第10讲现代汽车涂装防腐技术

TSINGHUAUNIVERSITY1第10讲现代汽车涂装防腐技术TSINGHUAUNIVERSITY2•几个汽车腐蚀案例•一、汽车的腐蚀概述•二、汽车车身表面涂装工艺•三、汽车防腐技术的应用状况TSINGHUAUNIVERSITY3汽车上的污垢是什么？•汽车及其零部件的污垢各有自己不同的性质。污垢往往具有很高的附着力，它牢固地固着在零件的表面。–外部沉积物。外部沉积物可以分为尘埃沉积物和油腻沉积物。大气中经常含有一定数量的尘埃，在运动着的车辆附近，当尘埃的颗粒度为5～30μm时，尘埃的含量就达到0．05g／m3左右。当尘埃颗粒的含量增加时,它在金属表面的凝聚和沉积也就加快。–润滑残留物。发动机最常见的污垢。在使用汽车时，润滑料经受急剧变化，发生“老化”过程、氧化和聚合。但要从长期工作的润滑油介质中的零件表面上，清除润滑油残留物是比较困难的。–碳化沉积物。产生在发动机上的碳化沉积物可以分为：积炭、类漆沉积物和沉淀物。•积炭是坚硬的碳化物，它集聚在发动机零件上。积炭的构成主要是由于燃油和润滑油在高温区燃烧而形成硬的、没有粘性的炭粒。•类漆沉积物是在活塞环区域内构成的薄膜，同时也出现在活塞裙部和内壁上。•沉淀物是沉积在壳体壁、曲轴颈、齿轮、机油泵、滤清器和润滑油道中的油泥凝结物。TSINGHUAUNIVERSITY4一、汽车的腐蚀概述TSINGHUAUNIVERSITY5什么是腐蚀？•广义：指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象。•狭义：指金属与环境间的物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属、环境及其构成系功能受到损伤的现象.TSINGHUAUNIVERSITY6•金属腐蚀磨损：金属零部件在腐蚀性气体或液体环境中，其在表面发生化学腐蚀或电化学腐蚀，生成腐蚀层，摩擦就会使其剥落而导致零件损坏，此现象即为腐蚀磨损。–表现：先是外表失去光泽，使光滑表面变得粗糙不平，并盖满一层金属氧化物，也就是金属腐蚀产物。•如铁由于腐蚀而盖满一层褐色锈，就是由铁的氧化物构成的铁锈。–过程：通常是从表面开始的，然后逐步向内层侵蚀，最终造成难以挽救的损失。•国内外每年因金属锈蚀造成的损失相当惊人。–据世界银行提供资料，1996年美国国民总产值为74335亿美元，因金属腐蚀损失为2000亿美元，约占国民生产总值的2.7%。TSINGHUAUNIVERSITY7•金属腐蚀机制：本质是原金属转化成金属氧化物，造成结构件或元件生锈、损坏甚至不能修复而报废。两种途径：–化学腐蚀：当金属零件摩擦表面之间存在着氧和酸性物质时，就会出现化学腐蚀，使表面局部腐蚀，并不断地扩大延伸，导致颗粒状剥落，使零件表面形状变化造成早期磨损。–电化学腐蚀：是当不同电位金属相接触，由于电位差的不同而出现电流，这时失去正电荷离子的金属被锈蚀，在锈蚀中伴有电流的产生。TSINGHUAUNIVERSITY8非金属材料的老化•老化（化学老化）现象：高分子材料在其合成、贮存及其加工和最终应用的各个阶段都可能发生变质，即材料的性能变坏，例如泛黄、相对分子质量下降、制品表面龟裂、光泽丧失、更为严重的是导致冲击强度、拉伸强度、和伸长率等力学性能大幅度下降，从而影响高分子材料制品的正常使用。•本质：是一种不可逆的化学反应，它可以由许多原因引起，例如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等等，可以单独一种因素，也可以多种因素共同作用。其结果使高分子材料的分子结构发生改变及相对分子量下降或产生交联，从而材料性能变坏，以至无法使用。–从化学角度上看，塑料材料无论是天然的还是合成的，都具有一定的分子结构，其中某些部位具有一些弱键，这些弱键自然的成为化学反应的突破口。–降解是指高分子链的断裂；交联则是指高分子碳－氢键断裂，产生的高分子自由基相互结合，形成网状结构。–降解和交联对高分子的性能都有很大的影响。