汽車內(nèi)飾塑料電鍍黑鉻件鹽霧腐蝕現(xiàn)象分析

陳敏娟，陸松，余曉杰，許巍巍，陳俐峰

（吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江 寧波 315336）

近年來，我國的汽車制造技術(shù)飛速發(fā)展，目前消費(fèi)者不僅對汽車動力、操縱、安全等方面的性能要求日益提升，對汽車舒適性、美觀化、輕量化等的關(guān)注度也不斷提高。為了實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和美觀化，很大一部分結(jié)構(gòu)件及裝飾件逐漸由傳統(tǒng)的鋼制材料轉(zhuǎn)變?yōu)檩p金屬和塑料[1]。塑料電鍍件作為防護(hù)性裝飾件，大多被應(yīng)用于既要求美觀，又要求具有防腐性能的汽車零部件產(chǎn)品(比如格柵、門把手、裝飾亮條等)，其中有不少需暴露在露天環(huán)境中，因此塑料電鍍件的耐腐蝕性能尤為重要。本文主要以汽車內(nèi)飾件塑料基材電鍍黑鉻試樣為對象，對其經(jīng)歷72 h溫度循環(huán) + 24 h銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)后的腐蝕缺陷進(jìn)行分析。

1 鹽霧腐蝕試驗(yàn)方法

1.1 試樣

塑料電鍍黑鉻件的斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般內(nèi)飾件的鉻層厚度為0.15 ～ 0.5 μm，鎳層總厚度≥10 μm，銅層厚度≥20 μm；外飾件的鉻層厚度為0.15 ～ 0.5 μm，鎳層總厚度≥20 μm，銅層厚度≥25 μm。本次研究的試樣主要應(yīng)用于汽車內(nèi)飾，包括汽車儀表板裝飾條、車門內(nèi)開把手及車門內(nèi)裝飾條。

圖1 塑料電鍍黑鉻件斷面示意圖Figure 1 Sketch showing the sectional structure of black-chromium-plated plastics

電鍍工藝流程為：消除內(nèi)應(yīng)力→除油→親水→化學(xué)粗化→水洗→還原→預(yù)浸→活化→加速→化學(xué)鍍鎳→預(yù)浸銅(可選)→預(yù)鍍鎳→光亮酸銅→活化→半光鎳→高硫鎳(可選)→光亮鎳→鎳封/微裂紋鎳→活化→鍍鉻→鈍化→烘干[2]。

1.2 鹽霧試驗(yàn)條件

多數(shù)主機(jī)廠及大部分零部件廠商均通過鹽霧試驗(yàn)來檢測塑料電鍍件的防腐蝕性能，主要包括中性鹽霧(NSS)、乙酸鹽霧(AASS)和銅加速乙酸鹽霧(CASS)3種。其中CASS試驗(yàn)的應(yīng)用最廣泛。本文在CASS試驗(yàn)前進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)，以便更好地模擬實(shí)際工況。

1.2.1 溫度循環(huán)試驗(yàn)

步驟 1：溫度(-30 ± 2) ℃，時(shí)間(含降溫)4 h；

步驟2：溫度(85 ± 2)℃，時(shí)間(含升溫)4 h；

步驟3：溫度38 ℃，相對濕度(95 ± 5)%，時(shí)間(含降溫)16 h。

步驟1到步驟3為1個循環(huán)，共進(jìn)行3個循環(huán)(合計(jì)72 h)，試驗(yàn)箱溫度變化速率為1 ～ 4 °C/min。

1.2.2 CASS試驗(yàn)

參考GB/T 10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》，采用(50 ± 5) g/L NaCl溶液，pH 3.1 ～ 3.3，試驗(yàn)溫度(50 ± 2) ℃，每80 cm2水平面積的鹽霧沉降率為(1.5 ± 0.5) mL/h，試件與水平方向呈(20 ± 5)°擺放。

一般要求汽車內(nèi)飾塑料電鍍件的CASS試驗(yàn)時(shí)間為24 h，外飾塑料電鍍件的CASS試驗(yàn)時(shí)間為48 h。

試驗(yàn)完畢，在D65光源下觀察樣件的腐蝕狀態(tài)，并用奧林巴斯DSX-HRSU光學(xué)顯微鏡、上海瓦克儀器有限公司TENEO場發(fā)射掃描電鏡(SEM)及其附帶的能譜儀(EDS)分析腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物。

