汽車腐蝕與防護：汽車什么地方好腐蝕？如何防止汽車金屬零件的腐蝕，非金屬內飾老化？
隨著全球經濟的不斷發展，汽車的使用越來越普及，已經成為現代社會重要的交通工具。特別是中國進入二十一世紀后，其增長率每年超過10%，而其目前的庫存已經達到2億8000萬。汽車的主體是金屬材料，如鋼和鋁。這些金屬材料在使用過程中會逐漸腐蝕，不僅影響裝飾的外觀，而且影響功能和安全性（圖1和圖2），這將引起用戶對主機廠的投訴，影響品牌形象，給汽車工業帶來經濟損失。在汽車發展中，提高汽車的質量和延長汽車的使用壽命是各國追求的目標之一。汽車零部件制造所用的材料以金屬為主，在各種使用環境條件下，金屬零部件的腐蝕無論是金屬材料還是非金屬材料都會遇到腐蝕問題或者耐候性、抗老化等耐久性是難以避免、普遍存在的問題。隨著汽車市場的不斷擴大和競爭日益激烈，用戶對車身用材及涂裝要求越來越高，汽車用品的防腐蝕質量也越來越受到重視。汽車金屬零部件在腐蝕性氣體或液體環境中，其表面發生化學腐蝕或電化學腐蝕，形成腐蝕層，摩擦就會使其剝落而導致零件損壞，不僅破壞了汽車的外觀，還直接影響到汽車質量和使用壽命。因此，了解汽車金屬的腐蝕及如何防腐是很必要的。
一般來說，除意外交通事故或部分零部件磨損外，汽車腐蝕是汽車損壞報廢常見的重要原因。
當前，我國已是世界上最大的汽車生產國和銷售國。據統計，2015年中國以2450.33萬輛的汽車產量位居榜首，以實現2459.76萬輛汽車銷量成為唯一一個銷量超過兩千萬輛的國家。
對中國的汽車生產企業來說，出現了趕超世界一流汽車主機廠的重大機遇，同時也面臨著核心技術自主創新、綠色節能汽車開發的嚴峻挑戰。想要發展成為世界一流汽車企業，其關鍵一點是必須改變目前比較落后、污染大的防腐工藝技術，研究并應用環保防腐新技術，生產出環保綠色汽車，符合盡可能多的國家的相關法規，減輕對環境的危害。
一、汽車腐蝕原因
1.大氣環境的影響
影響汽車腐蝕的因素復雜多變，而最主要的影響因素即是汽車所處自然環境下的大氣腐蝕。一般認為，其主要影響因素有：相對濕度、溫度、降雨、酸雨、氯化物和固體塵粒等。
2.道路環境的影響
道路環境包括泥沙、水、人工噴撒的融雪鹽和防塵鹽，它們對汽車腐蝕造成了極大影響，這也是汽車底部的腐蝕比其他部位嚴重的原因。
二、汽車腐蝕的危害
腐蝕不僅會破壞汽車的外觀，更重要的是使零部件尺寸減薄，降低其機械強度，嚴重的會出現裂紋、脆性斷裂和穿透，造成滲漏甚至喪失原有的功能，進而導致嚴重的交通事故，危及生命。此外，汽車腐蝕還會造成巨大的經濟損失、社會資源(材料和能源)的巨大浪費和嚴重的環境污染。
(1)汽車腐蝕常給交通安全帶來隱患腐蝕造成汽車零部件減薄、穿透、開裂，使其失去原有的強度，甚至失去原有功能，這就給汽車的正常行駛帶來極大的安全隱患，特別是一些承載零部件、關鍵零部件的腐蝕破損，帶來的危險就更大。例如，若汽車車底支承彈簧發生應力腐蝕破裂，汽車將失去平衡;若制動油管發生腐蝕疲勞斷裂，將導致剎車失靈。上述腐蝕問題均帶來巨大的安全隱患。