降解使高分子分子量下降，材料变软发粘，抗拉强度和模量降低；交联使高分子材料变硬变脆，伸长率下降。•油漆、橡胶、玻璃钢纤维等非金属材料的老化，主要是受环境综合作用后，材料的高分子结构发生裂解、降解、溶解等物理和化学变化，导致外观和性能下降。TSINGHUAUNIVERSITY9汽车的腐蚀•一般汽车造成损坏有3个因素，即腐蚀、磨损、意外事故，其中以腐蚀损坏最为普遍和严重。–在我国粗略估计，80年代初全国汽车腐蚀损坏进行维修的材料费即达10亿元人民币。上海公交车辆车身腐蚀损失每年即可达2490~2550万元。•汽车是以钢材为主的工业制品，如不解决腐蚀问题，将严重影响汽车的使用寿命和外观，因此汽车自问世之初，就与涂装结下了不解之缘。•1886年，“汽车之父”卡尔•奔驰在德国斯图加特制造第一辆汽车时，就用油漆进行防锈和装饰。•100多年过去了，现代汽车不仅是集现代工业成就之大成的工业品，更是技术与艺术的完美结合。TSINGHUAUNIVERSITY10影响车辆腐蚀的主要因素•使用环境因素：汽车使用环境比较恶劣且多变–湿气的影响：在车身下部积存的泥沙、污垢和水分会加速腐蚀；–湿度的影响：在相对湿度高的地区（如沿海地区），腐蚀将加速，而在气温持续冰点以上，有大气污染的地区腐蚀更为严重；–温度的影响：温度升高，处于通风不良处的零件会加速腐蚀。–污染：工业污染、沿海地区盐分的存在都会使腐蚀加速。•自身结构因素–含有湿气的污垢或碎屑物积留在车身板部分、空间或其他部位；–汽车内部产生的腐蚀环境如发动机产生的高温和含硫、氯离子等的燃烧废气，蓄电池产生的酸雾、漏液；•工作因素–工作中振动、冲击产生的应力，摩擦、碰撞引起的局部破损–由于砂砾或小的交通事故造成的喷漆层或其他防护层损伤。•汽车材料因素TSINGHUAUNIVERSITY11车辆金属零件的腐蚀•常见腐蚀比较严重的部位是板金件部分，如驾驶室、车大箱、客车壳体、车底板、挡泥板、车头（翼子板、面罩）等。这些部位常与泥沙、碎石和水接触，如车轮飞溅碎石、泥沙撞击汽车表面的防护层，极易划伤漆层，破坏其完整性、连续性，使金属裸露在外，当接触到水和空气中的氧，就会起化学作用而产生锈蚀。•随着车辆使用年限或行使里程的增长，各部位机件的腐蚀逐渐加剧。不仅会降低其品质和寿命，而且因其腐蚀异常损坏的零件极易引发交通事故，甚至造成车毁人亡的惨剧。TSINGHUAUNIVERSITY12从汽车结构设计上避免腐蚀•在汽车整体布置上考虑要防止腐蚀介质的积聚，尽量避免封闭区域，或保持封闭系统通风和排水良好。–考虑整车的通风、散热；–发动机产生的尾气排放或通过净化、降温等；–在外形设计上注意防护、避免积存水汽和尘土。•国外先进汽车非常注重造型设计，如一些品牌汽车，造型流畅，既体现美感和功能设计，又不易积水和积垢，十分值得借鉴。•注意外露件的保护，电器件与接头布置在内侧，或加防护罩壳。整车外露易腐蚀和易进水的部位设防尘罩。•零部件设计时考虑其均匀腐蚀，选择一种或几种组合防腐方式。TSINGHUAUNIVERSITY13采用金属表面处理和表面除油•在汽车发展中，各国追求的目标之一是延长汽车服役寿命。•表面处理：汽车常用的防护方式有涂层、电镀、转化膜和涂防锈油脂等。–防腐涂料涂膜有很强的附着力，起着隔离水分、烟雾以及外来腐蚀物质侵蚀的作用，使被涂物体表面受到保护。–由于材料种类不同，表面处理方法也有一定差别。–金属表面处理可分为“除锈、除油、磷化、纯化”等几种，不同的工艺，具有不同的耐腐蚀性能。•表面除油：汽车零部件在制造加工、保管和使用中，常常接触到各种润滑油而形成油污或因保管不当而锈蚀。在车身涂装前，须经过除油、除锈等表面处理。最常用的方法有溶剂除油法、碱液清洗法和表面除锈法。TSINGHUAUNIVERSITY14•电镀技术：在汽车制造业中，电镀技术应用非常广泛，因为电镀层除了具有优良的装饰性能之外，更具有重要的防护性能。–电镀锌板是汽车制造业中应用的重要品种。