汽车整车功能腐蚀评估方法的研究

FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨
时代汽车
汽车整车功能腐蚀评估方法的研究
魏一凡　李强
泛亚汽车技术中心有限公司 上海市 201208
摘 要： 介绍了一种整车功能腐蚀评估的方法，该方法主要用于整车腐蚀试验后对整车零部件进行的一种客观腐蚀评估。

阐述了整车腐蚀试验中的主要腐蚀工况和腐蚀评估的几个阶段；强调了功能腐蚀评估在整车腐蚀评价体系中的重要作用；最后通过实例说明了功能腐蚀评估的具体实施方法。

关键词：汽车；整车腐蚀试验；功能腐蚀评估
1　前言
随着中国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，汽车以其安全性、可靠性和舒适性等特点赢得了越来越多消费者的信赖。

同时，随着汽车三包法规的实施和信息网络的不断发展，消费者在更加了解汽车的同时对汽车品质的要求也越来越高。

众所周知，组成汽车的大部分材料都是金属，而金属材料的致命缺点是容易被腐蚀。

根据初步调查统计，腐蚀导致全世界平均每年每辆汽车的经济损失是150～250美元，而国内每辆汽车腐蚀的经济损失是1200元/年。

由此可见，汽车腐蚀给社会造成的经济损失是巨大的。

同时汽车腐蚀还带来了社会材料与能源的极大浪费，甚至有可能导致零部件的功能失效而引发安全事故。

因此，越来越多的汽车企业开始意识到汽车腐蚀性能的重要性，汽车道路腐蚀试验及其评价方法也已经逐渐成为了国内汽车行业的热门话题。

我国对于汽车道路强化腐蚀试验已经有相应的行业标准，并且对于汽车外观腐蚀的主观评价方法也积累了很多经验。

海南汽车试验研究所从1998年开始已经开展了汽车腐蚀试验的研究，并于2005年7月发布了汽车行业标准《乘用车强化腐蚀试验方法》，本标准目前已经得到很多国内合资汽车厂商的认可[1]。

徐书玲[2]阐述了该腐蚀试验的重要
性，不仅对腐蚀试验规程及其强度进行了介
绍，也对试验结果评价作了介绍。

王永豪等[3]
将汽车的腐蚀评估分为主观评估和客观评估，
并对主观评估方法做出了详细的描述，但缺
少客观腐蚀评估方面的介绍。

客观腐蚀评估
通过对腐蚀产物的定量分析，不仅可以揭示
腐蚀过程的细节和本质，还可以用于计算零
部件的耐腐蚀寿命。

本文介绍了一种客观腐
蚀评估的方法—功能腐蚀评估法。

基于腐蚀
寿命预测模型，通过对整车腐蚀试验后零部
件金属损失的测量结果来预测出功能件的实
际腐蚀寿命，从而可以将整车腐蚀试验的结
果更好地吻合客户实际使用的结果。

2　整车腐蚀试验简介
整车腐蚀试验都是在试车场完成的，而
试车场实际上就是一个大型的试验室，通过
将不同的腐蚀试验工况按照一定的试验流程
组合在一起以达到对整车进行加速腐蚀的目
的。

目前国际上常用的整车腐蚀工况有盐雾
舱、盐溅槽、砂石槽、高温高湿环境舱停放
和碎石路等[1]。

盐雾舱：主要模拟空气中的盐分沉降在
车身表面的实际情况，在盐雾室中进行静态
盐雾喷射可以使盐雾颗粒沉降到车身表面并
深入到各缝隙中，考核车身各覆盖件的密封
性能和车身表面的抗腐蚀能力。

高温高湿环境舱：主要模拟整车在湿热
空气中行驶的实际情况，这种高温高湿环境
对整车腐蚀具有明显的加速作用。

我们可以
通过调整整车在高温高湿环境舱中的存放时
间来控制整车腐蚀试验的速率，从而达到控
制腐蚀试验强度的目的。

砂石槽：主要模拟整车通过积水坑的实
际情况，当试验车通过砂石槽时，带有砂石
的泥水会飞溅并黏附到底盘及车身下车体形
成腐蚀原电池，以此来提高底盘和车身下车
体的腐蚀速率。