2 不同形式的腐蝕現(xiàn)象分析

2.1 花斑

花斑是黑鉻樣件的常見腐蝕現(xiàn)象，用純水及無水乙醇清洗無法去除。從圖2可知，花斑密集分布在樣件表面，非常容易觀察到，EDS分析顯示花斑處的Ni含量比Cr含量高，并且含有Fe、S、O元素。

圖2 黑鉻樣件表面花斑的外觀、形貌和元素組成Figure 2 Appearance, morphology, and elemental composition of piebald defect on black-chromium-plated specimen

如圖3所示，用鹽酸退鉻后花斑區(qū)Ni層完好，無腐蝕跡象，說明花斑是Cr鍍層被腐蝕破壞的結(jié)果。三價(jià)鉻電鍍槽液中含F(xiàn)e、S等元素，所得鉻層中會有少量Fe、S夾雜。酸性鹽溶液沉降在樣件表面時(shí)，F(xiàn)e的電位較低而先發(fā)生腐蝕，繼而使Cr層的完整性被破壞，生成三價(jià)鉻腐蝕產(chǎn)物，宏觀上表現(xiàn)為花斑。

圖3 花斑處退鉻前(a)、后(b)的狀態(tài)Figure 3 Appearance of black-chromium-plated specimen with piebald defect before (a) and after (b) removal of chromium coating

2.2 點(diǎn)狀腐蝕

因金屬鎳的電位較低，當(dāng)活性陰離子通過鍍Cr層的微孔滲透到Ni層時(shí)，Ni層先被腐蝕。從圖4可知，點(diǎn)狀腐蝕為非常細(xì)小的針孔狀腐蝕點(diǎn)，分布于樣件整個噴霧面。其中含有 Fe元素，Ni含量很高，但未檢測到Cr元素，說明腐蝕已經(jīng)到達(dá)了Ni層，Cr層則已經(jīng)完全脫落。

圖4 點(diǎn)狀腐蝕的外觀、形貌和元素組成Figure 4 Appearance, morphology, and elemental composition of pitting corrosion on black-chromium-plated specimen

點(diǎn)狀腐蝕缺陷的形成原因主要有兩個。一是電鍍過程中產(chǎn)生的缺陷(如鍍液中的細(xì)小顆粒)附著在基材表面，造成點(diǎn)狀缺陷。二是塑料電鍍件的微孔鎳層較薄，而Cr層不穩(wěn)定，容易塌陷，活性陰離子通過鉻層的微孔到達(dá)鎳層時(shí)引起鎳層腐蝕，腐蝕產(chǎn)物使得覆蓋其上的鉻層剝離和脫落，失去對鎳層的保護(hù)。

2.3 銅綠

銅綠呈綠色，主要成分為Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅)。從圖5可以看出，銅綠的出現(xiàn)還伴有點(diǎn)狀腐蝕；腐蝕點(diǎn)含有少量Fe，Cu含量最高，說明Cu層被腐蝕。在CASS試驗(yàn)中，當(dāng)樣件的鎳層過薄時(shí)，腐蝕性離子穿透鎳層至銅層，便會造成銅層腐蝕。

圖5 銅綠的外觀、形貌和元素組成Figure 5 Appearance, morphology, and elemental composition of verdigris formed on black-chromium-plated specimen

3 總結(jié)

三價(jià)鉻電鍍比六價(jià)鉻電鍍更環(huán)保，塑料電鍍黑鉻件不僅密度低，而且具有金屬的美觀、耐磨及耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，但三價(jià)黑鉻鍍層的耐蝕性不如六價(jià)鉻。為了盡可能達(dá)到最佳的耐腐蝕效果，建議如下：

(1) 合理調(diào)整多層鎳之間的電位差。電位差過低時(shí)鎳封將被腐蝕，鉻層也容易塌陷；電位差過高則會導(dǎo)致光亮鎳層的腐蝕加快。

(2) 嚴(yán)格控制三價(jià)黑鉻鍍液中硫酸亞鐵、發(fā)黑劑等物質(zhì)的用量。

(3) 把控原材料品質(zhì)和前處理各項(xiàng)工藝參數(shù)，強(qiáng)化現(xiàn)場殺菌工藝，保證鍍液的清潔度。