張菊香

(上海大眾汽車有限公司質(zhì)保實(shí)驗(yàn)室)

塑料電鍍POP（Plating On Plastic）開發(fā)于20世紀(jì)60年代，并逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[1]。與金屬相比，塑料不僅質(zhì)量輕，而且容易加工成型。通過(guò)電鍍不僅改善了塑料的外觀及裝飾性，而且提高了其表面耐沖擊性、耐熱性、耐磨性及機(jī)械強(qiáng)度等[2-4]，因此塑料電鍍?cè)絹?lái)越多地受到汽車工程師的青睞。文章結(jié)合塑料電鍍的特點(diǎn)，介紹了塑料電鍍Cu/Ni/Cr在汽車中的應(yīng)用以及市場(chǎng)上的常見缺陷，并從汽車工業(yè)和社會(huì)發(fā)展需要的角度，分析了汽車塑料電鍍Cu/Ni/Cr未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 塑料電鍍Cu/Ni/Cr在汽車中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代汽車不斷追求豪華美觀以及輕量化，塑料電鍍Cu/Ni/Cr以其金屬光澤的外觀、易加工、減重、性能優(yōu)異及成本較低等眾多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地代替金屬應(yīng)用于汽車的制造和設(shè)計(jì)中[5]。

1.1 在汽車外飾件上的應(yīng)用

塑料電鍍Cu/Ni/Cr不僅增添了汽車外飾的時(shí)尚感，而且可以使汽車整體富有高級(jí)感，因此被廣泛用于汽車標(biāo)徽、車門拉手、后視鏡、車輪殼罩、牌照板、保險(xiǎn)杠飾條、散熱器格柵、防擦條、后視鏡、車頂行李架及門把手飾條等外飾件上。汽車外飾件通常都是暴露在室外，要經(jīng)歷嚴(yán)寒、暴曬、酷熱、腐蝕、酸雨、泥濘、石擊及刮擦等各種環(huán)境的考驗(yàn)，所以汽車外飾塑料電鍍件有很嚴(yán)格的質(zhì)量要求。世界很多汽車公司，如大眾、福特、通用及本田等都針對(duì)汽車內(nèi)外飾的使用環(huán)境對(duì)塑料電鍍Cu/Ni/Cr制定了不同的工藝要求和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，例如大眾TL528，通用的GMW14668。

1.2 在汽車內(nèi)飾件上的應(yīng)用

汽車內(nèi)飾與駕乘者關(guān)系最為密切，不僅影響顧客舒適度和視覺(jué)，更直接影響品牌形象和顧客的購(gòu)買意愿[6]。與外飾相比，汽車內(nèi)飾零件數(shù)量更多，形狀和功能也相對(duì)復(fù)雜，因此汽車內(nèi)飾件不僅外觀和性能要求高，而且在裝配及尺寸控制等方面也尤為重要。塑料電鍍Cu/Ni/Cr不僅容易成型，尺寸容易控制，可以做成形狀較為復(fù)雜多樣的零件，而且表面可以呈現(xiàn)各種高級(jí)的金屬質(zhì)感，因此越來(lái)越多的汽車內(nèi)飾件，如出風(fēng)口飾框、儀表板裝飾條、門內(nèi)開把手、方向盤裝飾、換擋手球、換擋蓋板及門板飾條等都采用了塑料電鍍Cu/Ni/Cr工藝。

1.3 在汽車電子零部件上的應(yīng)用

塑料電鍍Cu/Ni/Cr的小型化和輕量化非常適合電子類產(chǎn)品，其鍍鉻表面非常光滑，具有非常好的可視性和手感，在汽車電子零部件上的應(yīng)用也日益廣泛，目前主要應(yīng)用于按鈕、開關(guān)、燈具以及表盤裝飾等電子零部件上。

1.4 在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件上的應(yīng)用

塑料由于其耐溫性比較差，一般不能直接用于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，通過(guò)電鍍，可以提高塑料零件的耐溫性，抗蠕變性，耐化學(xué)品及機(jī)械強(qiáng)度等性能。發(fā)動(dòng)機(jī)艙也是顧客經(jīng)常打開的汽車部位，因此很多發(fā)動(dòng)機(jī)艙的零件也要求具有可視性，塑料電鍍Cu/Ni/Cr穩(wěn)定的閃亮外觀使汽車顯得更豪華，深受顧客喜愛(ài)，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、徽章及字牌等發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件上。

2 塑料電鍍Cu/Ni/Cr在汽車應(yīng)用中的常見缺陷

塑料電鍍零件生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，涉及設(shè)計(jì)、原材料、注塑、電鍍工藝及裝配等過(guò)程，而且汽車的使用環(huán)境也比較苛刻，因此比較容易出現(xiàn)缺陷，市場(chǎng)上常見缺陷可以歸納如下。