碎石路：主要模拟整车在非铺装道路上
行驶受碎石击打的实际情况，使试验车以一
定速度通过碎石路，碎石飞溅到底盘及车身
下车体，以此来考核底盘及车身下车体钣金
在石击之后的抗腐蚀能力。

盐溅槽：主要模拟整车在撒融雪盐的冰
雪地区路面上行驶的实际情况，使试验车通
过盐溅槽，盐水飞溅到底盘及车身下车体，
以此来考核试验车底盘及车身下车体的抗腐
蚀能力。

需要在试验过程中进行外观腐蚀评估，
试验结束后进行各零部件的功能腐蚀评估。

3　功能腐蚀评估的意义
在整车腐蚀评估体系中，其前提条件是
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设计一套稳定可靠的道路试验条件和建立一种科学合理的试验方法[3]。

在此基础上，再对腐蚀结果进行科学有效的评估，为提高产品防腐性能提供最直接的数据支持才是整车腐蚀试验的终极目标[3]。

理想的整车腐蚀试验是所有腐蚀加速的结果与客户实际使用状态相一致，但几个月时长的加速腐蚀试验很难完全模拟客户十年的实际使用。

首先，从腐蚀类型上来讲，汽车零部件常见的腐蚀有均匀腐蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等[4]。

由于不同的腐蚀类型在相同的腐蚀环境下腐蚀加速速率不同，从而导致腐蚀加速结果与客户实际使用的结果不一致，这时就需要利用腐蚀模型根据试验结果预测客户实际使用结果。

另外，将汽车上的结构按照其暴露在环境中的状态可以分为封闭式结构、开放式结构和半封闭式结构[5]，不同的结构对腐蚀环境的敏感程度会不同，从而会影响整车腐蚀加速的结果。

对于封闭式结构（比如液压系统和冷却系统的内部等），由于该结构内部与外界环境完全隔离而导致腐蚀性的物质很难侵入这种结构内部，使得腐蚀试验对这种结构的腐蚀影响很小。

试验表明，一种在6个月内完成的腐蚀加速试验对于这种封闭式结构的影响也只起到了6个月的腐蚀效果[5]。

对于开放式结构，由于该结构完全暴露在外界环境中而导致其受外界腐蚀环境的影响非常大，同时通过人工手段（比如喷洒盐雾和洗车等）可以很容易地控制腐蚀性物质对这种结构的侵入。

通常这种结构发生的腐蚀类型为均匀腐蚀，通过增加开放式结构在腐蚀工况中的时间和频率可以显著地加速该结构的腐蚀速率。

试验表明，对于开放式结构来说客户实际使用一年的腐蚀结果可以通过试车场两周的腐蚀试验来模拟，其腐蚀加速因子是26：1[5]。

对于半封闭式结构，其特点是腐蚀性的物质很容易进入这种结构，但通过人工手段很难控制腐蚀性物质对这种结构的侵入。

通常这种结构发生的腐蚀类型为缝隙腐蚀，比如钣金的搭接处出现的狭小缝隙，其缝宽足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的局部腐蚀。

而缝隙腐蚀一旦发生就会持续较
长时间（比开放式结构的腐蚀时间长），而外界环境对其腐蚀的影响就会减弱，导致腐蚀试验对缝隙腐蚀的加速效果远远低于均匀腐蚀。

在缝隙腐蚀发生的早期，由于氧气的不断消耗和氯离子的不断聚集会出现一段较长时间的孵化期，也正是由于孵化期的出现使得缝隙腐蚀在整车腐蚀试验中的加速度小于实际工况中的加速度。

一辆完成十年腐蚀的试验车发生的外观均匀腐蚀相当于客户实际使用十年的腐蚀效果，但其零部件和钣金上发生的缝隙腐蚀却远远没有达到客户实际使用十年的腐蚀结果。

而功能腐蚀评估的意义在于可以通过对整车腐蚀试验后零部件金属损失的测量结果来预测出功能件的实际腐蚀寿命，从而可以将整车腐蚀试验的结果更好地吻合客户实际使用的结果。

4　功能腐蚀评估方法与案例分析
对于任何出现金属损失的钣金和零部件都需要对其金属损失进行测量并利用腐蚀模型预测出钣金和功能件的实际腐蚀寿命，然后再利用CAE 或物理试验来分析减薄后的功能件是否满足零件的性能要求。