(2)汽車腐蝕造成巨大的經濟損失汽車腐蝕造成的經濟損失是巨大的。據20世紀80年代的統計，全世界每輛汽車因腐蝕造成的損失平均每年為150~250美元。中國汽車工程學會汽車防腐蝕老化分會牽頭成立了由來自各大汽車企業、科研院所15人組成的汽車行業腐蝕調查專家組，完成了《汽車行業腐蝕調查研究報告》，包括汽車行業腐蝕總成本分析、汽車腐蝕環境及體系、整車動態腐蝕、車身腐蝕、動力總成腐蝕、底盤腐蝕、腐蝕老化試驗、金屬材料及腐蝕、非金屬材料及老化、電鍍防腐技術、涂裝防腐技術、汽車防銹包裝儲運。2015年中國汽車銷量2459.76萬輛，平均每輛車的腐蝕成本約為6792.3~8882.3元，將產生總腐蝕成本約為1670.7億~2184.8億元。
(3)汽車腐蝕造成社會資源的巨大浪費汽車發生腐蝕時，均勻腐蝕使零件尺寸減薄，點腐蝕使零件出現麻點、小坑，縫隙腐蝕、電偶腐蝕使零件局部出現穿透，應力腐蝕和腐蝕疲勞使零件出現裂紋，直至斷裂。腐蝕也使得非金屬材料失去透明性、絕緣性等一系列特殊物理性能。為保持汽車的完好，保證其安全行駛，就要去定期修補、更換被腐蝕的零部件。汽車腐蝕越嚴重，零部件的修補和更換周期就越短，這必然要消耗大量的備品備件，造成各種材料的極大浪費。破舊材料的回收、再生產，備品備件的加工制作，修復部位的再次涂裝等，都需要耗費大量能源，這部分能源的耗費都是由汽車腐蝕帶來的額外消耗。
(4)汽車腐蝕帶來嚴重的環境污染汽車腐蝕帶來的環境污染有兩層含義：一方面是由于腐蝕造成零件損壞，各種有害物質進入大氣環境中造成污染;另一方面是損壞零部件后要求更換備件，增加了備件制作過程中有害物質向大氣中的排放。
三、汽車腐蝕的分類
汽車腐蝕分為金屬腐蝕和非金屬老化。
金屬腐蝕是指金屬與周圍環境(介質)之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質，如制動卡鉗銹蝕、發動機托架銹蝕。
非金屬老化是非金屬材料由于在環境介質的化學、機械和物理作用下，出現老化、龜裂、腐爛和破壞的現象，如安全警示按鈕變色、車燈塑料罩黃化、密封膠條粉化開裂等，這是由于化學鍵在紫外作用下斷裂而導致失效。所用材料和技術未來都應該繼續向輕量化、高防腐、環保技術的方向發展。
四、汽車金屬腐蝕破壞的類型
根根腐蝕現象的不同，腐蝕有許多形式。汽車常見的金屬腐蝕破壞一般是以下幾種類型。
1.全面腐蝕
全面腐蝕是最常見的一種腐蝕形式。它的特點是暴露的表面普遍受到或大或小一樣的腐蝕，而且侵蝕的深度上也只有很小差別。
全面腐蝕現象和速度可以用試驗來測定。通過試驗可以得到在各種不同環境下普通汽車材料的腐蝕速度數據，通過分析，通常情況下全面腐蝕不會造成沒有預見的、突然的事故。汽車車身全面腐蝕破壞主要受溫度、濕度、酸性氣體以及電解質等方面的影響。
2.電化學腐蝕
當兩個或幾個不同的金屬偶合并放在電解質中，會發生嚴重的腐蝕破壞，這是典型的電化學腐蝕。比較活潑的金屬被腐蝕而破壞。汽車由于常年裸露在大氣中，在汽車各部件的表面經常會有雨水或水汽存在，這就會和大氣中的碳化物、硫化物形成微電池狀態而自行放電；在每一對金屬中，接近活潑端的金屬是陽極，陽極被腐蝕；而比較惰性的金屬則得以保護。這也是汽車上所有的用電設備都采用負極搭鐵，就是利用了這一原理，采用犧牲陽極法來保護設備。
3.點蝕
點蝕是在金屬表面上形成無數的小孔，它是局部腐蝕的一種形式。點蝕是一種特別危險的腐蝕類型，它不但能使工件發生穿孔而失效，如果在高應力下，這點腐蝕孔就有可能成為疲勞源，使局部損傷擴展而產生疲勞斷裂，這在高速行駛的汽車上是相當危險的，如汽車變速箱齒輪經常由于點蝕而造。
