車用緩沖塊安裝區域的腐蝕行為及電阻率影響

李 寬

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

0 引言

橡膠緩沖塊是轎車前后蓋必不可少的安裝件，緩沖塊在鈑金安裝孔區域生銹是用戶抱怨投訴較多的問題之一。根據調研發現，中國汽車市場上的大多數品牌車型，在使用數年后緩沖塊安裝孔區域均存在不同程度的生銹現象，如圖1所示。目前國內外尚未發現緩沖塊對鈑金腐蝕影響的相關研究，本文主要討論了本公司前蓋橡膠緩沖塊區域腐蝕的情況以及產生原因，并通過逐步優化和試驗驗證等方法，解決了緩沖塊鈑金安裝孔區域腐蝕的問題，并得出了橡膠類產品的電阻率對鈑金腐蝕有重要影響的結論。

圖1 緩沖塊區域鈑金腐蝕

1 前蓋緩沖塊安裝孔區域腐蝕原因的初步分析

導致鈑金生銹的原因有環境因素和零件自身因素。對于前蓋緩沖塊區域鈑金生銹，我們從鈑金結構、制造工藝過程等方面進行了分析。

1.1 前蓋緩沖塊安裝孔區域的腐蝕因素

1.1.1 鈑金結構因素

如圖2所示，緩沖塊與前蓋內板鈑金孔的旋轉卡入方式決定了安裝孔的結構不能是翻邊孔，只能是平沖孔，如圖3所示，這個平沖孔更容易在切邊處腐蝕。

圖2 緩沖塊與內板安裝結構

圖3 緩沖塊安裝孔結構

前蓋屬于濕區，設計狀態緩沖塊安裝點預留排水孔半徑為12mm如圖4（a）所示，緩沖塊旋轉結構的外輪廓直徑為22mm如圖4（b）所示；緩沖塊安裝后，剩余排水孔為1mm間隙如圖4（c）所示；當緩沖塊調整到極限位置時，緩沖塊會完全遮蓋流水孔，造成排水不暢；同時緩沖塊這種倒傘狀結構如圖4（c）所示，緩沖塊安裝后更容易積水，從而使鈑金切邊容易腐蝕。

圖4 緩沖塊結構

1.1.2 制造工藝性因素

1.1.2.1 沖壓的固有缺陷

前蓋內板通常是沖壓成型，切邊處無鍍鋅層防護，同時沖孔的切邊常會存在毛刺[1-3]，導致孔切邊處電泳和油漆效果不理想，很難達到標準的膜厚要求，這降低了鈑金緩沖塊區域的抗腐蝕能力，為鈑金的腐蝕留下隱患。

1.1.2.2 油漆工藝性

車身在油漆車間進行電泳，油漆時，為了讓電泳液更方便的浸入前蓋空腔，以及在油漆噴涂，溫度烘烤時，前蓋需要打開一定角度。操作工通常用撐桿卡在緩沖塊安裝孔上如圖5所示，白車身出油漆車間時再取下，這種操作方式使安裝孔處漆膜容易缺失或損傷油漆層，影響了緩沖塊安裝點處的抗腐蝕能力。

圖5 撐桿卡在緩沖塊安裝孔

1.2 前蓋緩沖塊安裝孔區域防腐蝕優化

1.2.1 緩沖塊及安裝孔結構優化措施

針對緩沖塊區域排水孔間隙過小問題，排水不暢，以及緩沖塊容易兜水問題，擴大鈑金處的開孔如圖6（a）所示；更換尺寸更小的緩沖塊如圖6（b）所示，確保緩沖塊安裝后保留5mm間隙的排水孔如圖6（c）所示。

