Ceny, niczym stary poczciwy mustang, galopują praktycznie na wszystkich rynkach i w każdej branży. Inwazja Rosji w Ukrainie oraz panująca przez prawie 3 lata pandemia przyczyniają się do weryfikacji cen i coraz większej presji cenowej. Również ze względu na zaostrzane na całym świecie przepisy dotyczące emisji gazów cieplarnianych z pojazdów przemysł motoryzacyjny stoi pod ścianą w kwestii zmniejszenia zużycia paliwa. Kluczem do osiągnięcia tego celu jest (m.in.) redukcja masy pojazdu i opracowanie aut napędzanych alternatywnymi źródłami energii, a tym samym zmniejszenie wpływu na środowisko.

Lekkość stała się jednym z najważniejszych aspektów do rozważenia przy projektowaniu i produkcji nowoczesnych pojazdów, podczas gdy samochody elektryczne wymagają innego podejścia do projektowania i budowy. Wszystkie wymienione czynniki mają istotny wpływ na dobór i wykorzystanie materiałów, a korozja jest jednym z kluczowym czynników pod kątem „dobrego wyboru” danego metalu. W tym artykule chciałbym przybliżyć kwestię wyzwań i wymagań dotyczących przyszłych energooszczędnych pojazdów z perspektywy zapobiegania korozji.

Materiały lekkie vs zabezpieczenie antykorozyjne
Większość producentów samochodów mocno ogranicza masę konstrukcji pojazdu, stosując kilka zaawansowanych materiałów (oprócz tradycyjnej/konwencjonalnej stali niskowęglowej), w tym zaawansowane stale o wysokiej wytrzymałości, stale o ultrawysokiej wytrzymałości, stopy aluminium, stopy magnezu i kompozyty. Wybór materiałów zależy od tego, gdzie dany materiał można najlepiej zoptymalizować pod względem wydajności i kosztów. Tradycyjnie pojazdy silnikowe składały się głównie z żelaza i stali. Zastosowanie aluminium w sektorze motoryzacyjnym wzrosło w ostatnich dziesięcioleciach. Większość producentów OEM zaczęło wykorzystywać aluminium do produkcji masek silnika, jednym z powodów jest porównywalna doskonała odporność na korozję. Przy okazji podobnie jest z tworzywami sztucznymi. Ich wykorzystanie stale rośnie. Niektórzy mogą nawet pamiętać, że już stary Fiat Tipo miał plastikową klapę bagażnika. Polecam też „opukać” nowe BMW X6, możecie się zdziwić.
To co podkreślam w ostatnich latach, to coraz większe znaczenie znajomości materiałoznawstwa, które może tylko pomóc w dobraniu technologii przez lakiernika. Wraz z ciągłym poszukiwaniem jeszcze lżejszych materiałów, które mogą nie zapewniać równie dobrej odporności na korozję, wymagane jest lepsze zrozumienie zachowania korozyjnego pojawiających się materiałów motoryzacyjnych.

Rozwiązania antykorozyjne i zabezpieczające dla materiałów z magnezu
Magnez to najlżejszy metal konstrukcyjny, od dawna stosowany w pojazdach (typowe zastosowanie to szkielety foteli, koła kierownicy). Czysty magnez nie może być stosowany jako materiał konstrukcyjny, ponieważ charakteryzuje się małą wytrzymałością i jest łatwo palny. Za to często jest stosowany jako składnik stopów aluminium. Wzrost zużycia magnezu w ostatnich dwóch dekadach w sektorze motoryzacyjnym nie jest tak znaczący, jak wielu mogło się spodziewać. W rzeczywistości średnie zużycie stopów magnezu w autach spadło od 2008 roku. Jednym z głównych problemów jest ich słaba odporność na korozję.
Doświadczenie wskazuje, że większość obecnych powłok epoksydowych nie może trwale lub całkowicie zapobiec przenikaniu wodnego elektrolitu do podłoża magnezowego znajdującego się pod spodem. Gdy wodny elektrolit dotrze do dowolnego podłoża stworzonego z magnezu, reakcja korozji może się zainicjować i postępować (bez potrzeby tlenu) i doprowadzić do powstawania wodoru. Wytwarzanie wodoru spowoduje powstawanie pęcherzy pod powłoką i ostatecznie zagrozi skuteczności ochrony przed korozją. W rezultacie epoksydowe powłoki nie mogą być nakładane bezpośrednio na podłoże magnezowe.

