Эффективные стратегии предотвращения коррозии при проектировании легких автомобилей

Облегчение автомобилей подразумевает использование самых легких материалов, подходящих для задачи. Цель — создать машины с лучшей управляемостью и топливной эффективностью по сравнению с более тяжелыми аналогами.

Некоторые из этих материалов создают проблемы для защиты от коррозии, поэтому при переходе на легкие конструкции в автопроме необходима стратегия предотвращения коррозии.

Стратегия снижения веса материалов

Для уменьшения массы кузова применяется высокопрочная сталь в структурных элементах подшипниковой части. При переходе на более тонкую высокопрочную сталь вместо более толстой низкопрочной могут снижаться жесткостные характеристики.

Использование более тонкой высокопрочной стали позволяет достичь нужного снижения веса. Однако коррозия становится проблемой: более тонкий лист может потерять несущую способность быстрее, достигнув критической толщины, при которой возможен структурный сбой, по сравнению с более толстой сталью. Поэтому при снижении веса за счет более тонкой стали необходимы дополнительные меры контроля коррозии.

На общую коррозионную стойкость влияют четыре основных фактора: материал, конструкция, технологический процесс и покрытие.

Виды коррозии

Для структурных элементов подшипниковой части важны четыре типа коррозии: щелевая, точечная, гальваническая и косметическая. (Читайте также: 8 самых распространенных типов металлической коррозии.)

Щелевая коррозия связана с малыми объемами стагнального раствора или электролита, застрявшего в щелях стыков или в поверхностных отложениях и накипи.

Точечная коррозия — локализованное поражение, обычно вызванное хлоридами, образующее ямки и приводит к шероховатой поверхности. Щелевая и точечная коррозия могут привести к пробоям стали и преждевременным функциональным отказам.

Гальваническая коррозия возникает при контакте разных металлов. Например, алюминиевый элемент в контакте со стальным может корродировать, жертвуя собой для защиты стали.

Коррозия, начинающаяся на видимой поверхности автомобиля, обычно в острых местах или царапинах после покрытия, называется косметической коррозией. В большинстве случаев она эстетическая, но может привести к более серьезному повреждению, включая пробои.

Марки стали

Существует множество марок стали для автомобильных структурных компонентов.

• Низкоуглеродистые деформируемые стали: предел текучести до 260 МПа.
• Стали, устойчивые к вмятинам: предел текучести до 280 МПа.
• Высокопрочные стали: предел текучести до 830 МПа.
• Ультравысокопрочные стали: предел прочности на разрыв до 1500 МПа.

Большинство этих типов стали могут поставляться с металлическим покрытием (цинк, цинк-जезо, алюминий) для усиленной коррозионной защиты.

Покрытия

Структурные элементы подшипниковой части обычно покрываются для первой линии защиты от коррозии. Распространенные покрытия: конверсионные, горячий воск, электрофорез (E-coat), металлические, органические, автодепозиция и порошковые. Фосфатные конверсионные покрытия улучшают адгезию краски, косвенно повышая коррозионную стойкость.

Для грузовиков часто используют эпоксидный базовый и верхний слой.

Порошковые покрытия (эпоксидные, полиэстеровые, гибридные) популярны для подшипниковых компонентов. Недостаток: их нельзя наносить внутри закрытых секций из-за проблем с доступом.

Для дисковых колес требуется акриловая верхняя الطبقة над эпоксидной для лучшей погодостойкости, иначе покрытие может покрыться белым мелом и потерять коррозионную стойкость. (Читайте также: Как металлические покрытия защищают металлы от коррозии.)

Технологические процессы и конструктивные соображения

Подшипниковая часть собирается из множества компонентов. Процессы изготовления и методы соединения существенно влияют на коррозионную стойкость. При проектировании деталей и стыков критически важно обеспечить доступ покрытий к отдельным частям и стыкам. Обычно предусматривают отверстия для доступа покрытий и дренажа. Отверстия должны быть размещены стратегически, чтобы не ущемлять структурную целостность.

E-покрытие, используемое для подшипниковой части, не может проникнуть в длинные закрытые секции. Решение — отверстия вдоль секции. Качество покрытия внутри зависит от расположения, размера и частоты отверстий. Аналогично, отверстия нужны для проникновения горячего воска или порошка в закрытые секции.

Испытания на коррозию

Коррозионные тесты должны максимально приближенно имитировать полевые условия и делятся на два класса: ускоренные лабораторные испытания и полевые тесты. Лабораторные тесты могут включать малые пробы или полностью собранные компоненты. Полевые тесты — испытание образцов на автомобилях, проходящих заданный пробег. (Читайте также: Оценка коррозии: 8 типов тестов, помогающих инженерам.)

Заключение

Облегчение автомобилей может достигаться разными методами. При использовании более легкой стали открываются потенциальные проблемы коррозии. Планируя их, зная типы стали и коррозии, применяя правильные покрытия в нужных местах и обеспечивая надлежащее тестирование, производители могут предотвратить коррозионные проблемы.