圖6 優化后的緩沖塊

1.2.2 工藝優化措施

（1）電泳前去除緩沖塊安裝孔切邊毛刺；

（2）增加撐桿工藝孔，嚴禁使用緩沖塊安裝孔作為工藝撐桿孔，如圖7所示；

（3）為更好地保護緩沖塊處的鈑金，緩沖塊在安裝到內板前緩沖塊端部刷防腐蠟[4-6]，如圖8所示，通過蠟膜隔絕水汽，從而提高鈑金的抗腐蝕能力。

圖7 新增撐桿孔

圖8 緩沖塊和鈑金刷蠟

1.2.3 優化后試驗結果

通過上述方案優化后，試驗結果如圖9所示，從圖中可以看出緩沖塊安裝孔處油漆起泡，局部油漆脫落，鈑金腐蝕出現紅銹，均比優化前有改善。由此可見，優化結構、工藝、增加刷蠟等措施，可以改善緩沖塊處鈑金腐蝕程度，但無法徹底避免鈑金腐蝕。

圖9 優化后腐蝕試驗結果

2 緩沖塊材料及其電阻率的分析

由上述分析可知，緩沖塊的安裝結構及工藝等因素不是影響安裝區域腐蝕的主要原因，通過結構和制造工藝的優化無法完全避免緩沖塊安裝孔處的腐蝕。由此推測，鈑金的腐蝕可能和緩沖塊的材料有關，緩沖塊與安裝孔處的接觸腐蝕很可能是一種電化學腐蝕[7-9]。

2.1 電化學腐蝕原理及電阻率概述

2.1.1 電化學腐蝕原理

電化學腐蝕是指金屬與環境的相互作用是電化學反應。在反應過程中有電流產生，腐蝕金屬表面上存在著陰極和陽極，由陰陽極組成腐蝕電池[10]。金屬材料在潮濕的大氣、海洋、土壤等自然環境以及酸、堿、鹽溶液和水介質中的腐蝕都屬于電化學腐蝕。

2.1.2 電阻率概述

電阻率是表示物質電阻特性的物理量。在溫度一定情況下，材料的電阻率為[11,12]。其中R為電阻；h為材料的長度（或高度）；S為橫截面積。影響電阻率的因素主要有材料、溫度、壓力和磁場等。

2.2 緩沖塊材料分析

緩沖塊一般為橡膠材質，其主要成分是原膠EPDM（三元乙丙橡膠）[13,14]，非極性材料，幾乎是絕緣材料；但橡膠中通常含有炭黑[15-17]、石蠟基油（含硫元素）、氧化鋅，氧化鎂，碳酸鈣，硅酸鹽等無機填料[18,19]等，其均是導電性物質，這導致橡膠與鈑金接觸時會產生電位差，在潮濕的大氣、鹽霧等環境中，橡膠緩沖塊與其安裝孔區域存在電解液，這滿足了電化學腐蝕電位差、接觸、電解液的三個必要條件；因此橡膠緩沖塊與鈑金產生電化學腐蝕。

橡膠材料中的金屬及金屬離子、硫含量、極性基團、含水雜質等是直接影響緩沖塊電阻率的較大因素。我們可將橡膠中導電性物質對安裝孔區域的電化學腐蝕影響，通過緩沖塊電阻率來評價。

比較不同品牌車型，我們發現，某品牌車型在使用多年后前蓋緩沖塊處鈑金未發生銹蝕現象。其內板緩沖塊安裝結構相似、內板材料相同，緩沖塊均為橡膠材質；不同點在于，通過數字萬用表（型號 Megger HIT 320-2）間接測量并計算出其電阻率很高，達到了1010Ω·cm以上；而安裝孔處發生銹蝕的車型，所用的緩沖塊電阻率很低，僅有102～105Ω·cm。由此可以推測，緩沖塊處鈑金腐蝕和緩沖塊電阻率有關。

2.3 緩沖塊電阻率對鈑金腐蝕影響試驗

根據之前分析鈑金的結構以及生產工藝不是導致腐蝕的主要因素，而緩沖塊的電阻率有可能是鈑金孔區域腐蝕的重要因素，因此針對不同電阻率的緩沖塊對安裝孔區域腐蝕影響進行鹽霧試驗[20-22]分析。靜態腐蝕模擬試驗綜合考慮了鹽霧濃度、溫度交變、氣壓、試驗周期等因素，它可以模擬整車條件下6年的實際使用工況。在本次研究中，我們借用此試驗條件。