4.局部溶蝕
局部溶蝕是合金中有一元素優先從固溶體中溶解出來或者是一相優先腐蝕的一種腐蝕形式。例如汽車上的一些儀表由于黃銅的脫鋅，材料變成以銅為基礎的海綿狀結構。從而使零件的強度銳減而損壞。
5.應力腐蝕
應力腐蝕是零件在機械應力與腐蝕環境的共同作用下形成的腐蝕。在各種形式的局部腐蝕中，應力腐蝕是最嚴重的。應力腐蝕的必需條件是：首先是對一種具有應力腐蝕敏感的合金，例高強度鋼、黃銅等。其次在特殊的環境中，例如黃銅、鋅離子能引起應力腐蝕。而且必須有拉應力存在，它可以是殘留的或是外加的應力。例如熱處理時不均勻的冷卻，產生殘余應力可以產生汽車底盤大梁的斷裂破壞。
6.晶間腐蝕
晶間腐蝕是在材料的晶粒界面上優先發生的腐蝕。由于大多數金屬材料是多晶體的，這就可能造成偏析或晶間沉淀等。晶間腐蝕的主要原因就是引起腐蝕處化學成分不一致、不均勻造成的。例如汽車自動變速箱齒輪由于奧氏體不銹鋼的晶界處缺鉻，則特別容易引起晶間腐蝕。
五、汽車金屬的防腐方法
汽車金屬防腐方法一：鋼制件的發藍處理
將鋼制件放在空氣——水蒸氣或化學藥物溶液中加熱到一定溫度，在其表面就會形成一層黑色或藍色的氧化膜，從而改善鋼制件的耐蝕性，這種工藝就稱為發藍處理。如把鋼制件放入氧化劑（NaNO2、NaNO3）和燒堿的溶液中，在140-150℃溫度下，保持60-120分鐘，在鋼制件表面就會生成一層以Fe3O4為主的多孔氧化膜，這層膜與金屬表面結合牢固，再經浸油處理填充氧化膜中孔隙后，就能有效地抵抗腐蝕氣體的腐蝕。發藍處理廣泛應用于汽車機械零件、汽車儀表零件等的防腐。
汽車金屬防腐方法二：鍍鋅
鋅是一種灰白色的金屬，在干燥空氣中很穩定，在潮濕空氣中易與二氧化碳和氧作用，生成碳酸鋅和氧化鋅薄膜，這層薄膜能防止鋅繼續損壞。鋅的電極電位比鐵低，對鋼鐵零件能起保護作用。目前，鍍鋅廣泛用于在大氣中工作的汽車鋼件及與鋁合金接觸的鋼件。
汽車金屬防腐方法三：鋁合金件的陽極氧化法
將鋁制品放在硫酸電解液槽的陽極上，通以電流，使零件表面生成一層氧化膜，這種方法稱為陽極氧化法。圖1為陽極氧化示意圖。
陽極氧化法形成的氧化膜與基體金屬結合牢固，不僅提高了鋁制品的耐蝕性，還增加了表面的耐磨性。由于氧化膜的多孔性，具有較強的吸附油漆的能力，是良好的油漆底層。氧化膜的孔隙還可以吸附各種染料，經著色填充處理，使表面獲得各種美麗的色彩。
陽極氧化法廣泛用于汽車上的各種鋁制件的防腐。
汽車金屬防腐方法四：鈍化防腐處理
車身部分具有金屬表面，并且其中這些金屬表面以金屬表面積計不少于90%是由鋅、鎂和鋁或這些金屬相互之間的合金或與其它合金元素的合金組成，在該方法中，對所述的車身進行清洗、鈍化和上漆，其特征在于，將車身引入與一種水溶液接觸以便鈍化，對于汽車儀表中的銅制件，如螺釘，墊片、齒輪等，常采用銅合金的鈍化處理，它是將銅制件浸入氧化劑（鉻鹽及硫酸混合液）溶液中處理2-3分鐘，制件表面即生成化學穩定性較高的鈍化膜，從而提高其防腐能力。
鈍化防腐處理經濟、操作簡單、不影響零件尺寸，所以在汽車制造過程被廣泛采用。
六、汽車金屬防腐蝕的發展趨勢及展望
隨著汽車新工藝、新材料等的研究與開發，汽車金屬的防腐蝕呈現了日新月異的發展。將會向以下幾個方向發展：
