中国汽车工业腐蚀与防护研究概况和进展

全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
图 1 历年中国汽车年产量及预测值 另外我国汽车产业集中化程度逐步加大， 四大集团产量快速增长 （一汽集团、 东风集团、上汽集团和长安集团） ，兼并重组的步伐加快，市场竞争日益加剧。 以 2007 年为例，四大集团的产量占全国汽车总产量的将近 70%。国产自主品牌 汽车开发力度加大，产量迅速提升。目前奇瑞汽车公司、吉利汽车公司和长安汽 车公司以及一汽轿车生产的自主品牌汽车品种迅速增多，产量迅速增加，出口量 也迅速增加。在中国汽车国际化的同时，自主品牌汽车与国外品牌和合资品牌的 竞争能力迅速提升。2007 年国产自主品牌乘用汽车超过 120 万辆。
1、引言
汽车工业的发展给人们工作、生活、旅游、交通带来了各种方便，但随着汽 车产量增加和保有量的增长也带来了能源、环保、安全等三大技术问题和社会问 题，同时也产生了报废汽车的回收问题。为应对这些问题，各国都制定了相应的 法规。减重、节能、降低排放和提高安全性是现代汽车结构、性能和技术的重要 发展方向；从商业角度来看，人们不仅要求汽车的高性能，同时还要求汽车的耐 用和使用中保持美观漂亮，保持汽车高的使用寿命和可靠性首先和发动机、传动 系统寿命有关， 即与汽车高性能合金结构的应用， 汽车零部件的结构和制造工艺， 以及汽车电器与电子系统密切相关，而保持汽车车身的耐用、美观和漂亮则和车 身用板的耐蚀性、制造工艺和涂层技术密切相关。 汽车腐蚀可以造成汽车的损失严重，并且已成为一大社会问题；据统计，全 世界因腐蚀给每辆汽车造成的损失为 150‐250 美元/辆/年，可以推算， 2009 年 中国汽车产量已达到 1000 万辆， 汽车保有量近 7000 万辆， 那么由此产生的年腐 蚀损失将达近千亿人民币。因此，世界各国都十分重视汽车的防腐问题。国外对 汽车防腐的要求越来越高， 如本文论述了中国汽车工业腐蚀与防护概况与研究进 展，以及汽车涂层板在汽车上的应用。
2、
中国汽车工业发展概况
从 1953 年建立一汽到 2009 年，中国汽车工业过了 56 年里程，至 1992 年中 国汽车产量才达 100 万辆，2000 年产量却只有 100‐200 万辆，从 2000 年以后中 国汽车工业进入了快车道， 年产量大幅度递增， 仅 2001 年—2002 年产量增至 326 万辆，2008 年超过 900 万辆，如果在加农用车 150‐180 万辆，产销均居世界第 二。2009 年预计超过 1000 万辆，汽车保有量超过 6000 万辆，汽车工业已成的 名符其实支柱产业。
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另外，一辆车的报废年限平均约为 10 年，每年的汽车购买辆就是未来的某 年的汽车报废辆，即 2019 年汽车报废量以 2009 年销售量 1000 万辆来计算，当 然，汽车的报废包括腐蚀损坏、磨损和意外事故等原因。参照 2008 年，轿车占 72.02%，商用车占 27.98%，可以预测 2009 年轿车销量约为 720.2 万辆，商用车 销量约为 279.8 万辆，假定轿车平均价格为 8 万元，商用车平均价格为 20 万元， 则可以推算 2009 年汽车销售产值约为 11357.6 亿人民币。 加上 2009 年进口汽车 约 45 万辆，进口金额 1245 亿人民币（类比 2008 年，中国汽车进口 41.01 万辆， 累计进口金额 151.28 亿美元） 。