文/郭静 编辑

    随着汽车行业的发展，汽车已经逐渐成为人们出行必不可少的交通工具，2012 年中国汽车产量1927.18万辆，成为世界最大汽车生产国，带动了上下游产业的发展。然而，汽车在服役过程中发生的腐蚀现象，给人们带来了很大的安全隐患。调查表明，腐蚀损坏是汽车损坏中最为普遍和严重的现象，尤其是在沿海地区以及工业发达地区，腐蚀已经成为影响汽车使用寿命的主要原因，2013年汽车腐蚀造成的经济损失达1700多亿元。为了有效提高汽车的防腐性能，确保汽车在行驶过程中的安全，人们研究了许多汽车防腐蚀技术和汽车寿命评估技术。本文从汽车腐蚀形式出发，论述几种汽车寿命评估试验手段与汽车防腐蚀技术。

    汽车的腐蚀类型

    汽车金属材料表面涂层脱落，基体裸露出来以后，由于空气中存在的一些水蒸气等腐蚀介质，使得在汽车金属材料开始生锈，发生全面腐蚀。汽车腐蚀中另一最常见的破坏形态是局部腐蚀，它的特点是腐蚀仅局限于金属的某一特定部位，包括点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。这些腐蚀发生的原因有多种，有的由于汽车行驶的环境中存在腐蚀介质（盐分和水蒸气等），有的由于汽车不同材料间的搭接，存在缝隙，缝隙内外氧含量、离子浓度不同；有的因为存在着负载应力，应力与腐蚀相互促进；有的因为汽车上两种或两种以上不同金属在导电介质中接触，各自电极电位不同而构成腐蚀原电池；有的因为零件表面在摩擦过程中与周围介质发生化学或电化学反应，尤其是当介质中存在氯离子等时，反应速率更快。当这些局部腐蚀扩展到一定程度后，会导致整个基体腐蚀，严重的甚至贯穿整个材料，导致材料脆化，断裂等失效。

    汽车的腐蚀部位及其因素

    汽车在行驶的过程中，由于外界环境中湿气、温度、光照、酸碱度、砂石冲击等因素的影响，并且不同的金属零件所处局部环境的不同，受到的腐蚀因素不一样，因而其腐蚀情况也有所不同。

    发动机部位

    汽车在行驶过程中，一方面由于发动机受到来自路面的积水、泥浆的倾入，并通过轮系甩到各个部位，造成发动机舱部件处于腐蚀介质中，泥浆等杂质长时间附着在零部件上，泥浆附着易使得镀锌板表面产生复杂的局部腐蚀，若泥浆中含有氯离子，腐蚀将加重。另一方面，雨天、下雪天等恶劣天气时水蒸气相对较多，发动机处湿度较大，水蒸气与材料形成水膜， 发动机所处温度较高，而温度极易影响水膜的形成，同时也影响水膜处腐蚀气体和污染物的溶解度，这将进一步影响发动机处水膜的电阻和腐蚀电池中阴极和阳极的氧化还原反应的进行，直接或间接的影响腐蚀速率。发动机一般不受到砂石和光照的影响，但其密封性不强，容易受潮湿环境的影响，因而考虑的主要是湿热、盐雾腐蚀的影响。

    底盘部位

    汽车底盘主要受到砂石的冲击、湿热、盐雾、干湿交替的影响而造成破坏， 污垢容易藏于底盘处，严重时有泥浆，破坏更加明显。由于底盘最接近路面，经常伴有泥浆的存在，泥浆附着在金属表面构成了不同于大气腐蚀、水介质腐蚀和土壤腐蚀的特殊体系，其腐蚀的过程是大气腐蚀、水介质腐蚀和土壤腐蚀的三种体系的综合腐蚀。在此腐蚀的过程中，由于砂石的冲击和汽车的振动容易将锈层等腐蚀产物脱落，暴露出新的基体，这样加速了新一轮过程的腐蚀，如此循环，底盘的金属部分很快会出现生锈的现象，生锈之后锈层脱落，加速底盘损坏，并且不易补救。

    车身部位

    汽车车身相对离地面远一些，受到的力学冲击相对较少，车身面板腐蚀多表现为斑状腐蚀，一开始涂层鼓泡脱落，随后破裂生锈。若车身钢板搭接不良，使泥沙、盐水和灰尘等在此堆积，则易产生缝隙腐蚀。车身金属主要受到湿热、盐雾腐蚀的影响，在雨天以及涉水路况时，汽车车身可能会有盐雾腐蚀。汽车车身受到的强烈的太阳光辐照，虽然光照对金属的影响不大，但对车漆有较大的影响，主要考虑到紫外光照引起的老化。另外，如果汽车折叠焊接处涂层不完整，密封不严，容易使水、气极易进入，故常有自内向外的穿透腐蚀发生。

