汽车腐蚀与防护：汽车什么地方好腐蚀？如何防止汽车金属零件的腐蚀，非金属内饰老化？
随着全球经济的不断发展，汽车的使用越来越普及，已经成为现代社会重要的交通工具。特别是中国进入二十一世纪后，其增长率每年超过10%，而其目前的库存已经达到2亿8000万。汽车的主体是金属材料，如钢和铝。这些金属材料在使用过程中会逐渐腐蚀，不仅影响装饰的外观，而且影响功能和安全性（图1和图2），这将引起用户对主机厂的投诉，影响品牌形象，给汽车工业带来经济损失。在汽车发展中，提高汽车的质量和延长汽车的使用寿命是各国追求的目标之一。汽车零部件制造所用的材料以金属为主，在各种使用环境条件下，金属零部件的腐蚀无论是金属材料还是非金属材料都会遇到腐蚀问题或者耐候性、抗老化等耐久性是难以避免、普遍存在的问题。随着汽车市场的不断扩大和竞争日益激烈，用户对车身用材及涂装要求越来越高，汽车用品的防腐蚀质量也越来越受到重视。汽车金属零部件在腐蚀性气体或液体环境中，其表面发生化学腐蚀或电化学腐蚀，形成腐蚀层，摩擦就会使其剥落而导致零件损坏，不仅破坏了汽车的外观，还直接影响到汽车质量和使用寿命。因此，了解汽车金属的腐蚀及如何防腐是很必要的。
一般来说，除意外交通事故或部分零部件磨损外，汽车腐蚀是汽车损坏报废常见的重要原因。
当前，我国已是世界上最大的汽车生产国和销售国。据统计，2015年中国以2450.33万辆的汽车产量位居榜首，以实现2459.76万辆汽车销量成为唯一一个销量超过两千万辆的国家。
对中国的汽车生产企业来说，出现了赶超世界一流汽车主机厂的重大机遇，同时也面临着核心技术自主创新、绿色节能汽车开发的严峻挑战。想要发展成为世界一流汽车企业，其关键一点是必须改变目前比较落后、污染大的防腐工艺技术，研究并应用环保防腐新技术，生产出环保绿色汽车，符合尽可能多的国家的相关法规，减轻对环境的危害。
一、汽车腐蚀原因
1.大气环境的影响
影响汽车腐蚀的因素复杂多变，而最主要的影响因素即是汽车所处自然环境下的大气腐蚀。一般认为，其主要影响因素有：相对湿度、温度、降雨、酸雨、氯化物和固体尘粒等。
2.道路环境的影响
道路环境包括泥沙、水、人工喷撒的融雪盐和防尘盐，它们对汽车腐蚀造成了极大影响，这也是汽车底部的腐蚀比其他部位严重的原因。
二、汽车腐蚀的危害
腐蚀不仅会破坏汽车的外观，更重要的是使零部件尺寸减薄，降低其机械强度，严重的会出现裂纹、脆性断裂和穿透，造成渗漏甚至丧失原有的功能，进而导致严重的交通事故，危及生命。此外，汽车腐蚀还会造成巨大的经济损失、社会资源(材料和能源)的巨大浪费和严重的环境污染。
(1)汽车腐蚀常给交通安全带来隐患腐蚀造成汽车零部件减薄、穿透、开裂，使其失去原有的强度，甚至失去原有功能，这就给汽车的正常行驶带来极大的安全隐患，特别是一些承载零部件、关键零部件的腐蚀破损，带来的危险就更大。例如，若汽车车底支承弹簧发生应力腐蚀破裂，汽车将失去平衡;若制动油管发生腐蚀疲劳断裂，将导致刹车失灵。上述腐蚀问题均带来巨大的安全隐患。