按照上述假设，由于腐蚀而造成的损失约占销售 额的 1/3，则可以推算，2009 年新车为防止汽车腐蚀而付出的防腐代价约为 4200 亿元人民币。 根据前面的假设，汽车行业 2009 年腐蚀所造成的损失以及为汽车防腐所付 出的代价总额约为 5225 亿人民币。 另外，如根据全世界汽车腐蚀年均损失为 150—250 美元/辆，中国的假定为 200 美元/辆，每辆汽车设计制造时的防腐蚀费用约为 150 美元，根据 2008 年的 统计结果， 2008 年底全国汽车拥有量为 6000 万辆， 2009 年的汽车销售量为 1000 万辆，那么汽车行业 2009 年腐蚀损失约为： 0.6×200×8.3+150×0.1×8.3= 1120.5（亿元） (2)
2006 年国家发改委组织完成的我国汽车产业中长期发展趋势及对策研究报告提出，今 后 15 年我国汽车工业要抓住机遇，乘势成为汽车制造强国，根据这一目标，2020 年汽车产 量将占全球份额的 25%，实现年产销 2000 万辆，出口达 30%，零部件出口 1000 亿美元,汽 车产业增加值占 GDP 比重达 3%，汽车产业及相关产业对国民经济的贡献率将超过 12%，成 为世界四强之一，将有 2‐3 家的汽车集团产销能力达到 400 万辆，自主开发产品在国内份额 70%以上。另外在国家方针政策的引导下，我国新能源汽车的发展较快，达到了国外同等水 平。但同时我国汽车工业的飞速发展，也要求我国必须进行先进技术的研发，中国汽车行业 的腐蚀与防护研究是亟待开展和深化的方向之一， 也是我国汽车工业实现节约经济、 循环经 济、低碳经济的必然之路。
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第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
子板和底梁等部位都会有不同程度的腐蚀， 与进口同类车相比， 耐蚀性低 2‐3 倍， 载货车一般更新周期通常为 20 年（据不同的行驶条件和气候条件而不同） ，可是 由于腐蚀破坏，在 1980 年全国 90 万辆的解放牌中，运行 10 年以下的占 65%， 10 年以上的占 35%，20 年的仅占 15%，一般来说穿孔腐蚀比全面腐蚀破坏程度 更大。 在北方干燥气候，汽车腐蚀速度小，在滨海城市如青岛、海南等由于高浓度 ‐ 的Cl 离子影响，腐蚀速率会高于内地气候条件的 2 倍以上，在重庆由于气候湿热 和潮湿，以及酸雨和SO 2 的影响，汽车腐蚀速度也很快，如重庆公共汽车，一年 会产生锈斑，1 年半‐2 年即有腐蚀穿孔现象，3‐4 年更换车身面板。 为评价汽车腐蚀破坏的程度，几乎每个国家都有汽车腐蚀试验站，美国SAE 汽车腐蚀与防护分会SAE/ACP（Automotive Corriosion and Prevention）已统计了 4 种合理的评价汽车材料耐全面腐蚀的方法：即The GM9540P‐Method B test, The Nissan CCT‐IV test, the Volve test and SAE J2334，评价穿孔腐蚀。目前，还没有十 分成熟的评价汽车腐蚀破坏的试验方法，很多公司暂采用评价全面腐蚀的方法， 如GM9540P‐Method和SAE J2334method，还有其它类型的局部腐蚀破坏形态，如 缝隙腐蚀，电偶腐蚀，晶间腐蚀，垢下腐蚀，应力腐蚀和腐蚀疲劳等。引起汽车 腐蚀的主要是大气环境：粉尘、气候、雨水、SO 2 和Cl‐离子等。 