电镀锌板优点很多，其耐蚀性、油漆附着性、镀层均匀性、成形性均较优越，在生产中也易精确控制厚度，还较容易获得汽车业需要的单面镀锌板，或差厚镀锌板等品种。–镀锌板的耐蚀性源于2个因素。•第一是镀层具有良好的阻隔大气腐蚀环境的作用。镀锌层在大气腐蚀环境中会形成一层薄且致密的附着性很强的腐蚀产物，这层腐蚀产物的组成是氧化锌、氢氧化锌、ZnCl2或ZnC03等，它们能较好地屏蔽大气与锌层的接触，镀锌层又能很好屏蔽大气循环与钢基体的接触。•第二是镀锌层的标准电极电位为-0.76V，负于钢铁基体，对基体起到牺牲阳极的电化学保护作用，从而延缓或减轻了镀层钢板的腐蚀。–镀锌钢板的耐蚀性还与镀锌层厚度密切相关，锌层越厚，耐蚀性越佳。在汽车制造业中，根据车型和部位的不同，采用的镀锌板锌层厚度有所差异，不过一般都采用大约80g/m2以上的厚镀层钢板TSINGHUAUNIVERSITY15二、汽车车身表面涂装工艺TSINGHUAUNIVERSITY16概述•汽车涂装作用：–保护作用：由于汽车特殊的生存环境，风吹日晒、雨淋石击，要求汽车有一定的防腐性能和使用寿命。–涂饰作用：由于汽车不停地穿梭在公路、在城乡，人们希望它能给生活带来色彩斑澜，希望汽车美观舒适、色泽妖人。–标志作用：消防车用红色，救护车用白色等–特殊作用：隔热、消声、抗震以及密封等。TSINGHUAUNIVERSITY17•涂层质量的重要性：是对汽车质量的直观评价，它将直接影响汽车的市场竞争力。–对于现代汽车尤其是轿车，人们不仅追求线条流畅的外形，而且对汽车的外观质量、汽车的装饰和使用寿命也提出很高的要求。这尤其表现在要求汽车满足人们在视觉、嗅觉和听觉等方面的追求。–汽车业的发展变化对涂料提出高品质、低消耗和环保技术等要求。–提高汽车的耐蚀性和外观质量，着重是提高设计的合理性及应用先进的防腐工艺和材料。TSINGHUAUNIVERSITY18•涂装材料、涂装工艺、涂装设备、涂装管理是汽车涂装的四大要素，相互之间相辅相成，促进了涂装工艺和技术的进步与发展。–新涂装材料的应用是涂装技术进步的先导，在不断满足涂层性能要求的前提下，始终以应用可减少公害、降低涂装成本的材料为主要发展目标。–涂装工艺及设备的进步主要体现在环保型涂装材料的应用，减少废水、废渣的排放，降低成本，优化汽车生产过程等几个方面。–涂装管理包括涂装材料的订货、材料质量控制和施工过程的控制等方面。由于汽车涂装使用的材料品种繁多、在储运过程中易变质、工艺流程长、需要控制的参数多等原因，在汽车生产管理中其复杂程度最高。TSINGHUAUNIVERSITY19汽车涂装常用涂料•涂料的组成–主要成膜物质：•使涂料粘附在制件表面上成为涂膜的主要物质，是构成涂料的基础，常称为基料。•主要有油料和树脂两大类。–次要成膜物质：•构成涂膜的组成部分，但它不能离开主要成膜物质单独构成涂膜。•如颜料，在漆膜中能使涂膜性能增强和提高，使涂料品种增多。–辅助成膜物质：•在施工过程中，对涂料变成涂膜性能起一些辅助作用。不能单独构成涂膜。•包括稀料和辅助材料两大类。TSINGHUAUNIVERSITY20•按涂装对象的不同，汽车漆可分为：–①新车原装涂料–②汽车修补漆•按在汽车上的涂层由下至上分类：–①汽车用底漆，多为电泳漆–②汽车用中间层涂料–③汽车用底色漆（包括实色底漆和金属闪光底漆）–④汽车用面漆，一般指实色面漆，不需要罩光–⑤汽车用罩光清漆–⑥汽车修补漆TSINGHUAUNIVERSITY21•按涂装方式分类：–①汽车用电泳漆–②汽车用液体喷漆–③汽车用粉末涂料–④汽车用特种涂料如PVC密封涂料–⑤涂装后处理材料（防锈蜡、保护蜡等）•按在汽车上的使用部位分类：–①汽车车身用涂料–②货厢用涂料–③车轮、车架等部件用的耐腐蚀涂料–④发动机部件用涂料–⑤底盘用涂料–⑥车内装饰用涂料TSINGHUAUNIVERSITY22TSINGHUAUNIVERSITY23TSINGHUAUNIVERSITY24汽车涂装的工艺流程TSINGHUAUNIVERSITY25TSINGHUAUNIVERSITY26TSINGHUAUNIVERSITY27TSI