[摘要] 本文通过扫描电镜（SEM）、金相显微镜等研究了生产工艺、镀层厚度、环境等对车门铰链耐腐蚀性能的影响。结果表明：衬套与铰链搭接区域是车门型钢铰链防腐薄弱点；铰链镀锌层厚度、垫片结构、衬套材质等均会影响车门铰链耐腐蚀性。其中，镀锌层厚度不足是造成铰链短期锈蚀的主要因素，镀锌层厚度由4μm（微米）增至至10μm，耐腐蚀性能可提升2.5倍以上。目前，行业普遍采用的“铜网+聚四氟乙烯(PITE)”衬套体系存在铰链长期耐腐蚀性能不足问题，可通过改善衬套材质等措施进行提升。
[关键词] 钢铰链，镀层厚度，衬套材质，耐腐蚀性
王鹏
CA-CAP专家组成员，深耕汽车防腐蚀领域14年，
具有俄罗斯、英国等全球市场汽车腐蚀研究经验。
主要从事汽车零部件防腐蚀结构/选材/表面涂镀层设计、验证及相关技术研究，
参与CSAE《普通乘用车白车身防腐设计指导规范》等多项行业团体标准编制，
发表学术论文10余篇。
引言
随着汽车行业竞争的加剧，社会对汽车品质的要求越来越高，汽车防腐性能引起社会广泛关注。车辆腐蚀不仅影响外观，部分零件锈蚀严重时还会威胁到驾驶安全[1]。为此，车企投入大量资源研究和提升汽车防腐质量。
铰链是汽车车门的重要组成部分，承担着车门开启/关闭、结构支撑等作用。汽车上常见的铰链类型包括冲压式和铸造式两种，其中，铸造铰链结构更复杂，设计稍有疏漏铰链局部就可能发生锈蚀问题，锈蚀轻微时影响外观，严重时可能导致异响，直接影响消费者用车体验及舒适性。
通过网络调查及市场调研，发现多家合资及自主品牌车型车门铸造铰链相同部位亦发生锈蚀，见图1、图2，锈蚀年限一般在两年以上。目前，铸造铰链锈蚀问题已成为困扰汽车行业的共性问题。为解决这一行业难题，本文以室外停放3个月车辆车门铰链锈蚀为切入点进行研究，明确了造成车门铰链短期锈蚀的主要因素，并制定了耐腐蚀性能提升措施，为车企防腐研究及设计提升提供必要的理论依据及数据支持。
1 试验部分
1.1 盐雾试验
依据GB/T 10125－2021《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行中性盐雾试验。
1.2 试验样品
3个月锈蚀的车门铰链，锈蚀同批次铰链（A铰链）及其他批次铰链（B铰链），均为生产现场抽取。
铸造式车门铰链结构如图3，由铰链本体、销轴、垫片、衬套组成，各部位材质及表面处理信息见表1。
2 试验结果与分析
2.1 锈蚀部位确认
选取某车型3个月锈蚀件进行分析，整车状态下观察铰链本体接缝存在轻微锈蚀，见图4。为确认铰链具体锈蚀位置及锈蚀程度，采用角磨机沿铰链中心线对铰链进行切割，切割后样品的锈蚀情况见图5。可以看出，锈蚀部位为衬套与铰链本体搭接区域。
2.2 锈蚀原因及结果分析
为分析产品锈蚀原因，本文首先对铰链生产工艺进行了确认，结合工艺特点对可能影响铰链耐蚀性能的表面镀层状态、镀层厚度、耐盐雾性、腐蚀环境等进行了分析。
2.2.1 生产工艺影响分析
车门铰链生产工艺流程见图6，主要经历7个步骤：①衬套下部预压紧；②衬套插入铰链中；③衬套预压紧（未完全压紧）；④衬套压紧（过盈配合）；⑤插入销轴；⑥安装垫片；⑦垫片铆接压紧。