(2)汽车腐蚀造成巨大的经济损失汽车腐蚀造成的经济损失是巨大的。据20世纪80年代的统计，全世界每辆汽车因腐蚀造成的损失平均每年为150~250美元。中国汽车工程学会汽车防腐蚀老化分会牵头成立了由来自各大汽车企业、科研院所15人组成的汽车行业腐蚀调查专家组，完成了《汽车行业腐蚀调查研究报告》，包括汽车行业腐蚀总成本分析、汽车腐蚀环境及体系、整车动态腐蚀、车身腐蚀、动力总成腐蚀、底盘腐蚀、腐蚀老化试验、金属材料及腐蚀、非金属材料及老化、电镀防腐技术、涂装防腐技术、汽车防锈包装储运。2015年中国汽车销量2459.76万辆，平均每辆车的腐蚀成本约为6792.3~8882.3元，将产生总腐蚀成本约为1670.7亿~2184.8亿元。
(3)汽车腐蚀造成社会资源的巨大浪费汽车发生腐蚀时，均匀腐蚀使零件尺寸减薄，点腐蚀使零件出现麻点、小坑，缝隙腐蚀、电偶腐蚀使零件局部出现穿透，应力腐蚀和腐蚀疲劳使零件出现裂纹，直至断裂。腐蚀也使得非金属材料失去透明性、绝缘性等一系列特殊物理性能。为保持汽车的完好，保证其安全行驶，就要去定期修补、更换被腐蚀的零部件。汽车腐蚀越严重，零部件的修补和更换周期就越短，这必然要消耗大量的备品备件，造成各种材料的极大浪费。破旧材料的回收、再生产，备品备件的加工制作，修复部位的再次涂装等，都需要耗费大量能源，这部分能源的耗费都是由汽车腐蚀带来的额外消耗。
(4)汽车腐蚀带来严重的环境污染汽车腐蚀带来的环境污染有两层含义：一方面是由于腐蚀造成零件损坏，各种有害物质进入大气环境中造成污染;另一方面是损坏零部件后要求更换备件，增加了备件制作过程中有害物质向大气中的排放。
三、汽车腐蚀的分类
汽车腐蚀分为金属腐蚀和非金属老化。
金属腐蚀是指金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质，如制动卡钳锈蚀、发动机托架锈蚀。
非金属老化是非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下，出现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象，如安全警示按钮变色、车灯塑料罩黄化、密封胶条粉化开裂等，这是由于化学键在紫外作用下断裂而导致失效。所用材料和技术未来都应该继续向轻量化、高防腐、环保技术的方向发展。
四、汽车金属腐蚀破坏的类型
根根腐蚀现象的不同，腐蚀有许多形式。汽车常见的金属腐蚀破坏一般是以下几种类型。
1.全面腐蚀
全面腐蚀是最常见的一种腐蚀形式。它的特点是暴露的表面普遍受到或大或小一样的腐蚀，而且侵蚀的深度上也只有很小差别。
全面腐蚀现象和速度可以用试验来测定。通过试验可以得到在各种不同环境下普通汽车材料的腐蚀速度数据，通过分析，通常情况下全面腐蚀不会造成没有预见的、突然的事故。汽车车身全面腐蚀破坏主要受温度、湿度、酸性气体以及电解质等方面的影响。
2.电化学腐蚀
当两个或几个不同的金属偶合并放在电解质中，会发生严重的腐蚀破坏，这是典型的电化学腐蚀。比较活泼的金属被腐蚀而破坏。汽车由于常年裸露在大气中，在汽车各部件的表面经常会有雨水或水汽存在，这就会和大气中的碳化物、硫化物形成微电池状态而自行放电；在每一对金属中，接近活泼端的金属是阳极，阳极被腐蚀；而比较惰性的金属则得以保护。这也是汽车上所有的用电设备都采用负极搭铁，就是利用了这一原理，采用牺牲阳极法来保护设备。
3.点蚀
点蚀是在金属表面上形成无数的小孔，它是局部腐蚀的一种形式。点蚀是一种特别危险的腐蚀类型，它不但能使工件发生穿孔而失效，如果在高应力下，这点腐蚀孔就有可能成为疲劳源，使局部损伤扩展而产生疲劳断裂，这在高速行驶的汽车上是相当危险的，如汽车变速箱齿轮经常由于点蚀而造。