    车身内外饰

    车的内外有很多缝隙之处，容易存在灰尘，雨水，泥土等的堆积，这些堆积物的存在，不仅影响美观，也易造成缝隙腐蚀。

    驾驶室部位

    驾驶室的条件相对较好一些，主要是受湿热的影响，另外，人们带入的杂物、污泥的影响会导致腐蚀。

    汽车腐蚀试验方法

    汽车腐蚀试验是汽车及其材料或零部件的耐蚀性能和使用寿命的评价方法，国外目前采用的汽车腐蚀试验项目大致有： 户外自然暴露试验、整车道路强化腐蚀试验和室内加速腐蚀试验。

    户外自然暴露试验

    户外整车或零部件暴露试验，包括整车或零部件在工业大气、海洋气候和热带湿热气候等条件下的静止暴露试验。自然环境下的暴露试验的优点是较能反映现场实际情况，所得到的数据直观、可靠，可以获得户外自然环境下材料的腐蚀特征和规律，可以用来评估试验环境下材料的使用寿命，为合理选材、有效设计和产品防护标准提供依据。但是大气腐蚀暴露试验存在试验周期长、区域性强的问题，不利于快速进行材料耐蚀性能的评价。

    整车道路强化腐蚀试验

    整车道路强化腐蚀试验是综合考虑整车的实际情况的试验，在试验场内进行碎石路行驶、盐水路行驶、盐雾喷射、温湿环境舱停放等，通过模拟真实的道路情况进行试验，腐蚀情况根据汽车的腐蚀程度进行评级，通过整车道路强化腐蚀试验评价汽车产品在结构设计、材料选用和防护工艺等方面的性能。汽车整车道路腐蚀试验腐蚀评级基准表如表1。汽车整车在典型环境下大气暴露试验表明，汽车整车道路腐蚀试验，能有效的模拟真实大气环境中的太阳辐射、沙尘暴、温度湿度、腐蚀介质变化等因素，整车外观、内外饰材料的腐蚀老化特征具有明显差异。

    室内加速腐蚀试验

    室内加速腐蚀试验是在室内对汽车零部件和整车进行的腐蚀加速试验，包括按ISO、IEC、ASTM、JIS和DIN等有关标准进行的盐雾试验，中性盐雾试验（NSS）是目前应用非常广泛的，虽然NSS与实际的自然环境腐蚀的相关性较低，但其仍是被汽车行业普遍认可的腐蚀基础试验。最初盐雾试验的目的是用来鉴定各种电镀层的质量和保护性能，现在这种试验已经扩展到有机涂层、防锈油脂、金属材料、甚至元件和完全装配好的设备，应用非常广泛。

    通过中性盐雾试验加恒定湿热条件（潮湿环境的渗透、温度的控制）使盐雾腐蚀不但发生在表面，也发生在产品内部，这样，可模拟海洋环境对汽车的耐蚀性能。盐雾试验过后，对材料的破坏程度进行划分等级，分为非常轻度、轻度、中度、重度四个等级，通过盐雾试验结果与零部件实际腐蚀情况进行分析，制定零件盐雾腐蚀评价等级标准。

    虽然盐雾试验具有很好的加速性，但其无法模拟干湿交替的情况，无法模拟高温干燥，高温高湿以及沙尘路况等情况， 与实际使用环境腐蚀的相关性较低。因此，近些年来，越来越多的汽车整车厂采用新的循环腐蚀试验取代原有的中性盐雾试验。循环腐蚀试验（CCT）是在恒定盐雾试验基础上引入了高温、湿度；低温、干燥等参量，部分标准中还加入了紫外、氙灯等老化因素，尽可能考虑自然环境中的各种环境因素，旨在提高试验结果与自然环境腐蚀的相关性。

    环境谱腐蚀试验

    发动机、底盘、车身和驾驶室等不同部位的腐蚀环境不同，对此制定相对应的典型零部件腐蚀环境谱加速试验方法， 进而建立与整车腐蚀试验相对应的典型零部件加速腐蚀试验方法，以及建立与整车腐蚀试验典型零部件等效的腐蚀等级关联性。

    一方面，对汽车发动机、底盘、车身、电气设备及内饰等不同材料的零部件在服役环境中的主要腐蚀影响因素及作用情况进行分析，得到实际服役过程中出现的腐蚀损伤形式及特征，通过合理的准则和方法建立新加速试验环境谱与标准试验条件，明确不同环境条件下的加速影响因素，通过对比试验建立能够大大缩短标准试验条件下腐蚀历程的时间，以达到对汽车腐蚀性能快速评价的目的。