基于工艺流程分析，④~⑦衬套压紧过程易造成铰链涂层损伤，故从生产现场随机抽取锈蚀同批次铰链（A铰链）及其他批次铰链（B铰链），采用扫描电镜对衬套与铰链压合区域开展微观形貌分析，分析结果见图7、图8。可以看出，A、B铰链微观形貌均显示铰链压合处局部存在涂层损伤现象，说明铰链表面镀锌层有一定损伤；进一步采用扫描电镜-X射线能谱仪（SEM-EDS）观察样品表面涂层损伤区域元素组成及含量，分析结果见图9、图10，其中，A铰链表面元素中含有大量Fe（铁）元素，B铰链中Fe元素含量较低，综合A、B铰链SEM-EDS分析结果，同为涂层损伤区域， Fe元素含量存在明显差异，由此推测衬套与铰链压合区域仍存在镀锌层。其中，A铰链镀层厚度薄，导致SEM-EDS测试中Fe元素含量高。
2.2.2 镀层厚度影响分析
为证实A铰链镀锌层厚度薄的相关推测，采用金相显微镜对A、B铰链衬套压合区域镀锌层厚度进行分析，分析结果见图11、图12。
可以看出，A铰链镀锌层厚度仅4μm左右，而B铰链镀锌层厚度达10μm以上。为确认镀锌层厚度对耐腐蚀性能的影响，对A、B铰链开展中性盐雾测试，试验结果见图13、图14。结果显示：盐雾试验48h小时，A、B铰链均未产生红锈；64h小时，A铰链转轴位置出现轻微红锈，B铰链仍无红锈；168h时，A铰链表面存在大面积红锈，B铰链表面无明显红锈。结合盐雾试验结果分析，两类铰链耐腐蚀性能存在明显差异，A铰链(镀锌10μm)耐腐蚀性能可达到B铰链(镀锌4μm)的2.5倍以上。
2.2.3腐蚀环境影响分析
车门铰链安装于车门单道密封条以外，车辆停放室外时，铰链部位会接触雨水等介质。考虑到衬套与铰链为过盈配合，两者搭接面应不易进水。为直观展示进水情况，向铰链与衬套外部搭接区域滴3~5滴粉红色渗透剂，静置24h后拆解铰链，发现衬套与铰链压合区域已渗入渗透剂，见图15。试验结果表明，在下雨、洗车等过程中，水易进入衬套与铰链贴合面，此部位实车拆解仅有镀锌层，无电泳漆，低膜厚镀锌层接触雨水等介质后发生电化学腐蚀（缝隙腐蚀），故镀锌层过薄是造成铰链短期锈蚀的主要原因。
2.2.4衬套材质影响分析
结合车门铰链组成分析，采用“PTFE+铜网”设计，衬套部分位置存在铜网外露情况，见图16，与铰链搭接部位异种金属接触易发生电偶腐蚀，加速锈蚀问题发生。它也是导致市场两年以上车辆发生锈蚀的重要因素。 2.3 铰链耐腐蚀性能提升
通过以上分析，增加镀锌层厚度可有效提升铰链耐腐蚀性能，当铰链镀锌层厚度达到10μm左右时，能避免铰链短期内发生锈蚀问题。除改善镀锌层厚度外，通过改善车门与车体之间密封性，或控制衬套翻边尺寸，确保衬套翻边尺寸略小于垫片外径，见图17，以减少铰链接触雨水等腐蚀介质，从而有效延长铰链生锈时间。
以上方案能有效提升铰链耐腐蚀性能，但无法保证铰链5年以上无锈蚀，仍需通过改善衬套材质（如采用 “不锈钢+PTFE”）降低电偶腐蚀倾向，或在衬套与铰链搭接区域增加防腐蜡等防护措施，阻隔水等腐蚀介质的进入。
3 结论
衬套与铰链搭接区域为车门型钢铰链防腐薄弱点，其搭接面无电泳漆，仅依靠镀锌层防腐，接触雨水等介质后易发生缝隙腐蚀。
铰链镀锌层完整性、锌层厚度、垫片结构、衬套材质等均会影响车门铰链耐腐蚀性。其中，产品镀锌层厚度不足是造成铰链短期锈蚀的主要因素，镀锌层厚度由4μm增至升至10μm时，铰链的耐腐蚀性能可提升2.5倍以上。
汽车行业当前采用的“铜网+PTFE”衬套体系车门铰链，无法保证铰链长期耐腐蚀性能，可通过改善衬套材质、在衬套与铰链搭接区域增加防腐蜡等措施提升耐腐蚀性能。
参考文献
[1] 李冬梅, 王鹏 汽车不同区域强化腐蚀试验研究[J].汽车工艺与材料, 2015, 8:51-53.