4.局部溶蚀
局部溶蚀是合金中有一元素优先从固溶体中溶解出来或者是一相优先腐蚀的一种腐蚀形式。例如汽车上的一些仪表由于黄铜的脱锌，材料变成以铜为基础的海绵状结构。从而使零件的强度锐减而损坏。
5.应力腐蚀
应力腐蚀是零件在机械应力与腐蚀环境的共同作用下形成的腐蚀。在各种形式的局部腐蚀中，应力腐蚀是最严重的。应力腐蚀的必需条件是：首先是对一种具有应力腐蚀敏感的合金，例高强度钢、黄铜等。其次在特殊的环境中，例如黄铜、锌离子能引起应力腐蚀。而且必须有拉应力存在，它可以是残留的或是外加的应力。例如热处理时不均匀的冷却，产生残余应力可以产生汽车底盘大梁的断裂破坏。
6.晶间腐蚀
晶间腐蚀是在材料的晶粒界面上优先发生的腐蚀。由于大多数金属材料是多晶体的，这就可能造成偏析或晶间沉淀等。晶间腐蚀的主要原因就是引起腐蚀处化学成分不一致、不均匀造成的。例如汽车自动变速箱齿轮由于奥氏体不锈钢的晶界处缺铬，则特别容易引起晶间腐蚀。
五、汽车金属的防腐方法
汽车金属防腐方法一：钢制件的发蓝处理
将钢制件放在空气——水蒸气或化学药物溶液中加热到一定温度，在其表面就会形成一层黑色或蓝色的氧化膜，从而改善钢制件的耐蚀性，这种工艺就称为发蓝处理。如把钢制件放入氧化剂（NaNO2、NaNO3）和烧碱的溶液中，在140-150℃温度下，保持60-120分钟，在钢制件表面就会生成一层以Fe3O4为主的多孔氧化膜，这层膜与金属表面结合牢固，再经浸油处理填充氧化膜中孔隙后，就能有效地抵抗腐蚀气体的腐蚀。发蓝处理广泛应用于汽车机械零件、汽车仪表零件等的防腐。
汽车金属防腐方法二：镀锌
锌是一种灰白色的金属，在干燥空气中很稳定，在潮湿空气中易与二氧化碳和氧作用，生成碳酸锌和氧化锌薄膜，这层薄膜能防止锌继续损坏。锌的电极电位比铁低，对钢铁零件能起保护作用。目前，镀锌广泛用于在大气中工作的汽车钢件及与铝合金接触的钢件。
汽车金属防腐方法三：铝合金件的阳极氧化法
将铝制品放在硫酸电解液槽的阳极上，通以电流，使零件表面生成一层氧化膜，这种方法称为阳极氧化法。图1为阳极氧化示意图。
阳极氧化法形成的氧化膜与基体金属结合牢固，不仅提高了铝制品的耐蚀性，还增加了表面的耐磨性。由于氧化膜的多孔性，具有较强的吸附油漆的能力，是良好的油漆底层。氧化膜的孔隙还可以吸附各种染料，经着色填充处理，使表面获得各种美丽的色彩。
阳极氧化法广泛用于汽车上的各种铝制件的防腐。
汽车金属防腐方法四：钝化防腐处理
车身部分具有金属表面，并且其中这些金属表面以金属表面积计不少于90%是由锌、镁和铝或这些金属相互之间的合金或与其它合金元素的合金组成，在该方法中，对所述的车身进行清洗、钝化和上漆，其特征在于，将车身引入与一种水溶液接触以便钝化，对于汽车仪表中的铜制件，如螺钉，垫片、齿轮等，常采用铜合金的钝化处理，它是将铜制件浸入氧化剂（铬盐及硫酸混合液）溶液中处理2-3分钟，制件表面即生成化学稳定性较高的钝化膜，从而提高其防腐能力。
钝化防腐处理经济、操作简单、不影响零件尺寸，所以在汽车制造过程被广泛采用。
六、汽车金属防腐蚀的发展趋势及展望
随着汽车新工艺、新材料等的研究与开发，汽车金属的防腐蚀呈现了日新月异的发展。将会向以下几个方向发展：