    另一方面，进行汽车的整车试验， 建立整车与零部件之间腐蚀失效关系，确定两者的加速倍率，实现可通过汽车零部件的腐蚀情况预测整车腐蚀行为，进而可由零部件在腐蚀介质中的寿命来预测整车使用寿命，大大简化整车使用寿命测试流程。

    通过室内静态盐雾试验，周期浸润试验，高低温湿热试验，砂尘试验，高分子老化试验，对具体的零部件进行模拟，充分进行腐蚀性能验证，具体的零部件建立具体的环境谱试验，这样，最终和整车试验的具体零部件进行对比，分析其腐蚀倍数及腐蚀规律。

    环境腐蚀的主要模块有：

    （1）砂尘试验

    砂尘试验主要针对的是汽车在行驶过程中，砂石对汽车表面金属冲击造成的腐蚀。当汽车发生腐蚀后，有些腐蚀产物可以有效保护基体的进一步腐蚀，然而由于砂石的撞击，将腐蚀产物冲掉，这样，加速了新的腐蚀，尤其是汽车底盘及车轮附近。汽车挡泥板等易受砂石冲击处的金属部位，在冲击后，腐蚀情况将更加严重， 腐蚀与砂石的冲击反复循环，将基体形成严重的穿孔，砂尘试验可以和盐雾试验和周浸试验有机结合起来，模拟汽车的实际腐蚀，对于砂尘试验模拟路况，目前国内外研究较少，有待于进一步的研究。

    （2）高低温湿热试验

    模拟汽车不同温度不同湿度下的腐蚀，由于世界各国气候差异较大，汽车所处的环境不一样，而温度，湿度也是影响汽车腐蚀的一个关键因素。研究不同温度不同湿度对汽车的腐蚀，通过对镀锌钢板在加速试验下的腐蚀情况和实际腐蚀情况进行对比，发现相同温度下不同湿度对汽车的腐蚀有很大的影响。目前广泛使用湿热试验作为室内大气腐蚀加速试验，这对模拟湿热地区的大气腐蚀具有一定的适用性。湿热试验方法分为恒定湿热试验和交变湿热试验两种。在此基础上还可通入腐蚀性气体（SO2，H2S，CO2等），模拟化工气体进行腐蚀试验。

    （3）周期浸润试验

    干湿周浸循环试验具有湿润和干燥的循环过程，能够较好的反映大气腐蚀的特点和模拟材料在自然环境中的实际条件，是一种确定金属在盐溶液中，无外加应力下耐蚀性的方法，周浸试验有效模拟雨天、下雪天、泥浆、雨水等间断性附着在汽车表面，在周浸试验过程时，样品由湿变干的过程中由于其表面与氧气接触充分，直接加速了腐蚀反应，有效模拟了一些干湿交替的环境。因此，利用周浸试验模拟汽车干湿交替的过程是十分有意义的，用周浸试验模拟汽车在涉水路段，雨天，雪天的腐蚀情况，可有效的分析汽车腐蚀的规律。

    （4）氙灯/紫外老化试验

    对于高分子材料考察其暴露于日光、冷热、风雨等气候条件下的耐久性，室内采用人工气候老化试验，通常采用的是氙灯/紫外老化试验，通过模拟光能、温度、降水或凝露、湿度等气候因素进行强化试验，通过氙灯或紫外荧光灯照射模拟日光的紫外照射，周期性地向试样喷洒水、盐溶液来模拟降水及盐粒子的作用。

    可以针对整车腐蚀试验过程中所涉及的发动机、底盘、车身和驾驶室等不同部位腐蚀环境，明确不同部位环境谱模块。

    （1）发动机部位：在整车腐蚀试验过程中，不受到砂石和光照的影响，由于密封性不强，需考虑湿热、盐雾腐蚀试验模块的影响。确定该部位零部件环境谱腐蚀试验：湿热+盐雾；

    （2）底盘部位：在整车腐蚀试验过程中，会受到砂石冲击破坏、湿热、盐雾腐蚀的影响，同时盐水浸泡的干湿交替腐蚀影响明显，可忽略光照的影响。确定该部位零部件环境谱腐蚀试验：砂尘+湿热+周浸+盐雾；

    （3）车身部位：在整车腐蚀试验过程中，会受到湿热、盐雾腐蚀的影响，同时油漆表面车身必须考虑光照的影响。确定该部位零部件环境谱腐蚀试验：湿热+紫外（或氙灯）+盐雾；

