汽車用塑料把手電鍍起泡失效分析

趙繼太，王麗娟，張偉，楊振英，肖飛

（1.廣西汽車集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545007；2.深圳市美信檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518108）

塑料具有質(zhì)輕、易加工的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。對(duì)塑料電鍍可顯著改善塑料的外觀，賦予其裝飾性功能，并應(yīng)用在車門把手、標(biāo)徽、后視鏡、保險(xiǎn)杠裝飾條、后視鏡等外飾件上[1-2]。

某汽車用塑料把手在電鍍完經(jīng)過2個(gè)月的海運(yùn)到達(dá)印度，放置1年后開箱檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有10%出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。塑料電鍍車門把手起泡原因主要有4個(gè)：(1)氣體和水汽因充模不足而排不出；(2)塑料基體與底鍍層之間的結(jié)合力不好；(3)電鍍層老化；(4)電鍍工藝不合理[3-4]。本文通過分析起泡位置的微觀形貌和元素組成，結(jié)合委托方的工藝，對(duì)起泡原因進(jìn)行分析。

1 故障特征和分析

1.1 外觀檢查

如圖1所示，把手的正面和背面都有起泡，正面的起泡數(shù)量較背面少很多，但泡的尺寸較大。一般情況下背面鍍層比正面薄，更容易起泡。

圖1 把手正面(a)和背面(b)的起泡情況Figure 1 Blisters on front (a) and back (b) sides of handle

1.2 光學(xué)顯微鏡觀察

如圖2所示，用取樣針刺入樣品背面的起泡位置，在蔡司Stemi 508體視顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)有液體流出。

圖2 用取樣針刺入前(a)、后(b)把手背面起泡位置的體視顯微鏡照片F(xiàn)igure 2 Stereomicroscopic images of the blister on back side of the handle before (a) and after (b) being pierced with a sampling probe

由于背面鍍層較薄，不容易將其整體取下，故在樣品正面的起泡位置將鍍層剝離，再用體視顯微鏡觀察。如圖3所示，鍍層和基體表面均有液體，并且鍍層那一面有顆粒物存在。

圖3 起泡位置打開鍍層后的體視顯微鏡照片F(xiàn)igure 3 Stereomicroscope images of the blistering area after peeling the coating off

1.3 掃描電鏡觀察

采用日立S-3400N掃描電鏡觀察鍍層及剝離鍍層后塑料的表面形貌，如圖4所示，一些塑料面和鍍層面的鼓泡中心有顆粒物存在，顆粒的形狀很規(guī)則，疑為晶體。

圖4 起泡位置基材面(上)和鍍層面(下)的顆粒物形貌Figure 4 Morphologies of particles on the substrate (upper) and in the coating (lower) at the blistering area

1.4 成分分析

如圖5所示，采用550i X射線能譜儀(EDS)分析鍍層面起泡位置的元素組成，結(jié)果列于表1?？梢娖鹋菸恢玫念w粒物有高含量的S、Ni和O，起泡區(qū)其他部位S和O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯較低，Cl和Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。結(jié)合委托方的電鍍工藝可知，塑料先化學(xué)鍍鎳底層，再依次電鍍銅、鎳和鉻，化學(xué)預(yù)鍍鎳所用主鹽為NiSO4·6H2O，導(dǎo)電鹽為NiCl2·6H2O，于是判斷起泡區(qū)顆粒物的主要成分為NiSO4，其他部位則為NiCl2。

圖5 鍍層起泡中心顆粒的EDS分析取樣點(diǎn)Figure 5 Sampling positions of the particle for EDS analysis at the center of the blister

表1 鍍層起泡中心顆粒中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mass fractions of different elements of the particles at the center of a blister（單位：%）

1.5 切片分析

選取正面起泡位置，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行鑲樣，然后制作切片，采用奧林巴斯 BX53M 金相顯微鏡和日立SU8100掃描電鏡觀察截面，結(jié)果見圖6和圖7。從中可知，起泡位置介于鎳底層與基材之間，鍍層從內(nèi)到外依次為鎳底層、銅層、鎳層。至于鉻層，由于太薄，不容易觀察到。以上結(jié)果與委托方提供的信息一致。

圖6 起泡部位的鍍層金相截面形貌Figure 6 Cross-sectional metallographic morphology of the coating at blistering area

圖7 起泡(a)與正常(b)部位鍍層的截面形貌Figure 7 Cross-sectional morphologies of the coatings at blistering (a) and normal (b) area

1.6 液體的紅外光譜分析

采用賽默飛Nicolet iN10傅里葉變換顯微紅外光譜儀(FTIR)對(duì)起泡位置的液體進(jìn)行成分分析。如圖8所示，液體的主要成分為水，其中3 354.41 cm?1和1 630.17 cm?1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)O─H的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。

圖8 起泡部位液體的FTIR譜圖Figure 8 FTIR spectrum of the liquid included in the blister

2 原因分析與討論

綜合上述分析可知，起泡發(fā)生在塑料基材與化學(xué)鍍鎳底層之間，起泡部位有大量的水，還有硫酸鎳和氯化鎳顆粒。從委托方得知，化學(xué)預(yù)鍍鎳在常溫下進(jìn)行，鍍液中的NiSO4·6H2O和NiCl2·6H2O易達(dá)到飽和狀態(tài)而析出，并被后續(xù)鍍層掩埋在塑料基材表面，在海運(yùn)過程中隨溫度升高，晶體脫水，體積膨脹，導(dǎo)致起泡。

3 結(jié)語(yǔ)

在化學(xué)預(yù)鍍鎳過程中，應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)鍍液中各組分的濃度，建議每隔1周分析1次鍍液，保證鍍液組分在正常范圍內(nèi)。