（1）高性能和多功能化的防腐涂料將會在汽車領域中廣泛應用。高性能和多功能化的防腐涂料不僅可以提高汽車的外觀質量，更重要的是提高汽車的內在質量，抗腐蝕，延長了汽車的使用壽命。采用的防腐涂料將會從傳統型轉向環保型，單一品種多功能化，即單一品種同時會具有高溫防腐、高彈性、抗靜電、無毒等多項功能。如太陽能屏蔽防腐蝕涂料、阻尼防腐蝕涂料、可剝性防腐蝕涂料、耐氣候防腐蝕聚氨酯涂料、阻燃導靜電耐溫防腐蝕涂料等。
對使用壽命要求達到10年甚至15年以上的，而且適用于非常苛刻腐蝕條件的防腐涂料的需求將會急劇增加，高性能和多功能防腐蝕涂料將在汽車上得到廣泛使用。
（2）汽車制造中將會大量采用抗腐蝕性能強的金屬基復合材料。金屬基復合材料不僅具有高的比強度、高的比模量、低的熱膨脹系數、良好的高溫性能、優異的導電導熱性和良好的尺寸穩定性，而且具有一般金屬材料所不能比擬的高抗腐蝕性能。這類材料將會逐漸被廣泛地應用到汽車工業當中去。
（3）隨著新材料的研究與開發，在汽車生產中將會逐漸利用一些新材料來替代部分金屬材料。像高強度與高彈性模量的復合材料具有和金屬材料相近的機械性能，同時在一定條件下有金屬材料所不能比擬的優點，如耐腐蝕、易于涂裝等。所以，像汽車車身防腐蝕的主要發展方向就是利用復合材料來替代部分金屬材料。如玻璃纖維增強不飽和聚酯片狀模塑料、陶瓷基復合材料、碳纖維復合材料等。
目前在汽車上已經普遍應用的主要是玻璃纖維增強不飽和聚酯片狀模塑料(SMC)，像陶瓷基復合材料、碳纖維復合材料等在汽車上的使用仍處于試驗階段，如用碳纖維復合材料(CFRP)制作的車身、傳動軸、懸掛片簧、車門等，在不久的將來將可大量應用。展望未來，以后也許我們的汽車不需用金屬材料來制造，困擾人們多年的由于汽車的金屬腐蝕而對大家所造成的破壞及損失將會不復存在。
七、汽車非金屬老化的破壞
汽車在使用過程中會不可避免地受到環境作用的影響，如同其他工業產品，汽車的使用性能會隨著時間的推移逐步降低，材料、零部件、汽車整車逐步老化。氣候老化是(主要指光老化)由光、熱、水等環境氣候因素引起的老化。
目前，我國在汽車內外飾材料的人工加速氣候老化試驗標準方面還較為欠缺：一是我國的汽車工業起步較晚，對于內外飾材料的老化研究還不夠；二是目前我國還是以配套加工為主，自主研發較少，對于內外飾材料的人工加速氣候老化試驗主要還是采用外國汽車廠商的標準。
八、汽車內外飾件主要失效模式及原因分析
汽車內、外飾零部件產品種類眾多，由于材料本身分子結構存在一些弱點，在環境（光、熱、雨水和氧氣等）因素作用下，不可避免地會產生老化現象。文章介紹了汽車環境老化試驗，總結了整車自然暴曬試驗溫度區域分布規律及常見汽車非金屬材料環境老化失效外觀變化種類，并針對常見汽車非金屬內外飾件及用材主要失效模式及原因進行了分析，提出預防和改進措施。
由于汽車在使用過程中會不可避免地遭遇環境，受到環境作用的影響，如同其他工業產品，汽車的使用性能會隨著時間的推移逐步降低，材料、零部件、汽車整車逐步老化。氣候老化(主要指光老化)由光、熱、水等環境氣候因素引起的老化。汽車用內外飾件材料以高分子材料（塑料、橡膠、膠粘劑、織物等）為主，內外飾件的環境老化問題主要就是高分子材料的老化問題，對內外飾件環境老化問題分析從根本上來說就是高分子的老化分析。
