塑料電鍍在汽車外飾的應用及其工藝研究

摘 要：概述了塑料電鍍工藝在汽車外飾的應用，以及豐田汽車外飾對塑料電鍍外飾的性能要求。同時介紹了在日常生產(chǎn)管理過程中需要管理的品質(zhì)項目，為塑料電鍍工藝在汽車外飾行業(yè)的日常應用和后續(xù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：塑料電鍍; 外飾; 耐腐蝕; 品質(zhì)管理

近年來，隨著汽車市場的不斷發(fā)展，國內(nèi)私人汽車的保有量也不斷增長，人們對汽車的功能需求也越來越多元化。由于，人們對汽車顏值需求不斷增高，帶來了汽車外飾的快速發(fā)展。汽車外飾作為車身系統(tǒng)的重要組成部分，是最受顧客關(guān)注的部位之一，是各大車企也越來越重視外飾的個性化設計。但是由于外飾長期經(jīng)受暴曬和嚴寒，甚至飛沙走石等各種環(huán)境的考驗。因此，汽車外飾不僅要求耐腐蝕性、耐高低溫等性能，還需要保證在承壓、沖擊等機械方面的要求[1]。

塑料電鍍，是先在塑料基體上沉積一層金屬導電層，然后再在導電層上進行電鍍加工的方法。得到的產(chǎn)物，兼具塑料地質(zhì)輕、造型容易、成本低，以及具有金屬的光澤外觀、耐腐蝕、耐熱等優(yōu)點，可以滿足汽車外飾的使用要求。因此在汽車外飾得到了廣泛的應用，包括格柵、門把手、后視鏡、車標等。研究汽車外飾的塑料電鍍工藝，可以為外飾的性能優(yōu)化、制造過程的工藝驗證和日常管理提供理論支持。

1、 工藝簡介

1.1 塑料基體

在塑料電鍍所用的塑料中，ABS占主導地位，比如在日本占比為90%。因此，在豐田汽車外飾中，常用的塑料基體也是ABS或PC/ABS。ABS是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）的三元共聚物，其中丁二烯直接影響電鍍前的表面處理結(jié)果，對電鍍的效果影響比較大，因此塑料電鍍所需要的電鍍級ABS，丁二烯的含量至關(guān)重要，一般控制在18～23% 。

1.2 金屬鍍層

在目前豐田外飾零部件上，運用的金屬鍍層體系均為Cu+Ni+Cr。同時，根據(jù)電鍍零部件顏色不同，又分為光亮電鍍、啞光電鍍、鍍黑鉻等不同的電鍍工藝。光亮電鍍是由于鍍層中的六價鉻而使鍍層呈現(xiàn)耀眼的銀白色。啞光電鍍是由于珍珠鎳的添加、以及三價鉻，使鍍層顏色變暗。鍍黑鉻是由于鍍層中除了含有鉻外，還含有鉻的氧化物，主要以三氧化二鉻的水合物的形式存在[2]。

1.3 工藝流程

汽車外飾電鍍的主要工藝流程，主要包括上掛、除油、粗化等共14個工序。在工藝流程中，化學鎳之前屬于化學鍍的范疇，是ABS基材的預處理，目的是在基材表面附著金屬層，使其具有導電能力。而從閃鍍鎳到鍍鉻為電鍍工序，與普通金屬電鍍類似。

2 、性能要求

針對汽車外飾電鍍要求，豐田的品質(zhì)管理要求主要包含耐腐蝕性能要求、電鍍膜厚和外觀等要求。經(jīng)常采用的耐腐蝕性能試驗共4種，鹽霧試驗、腐蝕膏試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗（CASS）和冷熱循環(huán)試驗。

2.1 鹽霧試驗

鹽霧試驗是在特定的試驗裝置中進行，由噴霧塔、鹽水槽、試驗片保持器、帶有噴霧液采集容器的恒溫恒濕試驗槽、鹽水補給槽、空氣飽和器、壓縮空氣供給器、排氣裝置等構(gòu)成。按照試驗條件進行試驗，一般經(jīng)過72H或200H鹽霧試驗后，不允許出現(xiàn)表面生銹、變色等腐蝕現(xiàn)象。

2.2 腐蝕膏試驗

腐蝕膏試驗，是在外飾表面涂抹腐蝕膏，在20±5℃，相對濕度50%以下的環(huán)境里干燥1H后，放置在濕氣槽內(nèi)進行評價，16H或48H。試驗裝置由濕氣槽、試驗片保持器、槽加熱裝置、濕氣發(fā)生裝置及調(diào)節(jié)裝置組成。腐蝕膏，是由7mL硝酸銅溶液、33mL氯化鐵水合物和10mL氯化銨溶液混合，加入30g白陶土攪拌混合制成。試驗結(jié)果判斷標準為，在0.5m距離觀察樣品，無任何可見生銹及變色現(xiàn)象。

