，是对重度接触腐蚀介质（防护3 区）的空腔结构区域涂敷防护蜡， 以提升车身的整体防腐性能。防护蜡通常以石蜡为基础，添加防锈剂、抗氧化剂和稀释剂等调配组成，涂敷干燥后，可形成柔软的塑性保护层，以隔绝水汽、盐雾、泥浆等对车身板材的腐蚀。常见的防腐蜡涂装工艺见表1。 近年来，由于节能降耗和环保需要，涂装工艺过程出现了一些新技术和新材料应用。例如针对锌盐磷化过程的能耗高、沉渣多、资源利用率低等问题，各表面处理材料供应厂商研究开发推出了新生代的环保型无磷前处理，分为锆盐处理技术、硅氧烷处理技术和二者的复合处理技术3 种类型。此外，还有替代传统中涂层的免中涂或薄中涂工艺，以及中面涂的水性漆材料技术等。但无论涂装材料和工艺过程发生怎样的变化，对于车身防腐性能的要求从未改变。 4 车身结构设计 如上所述，防腐涂装的关键是必须保证一定的涂敷膜厚，而满足要求的涂敷膜厚取决于相应的车身结构。因此在车身造型和工程设计阶段，需要针对车身结构进行合理设计。 造型设计对防腐性能的影响主要体现在汽车行驶过程中的沙石飞溅冲击以及尖角锐边等。因此，针对沙石冲击的地方要采用塑料件包覆保护或喷涂PVC 材料；针对尖角锐边的设计，要坚决加以避免，防止喷涂的“法拉第”效应和锐边腐蚀等。 工程设计对防腐性能的影响主要体现在电泳过程的涂膜沉积，密封胶设计及尺寸要求，注蜡工艺的可行性等。 为保证良好的电泳效果，需要对车身钣金结构进行开孔设计、凸台设计、间隙设计等。通常，在车身结构的水平方向开设液体流通孔（图2），竖直方向底部开设沥液孔（图2、图3）、上部开设排气孔（图3），结构复杂的空腔位置或钣金搭接处开设泳透力孔等（图2、图3），或者根据具体位置结构采用凸台设计替代开孔设计（图4），间隙设计通常要求车身结构的钣金间距控制在＞5 mm（图5）。需要注意的是，开孔设计应综合考虑其用途和功能，实现一孔多用、节约成本。 良好的密封胶设计， 有助于提升车身的密封性和防腐性能。密封胶设计，通常由焊装工序和涂装工序共同实施。目前，焊装工序主要应用的胶黏剂和密封胶有3 种：折边密封胶、点焊密封胶和减震胶[7]。涂装工序应用的主要是PVC 基材的密封胶，为保证良好的PVC 胶密封，需要严格控制钣金搭接的缝隙尺寸，譬如竖直方向的缝隙尺寸不宜超过1.5 mm， 水平方向的缝隙尺寸不应大于3 mm，搭接边缘应＞5.0 mm 的承载面（图6），密封胶的依存结构设计（图7）等。 注蜡工艺的可行性，主要是为了保证生产过程的注蜡操作，而预留相应的注蜡孔、注蜡轨迹操作空间等，具体可根据生产线的实际限制加以分析和设计。 5 设计验证与监控 防腐设计完成后，需要通过一定程序的试验方法与步骤， 以验证和检查方案措施的有效性与可靠性。若实验表明设计的方案与措施不能满足防腐性能要求，则需重新审视和优化防腐方案与措施，直至试验达标。通常，样车试制阶段会对电泳后车身进行破解检查，以确认车身防腐设计措施的有效性，其中包括电泳膜厚检查、焊装密封和涂装密封状态检查等。此外，还需进行样车的防腐蚀性能测试，进行整车防腐质量评估。通过模拟盐雾、高温高湿、融雪撒盐、石击路况等环境，以测试、验证和评价车身在区域位置、材料涂层和结构设计方面的防腐蚀性能状况。目前，国内相关试验方法[8]参照《乘用车强化腐蚀试验方法》（QC/T 732—2005）实施。 车型量产后，需定期拆解评估电泳后车身的涂膜厚度与质量、焊装密封和涂装密封状态等，并监控关键工艺参数的一致性和稳定性，确保车型腐蚀防护性能的稳定可靠。 6 结语 综上所述，解决车身的腐蚀保护问题，可从位置区域划分、金属材料选择、涂装防腐、车身结构设计、试验验证与优化改善等多方面出发进行综合考虑与取舍，选用合理有效的防护技术方案，进而实现车身防腐的性能目标。 来源：期刊—涂层与防护 |
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