九、汽車內飾高分子材料的老化
高分子材料的老化是指高分子材料在儲存和使用過程中，由于內外因素的綜合作用，逐漸失去原有一些性質，使性能劣化的現象。根據老化原因，高分子材料主要有以下一些老化情況：
①光老化：日光是導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發生光化學反應，使化學鍵破壞。光波波長越短，能量越高，對化學鍵的破壞能力也就越強。
②熱老化：熱的作用不僅能使共價鍵斷裂，導致大分子裂解，也能使大分子間產生交聯，還能加速高分子化合物氧化，從而使高分子材料發生熱老化。
③氧化：許多高分子材料被大氣中的氧或臭氧所氧化，致使高分子鏈斷裂而發生氧化型老化。高分子材料被氧化的程度與高分子化合物的化學結構有關，也與氧或臭氧在高分子材料中的擴散與吸收的速度有關。一般情況下，具有不飽和碳鏈的高分子化合物比具有飽和碳鏈的高分子化合物容易老化；構造疏松的高分子材料比構造緊密的高分子材料容易老化。
④侵蝕：一般高分子材料抗侵蝕能力都比較強，但也有一些高分子材料在一定條件下會受到侵蝕。高分子材料所受到的侵蝕有化學侵蝕和生物侵蝕。高分子材料受到某些化學物質作用時，高分子鏈產生化學變化，而使性能變劣；一些微生物在一定溫度和一定濕度條件下，會使某些高分子材料霉變，發生降解反應，導致老化。
高分子材料的光老化過程的初期老化緩慢，人眼不易觀察到，老化初期主要是聚合物吸收紫外光，產生高分子自由基，隨后以自由基鏈式機理，直接或通過氧作用發生降解，交聯反應，并伴隨有羥基，烴基等降解產物生成；老化后期，由于大量羧基，羥基等生色基團增加了對紫外光的吸收，加速老化進程，以致產生進一步的降解、交聯，使高分子材料變色、龜裂、力學和物理性能下降。
十、高分子材料老化實例分析
1.ABS變形分析
變形的主要原因在于ABS材料出現了問題，而ABS注塑加工過程影響不是很大，可能的原因如下：
a）ABS原料問題。聚合時丁二烯(三種成分中最便宜得)含量過多，導致玻璃化溫度降低，或者是三種物質聚合時分子量不夠大。由于分子量小，玻璃化溫度低，但流動性好，還有材料中添加的增塑劑也會使熱變形溫度降低；
b）回用料的添加。就是報廢的ABS料被打碎和原料混合來做新模具，因為ABS被打碎，所以很多高分子被打斷，而平均分子量會降低，注塑時的流動性會很好，很容易加工，也能增加材料的韌性，但是分子量低了材料的性能會降低，其中硬度、缺口強度、玻璃化溫度都會變低，同時也會出現色差。
2.高溫老化激發的主要失效
高溫對公司材料激發的主要失效如下（首先變形是完全不能發生的）：
ABS：主要激發自動氧化，由于試驗箱內光線弱，對光氧化激發不大，呈現為變色；
PC：激發效果不大，激發少量熱裂解，由于箱內濕度不大對水解激發不大，同時對光氧化激發也不大，呈現為變色；
PMMA：激發少量熱裂解；
橡膠：激發自動氧化，少量光氧化和熱裂解，對交聯有一些影響；
硅膠：相對穩定，激發少，可能會造成一些脫水。
3、預防和改進措施
1）.內、外飾零件耐老化的技術要求
汽車內、外飾零件設計人員應掌握必要的材料老化知識，對零部件老化性能進行合理的定義，避免因提出過低或過高的要求而導致質量問題或成本浪費。比如，地毯因陽光照射很少，老化要求就不用定義很高。應考慮零件在整車上所處的位置(接受陽光照射的情況)，而不能僅考慮材料本身的老化性能。