（1）高性能和多功能化的防腐涂料将会在汽车领域中广泛应用。高性能和多功能化的防腐涂料不仅可以提高汽车的外观质量，更重要的是提高汽车的内在质量，抗腐蚀，延长了汽车的使用寿命。采用的防腐涂料将会从传统型转向环保型，单一品种多功能化，即单一品种同时会具有高温防腐、高弹性、抗静电、无毒等多项功能。如太阳能屏蔽防腐蚀涂料、阻尼防腐蚀涂料、可剥性防腐蚀涂料、耐气候防腐蚀聚氨酯涂料、阻燃导静电耐温防腐蚀涂料等。
对使用寿命要求达到10年甚至15年以上的，而且适用于非常苛刻腐蚀条件的防腐涂料的需求将会急剧增加，高性能和多功能防腐蚀涂料将在汽车上得到广泛使用。
（2）汽车制造中将会大量采用抗腐蚀性能强的金属基复合材料。金属基复合材料不仅具有高的比强度、高的比模量、低的热膨胀系数、良好的高温性能、优异的导电导热性和良好的尺寸稳定性，而且具有一般金属材料所不能比拟的高抗腐蚀性能。这类材料将会逐渐被广泛地应用到汽车工业当中去。
（3）随着新材料的研究与开发，在汽车生产中将会逐渐利用一些新材料来替代部分金属材料。像高强度与高弹性模量的复合材料具有和金属材料相近的机械性能，同时在一定条件下有金属材料所不能比拟的优点，如耐腐蚀、易于涂装等。所以，像汽车车身防腐蚀的主要发展方向就是利用复合材料来替代部分金属材料。如玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料、陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料等。
目前在汽车上已经普遍应用的主要是玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料(SMC)，像陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料等在汽车上的使用仍处于试验阶段，如用碳纤维复合材料(CFRP)制作的车身、传动轴、悬挂片簧、车门等，在不久的将来将可大量应用。展望未来，以后也许我们的汽车不需用金属材料来制造，困扰人们多年的由于汽车的金属腐蚀而对大家所造成的破坏及损失将会不复存在。
七、汽车非金属老化的破坏
汽车在使用过程中会不可避免地受到环境作用的影响，如同其他工业产品，汽车的使用性能会随着时间的推移逐步降低，材料、零部件、汽车整车逐步老化。气候老化是(主要指光老化)由光、热、水等环境气候因素引起的老化。
目前，我国在汽车内外饰材料的人工加速气候老化试验标准方面还较为欠缺：一是我国的汽车工业起步较晚，对于内外饰材料的老化研究还不够；二是目前我国还是以配套加工为主，自主研发较少，对于内外饰材料的人工加速气候老化试验主要还是采用外国汽车厂商的标准。
八、汽车内外饰件主要失效模式及原因分析
汽车内、外饰零部件产品种类众多，由于材料本身分子结构存在一些弱点，在环境（光、热、雨水和氧气等）因素作用下，不可避免地会产生老化现象。文章介绍了汽车环境老化试验，总结了整车自然暴晒试验温度区域分布规律及常见汽车非金属材料环境老化失效外观变化种类，并针对常见汽车非金属内外饰件及用材主要失效模式及原因进行了分析，提出预防和改进措施。
由于汽车在使用过程中会不可避免地遭遇环境，受到环境作用的影响，如同其他工业产品，汽车的使用性能会随着时间的推移逐步降低，材料、零部件、汽车整车逐步老化。气候老化(主要指光老化)由光、热、水等环境气候因素引起的老化。汽车用内外饰件材料以高分子材料（塑料、橡胶、胶粘剂、织物等）为主，内外饰件的环境老化问题主要就是高分子材料的老化问题，对内外饰件环境老化问题分析从根本上来说就是高分子的老化分析。
