軽量車両設計における効果的な防食戦略

車両の軽量化とは、用途に適した最も軽い材料を製造に使用することを意味します。軽量化により、メーカーはより重い従来車両よりも優れた操縦性と燃費性能を持つ車両の実現を目指します。

使用される一部の材料は防食の面から課題を抱えるため、自動車業界で軽量化を追求する際には防食戦略の実装が不可欠です。

材料重量削減の戦略

車体下部の構造部品に高張力鋼板を使用することで、自動車の重量を削減します。より厚い低強度鋼板の代わりに、より薄い高張力鋼板を採用すると、剛性値が損なわれる可能性があります。

より薄い高張力鋼板の使用は、設計者が必要な軽量化を達成するのに役立ちます。しかし、薄い鋼板は構造的な観点から破損する恐れがあるため、腐食が懸念されます。薄い鋼板は、より厚い鋼板と比較して、腐食によって構造破壊が起こり得る臨界厚に早く到達する可能性があります。したがって、薄板高張力鋼で軽量化を図る際には、腐食制御のための追加対策が必要です。

全体的な耐食性を左右する主な4つの要因は、材質、設計、製造プロセス、後処理コーティングです。

腐食の種類

車体下部構造部品の場合、重要な腐食の種類は4つあります：隙間腐食、孔食、ガルバニック腐食、外観腐食。（関連記事：金属腐食の代表的な8つのタイプ）

隙間腐食は、通常、接合部の隙間や表面堆積物、パルティスに溜まった少量の停滞溶液や電解質に関連します。

孔食は、一般的に塩化物によって引き起こされる局所的な攻撃であり、ピットが形成されて粗い表面となります。隙間腐食と孔食は、鋼板の穿孔と早期の機能不全を招く可能性があります。

ガルバニック腐食は、異種金属が互いに接触しているときに発生します。例えば、アルミニウム部品が鋼部品と接触している場合、アルミニウム側が腐食するか、あるいは犠牲となって鋼部品を保護します。

車両の見える表面で、通常は後処理コーティングの鋭角な箇所や傷から発生する腐食を外観腐食と呼びます。ほとんどの場合、外観腐食は見た目の問題にとどまりますが、その後、穿孔を含むより深刻な損傷につながる可能性があります。

鋼材グレード

自動車構造部品にはさまざまなグレードの鋼材が利用可能です。

• 低炭素で成形性に優れた鋼：降伏強度 260 MPa まで
• 耐デント性鋼：降伏強度 280 MPa まで
• 高張力鋼：降伏強度 830 MPa まで
• 超高張力鋼：引張強度 1500 MPa まで

これらのほとんどの鋼材は、亜鉛、亜鉛鉄、アルミニウムなどの金属めっきを施して耐食性を高めることができます。

コーティング

車体下部構造部品は通常、腐食に対する第一線の防御としてコーティングされます。一般的に使用されるコーティングには、リン酸塩皮膜、ホットメルトワックス、電着塗装、金属めっき、有機塗装、無電解めっき、粉体塗装があります。リン酸塩皮膜処理は塗装密着性を高め、間接的に耐食性を向上させます。

商用車では、エポキシ系の下塗りとエポキシ系の上塗りを組み合わせたコーティングがよく使用されます。

エポキシ、ポリエステル、ハイブリッドの粉体塗装は車体下部部品に一般的です。粉体塗装の欠点は、アクセスの問題により閉鎖セクションの内部には使用できないことです。

ホイールリムの場合、エポキシ塗装の上にアクリル系のトップコートが必要で、これがないと塗装が白亜化し、耐食性が損なわれる可能性があります。（関連記事：金属めっきが金属を腐食から守る仕組み）

製造プロセスと設計上の考慮事項

車体下部は多くの部品を組み立てて作られます。部品の製造プロセスと接合方法は、車体下部の耐食性に大きな影響を与えます。部品と接合部を設計する際、コーティングが個々の部品と接合部に行き渡ることを確実にすることが極めて重要です。通常、コーティングアクセスと排水のために部品に開口部が設けられます。これらの開口部は構造的完全性を損なわないよう戦略的に配置する必要があります。

通常、車体下部に使用される電着塗装は、長い閉鎖セクションの内部に塗装を行き渡らせる能力に欠けます。この問題を克服する一つのアプローチは、セクションの長さ方向に穴を開けることです。セクション内部への塗装到達度は、穴の位置、サイズ、頻度に依存します。同様に、ホットメルトワックスや粉体塗装が閉鎖セクション内部に入るためにも穴が必要です。

腐食試験

腐食試験は、実際の使用環境を可能な限り忠実にシミュレートする必要があり、大きく分けて加速実験室試験と実地試験の2種類があります。実験室試験では、小さなテストピースの試験や、完全に組み立てられた部品の試験が含まれます。実地試験では、指定された期間の実走行にさらされる車両に取り付けた試験片の試験が含まれます。（関連記事：腐食評価：エンジニアを助ける8種類の試験）

結論

車両の軽量化にはさまざまな手法があります。より軽い鋼材を使用して達成する場合、潜在的な腐食問題への扉を開くことになります。その可能性を計画し、鋼材と腐食の種類を理解し、適切なコーティングを適切な場所に施し、適切な試験体制を整えることで、メーカーは腐食問題が車両を悩ませるのを防止できます。