    （4）驾驶室部位：在整车腐蚀试验过程中，驾驶室相对密封条件较好，受到湿热影响，但相对而言盐雾腐蚀的影响较小，可不考虑光照的影响。确定该部位零部件环境谱腐蚀试验：湿热+盐雾。

    气体腐蚀试验

    针对汽车车身上的钢合金、无机覆盖层、油漆涂层等零件，根据汽车经常处于气体环境工作的零件进行检测，例如汽车尾气处，SO2，CO2等气体较多，遇水蒸气易结合为污染杂质，通过气体腐蚀试验， 可以检测其耐酸性气体等的腐蚀性能，酸性气体如SO2，CO2，NO2等溶解在金属表面的水膜处，形成酸性溶液或盐类来加速金属的腐蚀。气体腐蚀试验对于模拟酸雨严重、情况复杂的气候地区有一定的实际意义。

    汽车的防腐措施

    汽车设计引入防护概念

    汽车的防腐蚀，最理想的方案是避免腐蚀介质的出现，在汽车的结构上，尽量避免杂质等的堆积，避免积水，灰尘的汇集，防止泥沙积存滞留。同时也要避免比较尖锐的边缘出现，因为涂层在这些部位难以取得良好的覆盖效果，受冲击后，漆膜容易脱落，使基体产生腐蚀。

    材料的选择

    汽车绝大多数材料是钢铁材料，采用单面或双面镀锌板，锌在腐蚀环境中可以起到保护基体的作用，并在表面形成耐腐蚀性良好的薄膜，经镀锌之后的钢材，使用寿命大大延长。研究表明，镀锌板的镀层具有良好的阻止大气腐蚀的性能，一是因为发生微小的腐蚀后形成一层薄且致密的腐蚀产物， 该层腐蚀产物隔开大气与锌板的接触，二是由于镀锌板的标准电位负于钢铁基体，对基体起到牺牲阳极的电化学保护作用，有效保护基体，防止其腐蚀。

    随着各种新型耐蚀材料的开发及其应用，针对汽车上不同的部位所受到的腐蚀因素采用不同的耐腐蚀材料，可有效增加汽车整体的防腐蚀性能，例如利用纳米粉体材料具有较强紫外光反射的特性，将纳米粉体按一定比例加入到涂料中，可以有效地遮蔽紫外线，免受紫外光过渡损害。减少异种金属间的接触可避免异种金属产生电偶腐蚀。在不同装备金属板带或零部件上涂镀一层带有一定性能的涂镀层， 不仅使金属基体与环境隔离，而且可获得人们预期的与基体完全不同的全新性能。特别是一些阳极性镀层，除了阻隔作用之外，还有牺牲阳极的保护作用。当这种镀层材料处于腐蚀环境下，腐蚀优先发生在阳极镀层，对基体金属起到电化学保护作用，从而延其使用寿命。

    表面的处理

    汽车的表面处理技术主要是阻碍金属基体与外界腐蚀介质的接触，绝大多数金属腐蚀发生的开始部位都在金属与环境介质的接触界面。

    1963年美国Diamond ShamrpCorp USA 公司为了解决冬季汽车行驶过程中汽车底盘零件因接触含盐分的雨雪而发生锈蚀， 威胁车辆运行安全而发明了一种金属表面防护技术-达克罗涂层技术，这项技术通过在金属的表面涂覆一层锌铬膜，通过锌铬膜阻碍金属与外界腐蚀介质接触。

    汽车的一些死角处空气不流通，容易堆积水分杂质等，使用汽车防锈蜡，能有效的把污染物与汽车基体隔离开来，防止潮湿的杂质与金属基体接触，从而有效避免腐蚀。

    目前大多数汽车企业采用涂装技术对汽车的表面进行改性，涂装技术主要运用在汽车的外表，分为三个步骤：第一步是通过物理和化学方法进行预处理；第二步是通过电泳沉积、喷涂、静电喷涂或静电粉末喷涂手段让各类有机涂料涂覆于汽车基材表面；第三步是有机涂层加热固化， 使其牢固地附着于汽车外表，并且呈现出绚丽多彩的外观。

    阴极保护技术

    车身碳钢板是汽车比较容易腐蚀的部分，而这部分的腐蚀主要是吸氧腐蚀，受损的裸露钢材表面腐蚀成阳极，为了减少和避免腐蚀的发生，车身外部主要采用磷化、面漆、阴极电泳涂装，车身内部主要采用电泳漆。

    日常维护保养

    汽车的日常维护是汽车防腐蚀的一个关键措施，避免长时间暴晒及雨淋汽车， 及时清理汽车的杂质。