2.3 CASS試驗

CASS試驗，是使用CASS試驗裝置，在醋酸酸性的NaCl和CuCl2混合溶液噴霧狀態(tài)下進行腐蝕性試驗評價。試驗裝置同鹽霧試驗，一般試驗時長30H、60H或200H。試驗結(jié)果判斷標準，同腐蝕試驗，均為在0.5m距離觀察樣品，無任何可見生銹及變色現(xiàn)象。

2.4冷熱循環(huán)試驗

冷熱循環(huán)試驗，是在樣品通過CASS試驗之后，再進行試驗評價。評價方法為，-30℃×1H→70℃×1H，共計20個循環(huán)，再對樣品進行評價。試驗結(jié)果判斷標準，同以上試驗，均為在0.5m距離觀察樣品，無任何可見生銹及變色現(xiàn)象。

此外，經(jīng)過CASS試驗30H后，通過電解褪鉻，再在100倍顯微鏡下觀察腐蝕點的數(shù)目，也是常用的評價項目，一般要求至少2000個/cm2微孔數(shù)。

3、 日常品質(zhì)管理

汽車外飾的耐腐蝕性能要求，評價較為嚴苛，而且需要花費較多的時間。豐田只在新項目開發(fā)時，才對產(chǎn)品進行上面的性能評價。如果日常工藝不發(fā)生變更，相應的性能也不會發(fā)生變化，因此一般在量產(chǎn)階段不進行相應的性能評價。但是為了量產(chǎn)階段的品質(zhì)得到保證，除了要求供應商進行生產(chǎn)工藝的管理外，還會有針對產(chǎn)品的日常管理要求。一般包含：鍍層厚度、剝離力等。

鍍層由Cu層、Ni層、Cr層共同組成，由于鉻的化學穩(wěn)定性強、耐磨、硬度高等特性，故Cr在電鍍的最外層。中間層的Ni層具有很強的鈍化能力，為鍍層提供了耐腐蝕強度。底層采用Cu層主要是利用銅的導電性和延展性。因此三種鍍層的膜厚，對外飾的產(chǎn)品性能起著重要作用。研究表明，產(chǎn)品的抗腐蝕性能與電鍍膜厚之間變現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。

豐田外飾電鍍膜厚一般常用的兩個等級分別為：（1）Ni層≥25μm、Cr層≥0.2μm、Cu層≥Ni層;（2）Ni層≥10μm、Cr層≥0.15μm、Cu層≥Ni層。電鍍膜厚，常用的測量方法有金相法、庫倫法，以及如果只分析Cr層，可以采用X-ray法。在日常生產(chǎn)管理中，一般采用每生產(chǎn)批次測量3件，首中末各1件進行日常管理。

以上電鍍膜厚要求均是針對最小膜厚要求，因此為了明確測量位置，一般在新項目階段，供應商需要明確最小膜厚的位置，以方便量產(chǎn)階段的日常管理。對于一個掛具多個零件的產(chǎn)品，測量零件的選擇，一般分別在掛具的高電流和低電流區(qū)域選擇零件。對于大型零件，一個掛具單個零件，需要每隔一定距離，取一個測量位置，對零件進行全面測量評價，找出最小膜厚位置，作為量產(chǎn)階段的日常管理位置。

結(jié)語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車外飾行業(yè)也逐漸壯大，塑料電鍍工藝也得到了長足的發(fā)展，已逐漸成為一項成熟的汽車工藝技術(shù)。但是隨著汽車設計愈發(fā)個性化的發(fā)展，汽車外飾結(jié)構(gòu)也愈發(fā)復雜，以及電鍍顏色外觀愈發(fā)多元化。同時，由于環(huán)保和成本的壓力，對塑料電鍍在汽車外飾的發(fā)展應用，又帶來了諸多挑戰(zhàn)。隨著研究的不斷深入，相信塑料電鍍工藝，會越來越經(jīng)濟環(huán)保，從而在汽車外飾行業(yè)得到更好的應用。

參考文獻：

[1] Tang X J， Bi C L， Han C X， et al. A new palladium-free surface activation process for Ni electroless plating on ABS plastic [J]. Materials Letters， 2009（63）： 840-842.

[2] 高聳. 汽車塑料電鍍工藝對塑料耐腐蝕性能的影響及研究. 長春： 吉林大學， 2017： 2-7.

作者簡介：

張玉坤（1988.3-），男，漢族，河南確山人，學歷：研究生，職稱：中級工程師，研究方向：汽車內(nèi)外飾加工技術(shù)研究。