现以某车型副车架为例来说明功能腐蚀评估的具体实施方法。

该车型在经过整车十年腐蚀试验后发现该零件出现局部腐蚀的问题，如图1所示。

首先在零件上取下腐蚀较严重的区域并用喷砂机将样片表面的腐蚀物除去，除锈后的样片如图2所示。

然后用图3所示的尖头
型千分尺测量出腐蚀样片上的原始厚度和腐蚀后最薄点的厚度。

原始厚度是指样片除去表面涂层后的实际厚度，原始厚度需要测量
至少5个点并取平均值作为最终结果；样片腐蚀后在锈蚀处会出现许多凹坑，最薄点的厚度是指样片腐蚀坑与另一面之间的厚度，最薄点的厚度需要测量至少10个点以上并取最小值作为最终的测量值。

最后根据测量结果并利用腐蚀寿命预测模型来计算腐蚀锈穿年限和客户实际使用十年后的样片剩余厚度，如表1所示。

从表1的计算结果可以看出，尽管所取的样片都能满足10年不锈穿的腐蚀要求，但从材料的质量损失率来讲，所有样片的质量损失均减小到原始钣厚的80%左右。

本案例
采用物理试验的方法来确认零件的功能。

在
图
2　除锈后的副车架样片
图
3　尖头型千分尺
图1　十年腐蚀试验后副车架取样视图
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零件上通过人工打磨的方式处理成预测十年后的钣金厚度，然后进行子系统和整车试验，最终验证了其可以满足十年功能腐蚀的要求。

表1　样片测量厚度、预测年限和预测厚度数据表
5　结束语
整车腐蚀试验后的功能腐蚀评估是整车性能评估中的一个非常重要的环节，做好这项工作对于在降低整车开发成本的同时又能提高汽车产品的市场竞争力具有重要意义。

本文提出的功能腐蚀评估不仅可
以定量地分析整车在腐蚀试验之后的性能，还可以弥补由于腐蚀加速不足所带来的整车腐蚀试验的结果与客户实际使用的结果不一致这一缺点。

通过对腐蚀试验之后的
钣金和零部件进行金属损失测量并利用腐蚀模型来预测出钣金和功能件的实际腐蚀寿命，可以将整车腐蚀试验的结果更好地
吻合客户实际使用的结果。

参考文献：
[1]王海涛.汽车道路强化腐蚀试验及评价方法[J].腐蚀与防护，2007（6）：300~306.[2]徐书玲.国产汽车耐腐蚀试验研究[J].汽车技术，2002（3）：21~24.
[3]王永豪，蔡元平.汽车整车腐蚀试验主观评价方法的探讨[J].环境技术，2014（1）：6~9.
[4]黄建中.汽车腐蚀与防护技术[M].北京:化学工业出版社，2004：28~34.
[5]W. A. Schumacher. Proving Ground Vehicle Corrosion Testing. SAE Technical Paper83.
相比线下BPD 运行，明确的层级结构及数据传递方式在系统上的实施，更有利于季度指标的不断调整，长期数据的分析，有利于年度挑战指标与可变指标的设定，各股间相同指标的对比，从而便于科室制定更精益的目标。

4　数字化BPD 的功能拓展
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5　结束语
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参考文献：
[1]余久锋．业务计划实施（BPD）在宁波前桥的应用[J]．现代企业，2010，(8)：27—28．
[2]常晓钟，王俊峰.试论汽车样车试制[J].工
业技术，2015，（3）：72.
作者简介
庄薇： （1985.05—），女，硕士，2011年毕
业于浙江工业大学机械制造及自动化专业，现任上汽通用汽车有限公司整车制造部样车试制工程的试制总装现场工程师，研究方向数字化系统在试制车间的应用。

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