2.3.1 試驗材料和設備

2.3.1.1 試驗材料

（1）選擇品牌一、品牌二、品牌三的三個品牌，品牌一和二分別一款車型，品牌三的A、B、C三款車型，共五組緩沖塊作為試驗對象，材質為EPDM；

（2）前蓋內板多套，材料：VW50065-CR3GI40/40-U-O，漆膜總厚度90um。

2.3.1.2 試驗設備

（1）數顯式萬用表：（a*）德國 Metra HIT和（b*）美國Megger HIT 320-2；

（2）數顯式游標卡尺；

（3）靜態鹽霧腐蝕試驗箱：德國K?hler HKT1000（如圖10所示）。

用萬用表測量出緩沖塊的電阻R、游標卡尺測出緩沖塊的直徑d以及緩沖塊高度h，計算出緩沖塊橫截面積S，根據公式分別計算出五組緩沖塊的電阻率ρ。各組測量結果以及計算出的緩沖塊電阻率如表1所示。

圖10 靜態鹽霧腐蝕試驗箱

表1 測量結果以及電阻率值

2.3.2 試驗工況

為更好的模擬實際使用中的盡可能出現的工況，腐蝕試驗采用循環交變的方式，在圖6所示的試驗箱中通過應用程序控制模擬不同的氣候；總共進行60個鹽霧交變循環周期。一個實驗循環周期共24h，其中包括4h的中性鹽霧實驗，4h的標準氣候存放以及16h的濕熱交變存放。每5個循環周期后在標準氣候下存放2d，完整的腐蝕試驗需要花費12w。具體試驗要求如表2所示。

表2 試驗工況

在試驗過程中，前蓋內板向上傾斜且考察區域朝上放置，避免考察區域表面出現積液的情況。各前蓋內板之間的距離需確保鹽霧能自由沉降在所有內板上，且內板表面的鹽水溶液不應滴落在其他任何零件上。內板彼此互不接觸，也不得和其他金屬或吸水的材料接觸。內板的支架材料采用惰性的非金屬。

表3 靜態腐蝕試驗結果

2.3.3 試驗結果

60循環靜態腐蝕強化模擬試驗后，檢查記錄各組試驗腐蝕結果，如表3所示，品牌三的車型出現不同程度的腐蝕，鈑金均出現紅銹，緩沖塊上存在銹水；而品牌一的車型和品牌二的車型試驗后鈑金沒有出現腐蝕現象。

從試驗結果可以看出，品牌三的車型緩沖塊電阻率小于（包含）105Ω·cm時，緩沖塊鈑金區域均出現不同程度的腐蝕；品牌一的車型以及品牌二的車型未出現腐蝕現象。

為了研究緩沖塊電阻率對鈑金腐蝕影響的臨界點，又分別對電阻率為1010Ω·cm、109Ω·cm、108Ω·cm、107Ω·cm、106Ω·cm級的緩沖塊進行相同的腐蝕試驗，最終測得臨界點為1010Ω·cm，其變化趨勢如圖11所示。

圖11 電阻率與腐蝕程度趨勢

由以上試驗可得出，緩沖塊電阻率越高，鈑金的接觸腐蝕風險越小，當緩沖塊電阻率達1010Ω·cm級別時，在試驗周期內，鈑金無腐蝕現象。

3 結語

本文通過靜態腐蝕模擬試驗驗證了鈑金結構以及制造工藝等，不是導致鈑金安裝孔區域生銹的根本原因，緩沖塊材料本身的電阻率才是影響鈑金生銹的根源。緩沖塊電阻率越低對鈑金的接觸腐蝕影響越嚴重。本文的研究成果解決了轎車前蓋緩沖塊安裝孔區域鈑金生銹的問題，提升了汽車的防腐及外觀品質，減少了客戶的投訴，提升了車企及其車型的品牌價值和競爭力；為類似橡膠件與金屬板材的接觸腐蝕提供了新的解決思路，也為橡膠件在電化學腐蝕領域的研究拓展帶來積極意義。