重庆是我国酸雨严重的地区之一，酸雨大气环境特点主要是降雨中的 PH 值 低于 5.6；呈酸性，重庆地区的 PH 值在 4.02 左右，冬季会更低，碳酸根离子占 阴离子总量 70‐90%；年均气温 18‐20℃，相对湿度为 80%，因此重庆地区的腐蚀 损失更为严重。 从 2000 年开始重庆汽车研究所在国家科技部的支持下，开展了车辆材料在 酸雨和潮湿环境中腐蚀规律研究，当时项目共收集各类材料腐蚀样品 90 多种近 1000 件，涉及东风公司 46 厂，神龙富康公司、重庆红岩汽车弹簧厂、重庆益峰 公司、长安汽车公司、重庆建设摩托车厂、贵州高强度螺栓厂，贵州高强度紧固 件制造公司，贵州永红散热器厂、云雀汽车厂、贵州万达旅行车厂，贵阳市国航 空工业标准件制造公司、重庆镁业公司、自贡格瑞公司等 14 个公司和厂矿的汽 车材料和零部件。 所收信的样品具有广泛性和代表性； 包括钢铁材料， 有色合金、 镁合金、塑料、橡胶、复合材料各种涂层件、裸件；以及不同的表面处理件，同 时还有一些汽车、摩托车的典型零部件。为研究自然曝露试验与人工加速腐蚀试 验的相关性及进行腐蚀产物分析和腐蚀规律的研究， 另外收集各类汽车材料及相 关材料腐蚀样品 24 类 143 种，涉及不同材质、裸板、国内外不同涂装工艺制作 等，其课题进行的相关内容有： （1）收集、组织、制备各类腐蚀试验和汽车零部件。 （2）对重庆地区及贵阳地区公共汽车、卡车环境腐蚀情况进行调研并写出调研 报告。 （3）收集和整理腐蚀点的环境和大气气象数据。 （4）在重庆江津、重庆环科院和贵阳市进行环境暴露试验。 （5）对一些典型零件提出有效的用材和防腐的建议。 （6）分析重庆和贵阳地区的环境特点和对腐蚀的影响。 （7）建立重庆地区环境数据库和车辆材料自然暴露腐蚀数据库。 （8）提出潮湿环境下一些典型零件的包装要求。 （9）建立重庆地区车辆材料环境腐蚀的网页。 （10）测量部分材料环境腐蚀后的性能和初始性能对比。
4、
中国汽车行业腐蚀损失评估
一般来说，全世界每辆汽车腐蚀的平均损失为 150—250 美元，各国的汽车 年损失为：美国 2000 亿美元，原西德 20 亿马克，英国 2—5 亿英镑，瑞典 5 亿 克朗，前苏联 25 亿卢布；按照国际通用计算方法，汽车的腐蚀损失主要根据两 个方面进行估算， 即汽车保养维修用在防腐蚀的费用和由于腐蚀造成的汽车报废 代价，据此，对我国 2009 年的汽车腐蚀年损失进行计算，如下： 可以通过汽车保养维修用在防腐蚀的费用对腐蚀造成的损失进行评估。 20 世纪 80 年代的行业规定，汽车平时由 1—4 级保养制度，两年要小修，四年一中 修，八年一大修，一般来讲，中修一次费用为F 1 ，F 1 =8000 元，大修一次为F 2 ， F 2 =25000 元，2009 年民用汽车拥有量为C，约为 6000 万辆，根据上述的保养费 用，可通过公式(1)近似统计每年的保养费用f 1 , 每年汽车用在防腐蚀的保养维修 费用为 1025（亿元） 。
3、
中国汽车行业的腐蚀与防护研究概况
引起汽车腐蚀的主要是大气环境腐蚀，不同地区、不同车型、不同的制造厂 商其汽车的腐蚀抗力或腐蚀损失是不同的， 汽车在大气环境中腐蚀失效的形式是 多种多样的，作为占汽车重量 60‐80%的金属材料和钢铁材料主要是油漆粉化、 剥落引起材料生锈， 全面腐蚀， 而穿孔腐蚀是主要起源于汽车不同部件的连接处， 如孔槽部位等，产生腐蚀穿孔，汽车外壳或车身的罩、盖等则多为油漆的失效， 而产生腐蚀。 从 1985 年到 1997 年， 北京钢铁研究总院和瑞典腐蚀研究所开展了汽车及其 用材的腐蚀与对策的合作研究项目， 据北京钢铁研究总院和重庆汽车研究所进行 的调查，国产客、货汽车一般运行 3 年左右驾驶室外壳、踏板、底板、车门、叶