九、汽车内饰高分子材料的老化
高分子材料的老化是指高分子材料在储存和使用过程中，由于内外因素的综合作用，逐渐失去原有一些性质，使性能劣化的现象。根据老化原因，高分子材料主要有以下一些老化情况：
①光老化：日光是导致高分子材料老化的主要因素，尤其是使用在室外的高分子材料。在光的作用下，高分子化合物由于吸收光能而发生光化学反应，使化学键破坏。光波波长越短，能量越高，对化学键的破坏能力也就越强。
②热老化：热的作用不仅能使共价键断裂，导致大分子裂解，也能使大分子间产生交联，还能加速高分子化合物氧化，从而使高分子材料发生热老化。
③氧化：许多高分子材料被大气中的氧或臭氧所氧化，致使高分子链断裂而发生氧化型老化。高分子材料被氧化的程度与高分子化合物的化学结构有关，也与氧或臭氧在高分子材料中的扩散与吸收的速度有关。一般情况下，具有不饱和碳链的高分子化合物比具有饱和碳链的高分子化合物容易老化；构造疏松的高分子材料比构造紧密的高分子材料容易老化。
④侵蚀：一般高分子材料抗侵蚀能力都比较强，但也有一些高分子材料在一定条件下会受到侵蚀。高分子材料所受到的侵蚀有化学侵蚀和生物侵蚀。高分子材料受到某些化学物质作用时，高分子链产生化学变化，而使性能变劣；一些微生物在一定温度和一定湿度条件下，会使某些高分子材料霉变，发生降解反应，导致老化。
高分子材料的光老化过程的初期老化缓慢，人眼不易观察到，老化初期主要是聚合物吸收紫外光，产生高分子自由基，随后以自由基链式机理，直接或通过氧作用发生降解，交联反应，并伴随有羟基，烃基等降解产物生成；老化后期，由于大量羧基，羟基等生色基团增加了对紫外光的吸收，加速老化进程，以致产生进一步的降解、交联，使高分子材料变色、龟裂、力学和物理性能下降。
十、高分子材料老化实例分析
1.ABS变形分析
变形的主要原因在于ABS材料出现了问题，而ABS注塑加工过程影响不是很大，可能的原因如下：
a）ABS原料问题。聚合时丁二烯(三种成分中最便宜得)含量过多，导致玻璃化温度降低，或者是三种物质聚合时分子量不够大。由于分子量小，玻璃化温度低，但流动性好，还有材料中添加的增塑剂也会使热变形温度降低；
b）回用料的添加。就是报废的ABS料被打碎和原料混合来做新模具，因为ABS被打碎，所以很多高分子被打断，而平均分子量会降低，注塑时的流动性会很好，很容易加工，也能增加材料的韧性，但是分子量低了材料的性能会降低，其中硬度、缺口强度、玻璃化温度都会变低，同时也会出现色差。
2.高温老化激发的主要失效
高温对公司材料激发的主要失效如下（首先变形是完全不能发生的）：
ABS：主要激发自动氧化，由于试验箱内光线弱，对光氧化激发不大，呈现为变色；
PC：激发效果不大，激发少量热裂解，由于箱内湿度不大对水解激发不大，同时对光氧化激发也不大，呈现为变色；
PMMA：激发少量热裂解；
橡胶：激发自动氧化，少量光氧化和热裂解，对交联有一些影响；
硅胶：相对稳定，激发少，可能会造成一些脱水。
3、预防和改进措施
1）.内、外饰零件耐老化的技术要求