2）.內、外飾材料的選擇
根據內、外飾零件老化性能要求，選擇合適的材料，當然同時要綜合考慮零件的其他各項功能性要求。對于一些可滿足各項功能性要求、而耐老化性能不足的材料，可以對材料配方進行微調，加入～些光穩定劑之類的助劑，這些技術目前都已經比較成熟。
3）.耐老化性能的充分驗證
需要對內、外飾零件的耐老化性能進行充分的驗證、評價，否則會存在較大的質量風險。首先，測試方法很重要，要選取合適的測試條件，以更好地反映、貼近實際的使用狀態。其次，考察要全面，不僅要對材料進行耐老化測試，還要對零部件以及整車進行耐候性測試和評價。第3，采取綜合的試驗方式，不僅要進行室內的加速老化測試，還要開展戶外曝曬試驗，用戶外曝曬試驗結果校正室內加速試驗方法的結果。
4）.生產過程的質量監控
即使通過了相關的老化測試，也不表示該零件今后就不會出現問題了，還需要通過加強產品過程質量控制，保證材料和生產工藝等不發生變化，從而使產品質量保持穩定。
為保證汽車服役壽命，國內外各汽車廠商對汽車防腐目標及壽命提出了要求，防腐目標基本為4~6年無表面銹蝕，10~13年無穿孔及功能腐蝕失效。
十一、汽車腐蝕與防護的發展概況及展望
汽車防腐蝕與企業形象、品質、成本、市場表現、用戶感知等因素相關，車身、部件的銹蝕直接影響汽車的使用壽命、安全，因此國內外各整車企業十分重視，并把整車腐蝕與防護作為一個系統工程來建設。
隨著中國品牌汽車的快速發展，以及汽車“三包”法規的實施，消費者對汽車的品質要求越來越高。汽車的腐蝕與老化，消費者一眼就能感知到。不少汽車企業出現了重大腐蝕召回事件，汽車腐蝕已成制約汽車企業提質發展的關鍵因素。
由于我國汽車腐蝕與防護技術起步比較晚，目前無論行業還是汽車企業，與腐蝕防護有關的技術積累也比較少，與世界先進的汽車生產國家相比，我國汽車企業普遍缺乏對我國各種大氣環境(汽車服役環境)的針對性研究，沒有提出差異性的技術要求，在汽車防腐蝕設計、防腐蝕技術應用、防腐工藝制造、腐蝕試驗方法及評價、防護包裝技術等方面還存在一定差距。
汽車腐蝕與防護是涉及材料、冶金、環境、力學、結構設計、設備等多學科交叉滲透的邊緣性技術科學，汽車腐蝕與防護發展離不開從事金屬材料理論和防護科學研究、技術開發、生產和管理等領域的高級技術人才。
圖1汽車防腐蝕技術標準體系
國內各主要汽車企業已開始重視腐蝕與防護，都陸續設立了專門的研究開發團隊。2015年12月3日，中國汽車工程學會成立了汽車防腐蝕老化分會，組織對腐蝕與汽車行業經濟、安全的關系研究，對汽車腐蝕與老化方面的理論、宏觀管理、行業發展、法規政策等軟科學的研究，建立了貫穿汽車產品規劃、設計、制造、運輸及儲存、使用等整個生命周期的標準體系(圖1)，加強了與國內國際相關行業交流，促進了我國汽車工業防腐蝕技術進步，促使中國汽車向更高品質發展。
本文摘編自“十三五”國家重點出版物出版規劃項目中國腐蝕狀況及控制戰略研究叢書之中國汽車工程學會汽車防腐蝕老化分會組編《汽車腐蝕與防護工程》文前及第一章，內容有刪減。
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