Rozwój technologii stosowania materiałów mieszanych BIW
Tak zwane body-in-white (BIW) odnosi się do etapu projektowania/produkcji motoryzacyjnej, na którym elementy karoserii zostały ze sobą połączone. Jednym ze sposobów zmniejszania ciężaru pojazdów jest „strategia materiałów mieszanych” polegająca na użyciu właściwego materiału we właściwym miejscu w odpowiedniej ilości. Należy zauważyć, że pojazdy z materiałów mieszanych w żadnym wypadku nie są niczym nowym. Cały pojazd obecnie złożony jest z mieszanych materiałów, np. bloków silnika i elementów zawieszenia z aluminium, stalowych nadwozi, plastikowych elementów wykończenia i wspomnianych elementów z magnezu. Jednakże takie części są zazwyczaj mocowane do korpusu w przeważającej mierze stalowego (tj. stalowego BIW) podczas montażu końcowego. 
Aby uzyskać jeszcze lżejszy pojazd o większej sztywności, potrzebna jest bardziej skomplikowana „hybryda” z różnych materiałów do budowy nadwozia. Ciekawym przykładem jest Cadillac CT6, pierwszy kompletny pojazd General Motors z nadwoziem wykonanym z mieszanych materiałów – zawierającym kilka gatunków blachy stalowej, blachy aluminiowej, odlewów i profili. Aby spełnić wymagania integralności strukturalnej, zastosowano konwencjonalne i nowo opracowane techniki łączenia, w tym klejenie. Fabryka GM wykorzystuje do budowy tego modelu aż 205 robotów, które działają w trybie automatycznym, to musi robić wrażenie!
Branża motoryzacyjna zawsze pozostawała dynamiczna i chociaż w tekście wymieniono tylko niektóre pojawiające się, interesujące materiały, nie ulega wątpliwości, że liczne nowe materiały (lub nowe warianty istniejących materiałów, takie jak nowe gatunki stopów lub materiały z zaawansowaną obróbką powierzchni itp.) wkrótce wejdą do produkcji pojazdów. Ta nieuchronność niesie ze sobą wiele wyzwań związanych z walidacją korozyjną. Obecne pojazdy mają zwykle wymagania dotyczące korozji od 10 do 15 lat, a producenci OEM często zapewniają klientowi około 3 do 6 lat gwarancji. Inżynierowie zajmujący się korozją pojazdów i liczni producenci OEM zgromadzili dziesięciolecia danych historycznych, aby opracować kompleksową metodologię zapobiegania korozji i walidacji. Dlatego też producenci oryginalnego wyposażenia i ich dostawcy przeprowadzają skrupulatną (i stosunkowo szybką) ocenę trwałości materiałów i komponentów samochodowych, przy wykorzystaniu rozsądnych zasobów i czasu, podczas typowego, trwającego od 3 do 4 lat pełnego cyklu rozwoju pojazdu. Takie podejście okazywało się do tej pory skuteczne, ponieważ produkty i części, które mogą przejść te testy walidacyjne, historycznie utrzymywały się jako trwałe w rzeczywistych warunkach rynkowych. Jednak, jak można się domyślać, większość stosowanych do tej pory metod walidacji opierała się na danych testowych dotyczących materiałów żelaznych – przy czym większość pojazdów na rynku masowym przez długi czas była budowana ze stali niskowęglowych. Poza tym testy te nie do końca odzwierciedlają rzeczywistość (a w zasadzie wcale), nie każdy może przecież pozwolić sobie na nowe auto co 3-4 lata...

Coś o korozji aut elektrycznych
Pojawienie się pojazdów napędzanych alternatywną energią (bez benzyny) inspiruje nową erę innowacji w przemyśle motoryzacyjnym wśród kilku producentów OEM. Ponadto, jak widać w przypadku pojazdów napędzanych alternatywną energią, zachodzą istotne zmiany w sposobie projektowania i budowy takich pojazdów. Szczególnie ważne jest to w przypadku pojazdu elektrycznego z akumulatorem, gdzie wyeliminowanie silnika spalinowego i skrzyni biegów zapewnia inżynierom większą swobodę projektowania. Takie zmiany konstrukcyjne wpływają na zużycie materiałów i związane z tym warunki korozyjne. Na przykład Tesla zintegrowała akumulatory i silnik elektryczny z podwoziem swojego Modelu S, bez elementów napędowych umieszczonych pod maską. Oczywiście dużą rolę odgrywa cały czas masa pojazdu, a akumulatory do najlżejszych nie należą (dla modelu S ważą aż 540 kg). W każdym takim przypadku silniki elektryczne są umieszczone znacznie bliżej koła, gdzie warunki pracy (i środowisko) są dużo bardziej surowe niż pod maską; obejmuje to narażenie na kurz i brud, odpryski kamieni czy też dostawanie się słonej wody. W takich lokalizacjach pojazdu należy opracować i wdrożyć solidną strategię ochrony przed korozją.
W przeciwieństwie do tego, biorąc pod uwagę to, czym jeździliśmy do tej pory, konwencjonalne silniki spalinowe i układy przypominają bardziej układ zamknięty. Chociaż korozja może wpływać na systemy wspierające (tj. układ chłodzenia, kable itp.), może nie powodować natychmiastowej utraty funkcjonalności pojazdu. Jednak w przypadku aut elektrycznych korozja w określonych obszarach, takich jak bloki złączy i zaciski, może powodować nawet zwarcie prądu elektrycznego.

Ochrona i unikanie korozji inspirowane nowymi technologiami
W dzisiejszych czasach można uznać, że pojazdy to coś więcej niż tylko maszyna do transportu. Mają one szereg funkcji, stając się inteligentnymi maszynami. Monitorowanie ciśnienia w oponach i inne inteligentne systemy diagnostyczne stały się standardowym wyposażeniem wielu pojazdów na rynku, dlatego można się spodziewać, że w przyszłości zostanie wprowadzony system monitorowania korozji. Na przykład odpowiednie czujniki (zwracając uwagę, że spadek kosztów i wzrost niezawodności czujników umożliwiły szybki rozwój pojazdów bez kierowcy), zdolne do monitorowania w czasie rzeczywistym szybkości korozji w krytycznych miejscach, mogłyby pozwolić na proaktywne ostrzeżenia przed awarią systemu. Taki system mógłby być zintegrowany z innymi modułami diagnostyki stanu pojazdu, tworząc kompleksowy system jego monitorowania.

Jakub Tomaszewski
product manager Profix/Multichem Sp. z o.o.