汽车内、外饰零件设计人员应掌握必要的材料老化知识，对零部件老化性能进行合理的定义，避免因提出过低或过高的要求而导致质量问题或成本浪费。比如，地毯因阳光照射很少，老化要求就不用定义很高。应考虑零件在整车上所处的位置(接受阳光照射的情况)，而不能仅考虑材料本身的老化性能。
2）.内、外饰材料的选择
根据内、外饰零件老化性能要求，选择合适的材料，当然同时要综合考虑零件的其他各项功能性要求。对于一些可满足各项功能性要求、而耐老化性能不足的材料，可以对材料配方进行微调，加入～些光稳定剂之类的助剂，这些技术目前都已经比较成熟。
3）.耐老化性能的充分验证
需要对内、外饰零件的耐老化性能进行充分的验证、评价，否则会存在较大的质量风险。首先，测试方法很重要，要选取合适的测试条件，以更好地反映、贴近实际的使用状态。其次，考察要全面，不仅要对材料进行耐老化测试，还要对零部件以及整车进行耐候性测试和评价。第3，采取综合的试验方式，不仅要进行室内的加速老化测试，还要开展户外曝晒试验，用户外曝晒试验结果校正室内加速试验方法的结果。
4）.生产过程的质量监控
即使通过了相关的老化测试，也不表示该零件今后就不会出现问题了，还需要通过加强产品过程质量控制，保证材料和生产工艺等不发生变化，从而使产品质量保持稳定。
为保证汽车服役寿命，国内外各汽车厂商对汽车防腐目标及寿命提出了要求，防腐目标基本为4~6年无表面锈蚀，10~13年无穿孔及功能腐蚀失效。
十一、汽车腐蚀与防护的发展概况及展望
汽车防腐蚀与企业形象、品质、成本、市场表现、用户感知等因素相关，车身、部件的锈蚀直接影响汽车的使用寿命、安全，因此国内外各整车企业十分重视，并把整车腐蚀与防护作为一个系统工程来建设。
随着中国品牌汽车的快速发展，以及汽车“三包”法规的实施，消费者对汽车的品质要求越来越高。汽车的腐蚀与老化，消费者一眼就能感知到。不少汽车企业出现了重大腐蚀召回事件，汽车腐蚀已成制约汽车企业提质发展的关键因素。
由于我国汽车腐蚀与防护技术起步比较晚，目前无论行业还是汽车企业，与腐蚀防护有关的技术积累也比较少，与世界先进的汽车生产国家相比，我国汽车企业普遍缺乏对我国各种大气环境(汽车服役环境)的针对性研究，没有提出差异性的技术要求，在汽车防腐蚀设计、防腐蚀技术应用、防腐工艺制造、腐蚀试验方法及评价、防护包装技术等方面还存在一定差距。
汽车腐蚀与防护是涉及材料、冶金、环境、力学、结构设计、设备等多学科交叉渗透的边缘性技术科学，汽车腐蚀与防护发展离不开从事金属材料理论和防护科学研究、技术开发、生产和管理等领域的高级技术人才。
图1汽车防腐蚀技术标准体系
国内各主要汽车企业已开始重视腐蚀与防护，都陆续设立了专门的研究开发团队。2015年12月3日，中国汽车工程学会成立了汽车防腐蚀老化分会，组织对腐蚀与汽车行业经济、安全的关系研究，对汽车腐蚀与老化方面的理论、宏观管理、行业发展、法规政策等软科学的研究，建立了贯穿汽车产品规划、设计、制造、运输及储存、使用等整个生命周期的标准体系(图1)，加强了与国内国际相关行业交流，促进了我国汽车工业防腐蚀技术进步，促使中国汽车向更高品质发展。
本文摘编自“十三五”国家重点出版物出版规划项目中国腐蚀状况及控制战略研究丛书之中国汽车工程学会汽车防腐蚀老化分会组编《汽车腐蚀与防护工程》文前及第一章，内容有删减。
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