2.1 鍍層脫落氣泡裂紋

鍍層脫落、氣泡和裂紋是塑料電鍍Cu/Ni/Cr最常見的失效方式，典型的表現(xiàn)有2種：鍍層與基材的分離和鍍層與鍍層的分離。產(chǎn)生鍍層與基材分離的主要原因有：1）基材內(nèi)應(yīng)力太大，零件在溫度變化時(shí)，內(nèi)應(yīng)力釋放，導(dǎo)致鍍層和基材分離。目前可以通過(guò)冰醋酸浸泡實(shí)驗(yàn)和紅色染料實(shí)驗(yàn)評(píng)估注塑產(chǎn)生的殘余應(yīng)力[7]。此類缺陷主要通過(guò)改進(jìn)注塑工藝（如注塑溫度、注塑壓力、保壓時(shí)間及冷卻速度等）以降低或消除基材的內(nèi)應(yīng)力。2）粗化不足或粗化過(guò)度。粗化不足導(dǎo)致表面不能被有效咬蝕，粗化過(guò)度導(dǎo)致不能正常吸附足夠的鈀，均不能為后續(xù)化學(xué)鍍層提供良好的錨合點(diǎn)，造成金屬鍍層和塑料基體的結(jié)合力差。3）銅層偏薄。銅層具有良好的延展性，可以改善鍍層的耐熱沖擊及機(jī)械沖擊性能，對(duì)殘余應(yīng)力、基材熱脹冷縮及裝配受力等破壞都有一定的緩沖作用，但太薄的銅層就起不到相關(guān)作用，最終導(dǎo)致鍍層易脫落，產(chǎn)生氣泡，甚至產(chǎn)生裂紋。

鍍層與鍍層分離的主要原因有：1）槽液污染；2）水洗或活化不充分；3）中途斷電或生產(chǎn)線太長(zhǎng)導(dǎo)致零件露空時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；4）鍍液成分不當(dāng)使鍍層內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。鍍層與鍍層分離的缺陷可以通過(guò)優(yōu)化電鍍和生產(chǎn)控制過(guò)程加以解決。為了防止市場(chǎng)上出現(xiàn)鍍層脫落、氣泡和裂紋的缺陷，很多汽車公司都設(shè)計(jì)了高低溫沖擊實(shí)驗(yàn)、高溫存放實(shí)驗(yàn)、劃格實(shí)驗(yàn)、鍍層剝離實(shí)驗(yàn)及鋸磨測(cè)試等嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 鍍層腐蝕

目前市場(chǎng)出現(xiàn)的腐蝕形態(tài)主要為麻點(diǎn)和黃色腐蝕斑，而麻點(diǎn)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步腐蝕往往也演變成黃色腐蝕物堆積。腐蝕過(guò)程一般是先沿微孔開始，腐蝕鎳層，產(chǎn)生的腐蝕物便在鉻層下逐漸堆積，當(dāng)堆積到一定程度便會(huì)導(dǎo)致鉻層開裂并脫落。產(chǎn)生腐蝕的主要原因有：1）微孔數(shù)過(guò)少，一般要求≥8 000孔/cm2；2）鉻層偏薄或偏厚，一般要求 0.3～0.5 μm；3）電位差太高或太低，鎳封和光亮鎳之間控制在20～40 mV；光亮鎳和半光亮鎳控制在100～200 mV耐腐蝕性能比較好。不同汽車公司也制定了各自的腐蝕檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)CASS實(shí)驗(yàn)和中性鹽霧實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 鍍層表面凹陷

塑料電鍍Cu/Ni/Cr以其鏡面的金屬質(zhì)感深受顧客喜愛(ài)，市場(chǎng)上評(píng)價(jià)鍍鉻質(zhì)量的一個(gè)最直觀的方法就是表面鏡面成像效果，在塑料基材或者電鍍工藝存在缺陷時(shí)，零件在陽(yáng)光暴曬和溫度沖擊下，表面容易出現(xiàn)凹陷，破壞鏡面效果，影響汽車美觀。產(chǎn)生這類缺陷的主要原因有：1）基材耐溫性差，在高溫下基材軟化，導(dǎo)致表面變形凹陷；2）基材存在應(yīng)力，在溫度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)力釋放，導(dǎo)致凹陷；3）設(shè)計(jì)缺陷，例如工件主面厚度太低，骨架寬度太大，都容易產(chǎn)生凹陷；4）注塑工藝參數(shù)不當(dāng)，注塑不飽滿。隨著顧客對(duì)汽車細(xì)節(jié)的關(guān)注度越來(lái)越高，很多汽車公司對(duì)這類缺陷也越來(lái)越重視，也都制定了嚴(yán)格的外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境存放試驗(yàn)進(jìn)行控制。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 三價(jià)鉻電鍍的開發(fā)

鍍鉻液的主要成分是含氧鉻酸，六價(jià)鉻以其性能穩(wěn)定，成本較低等優(yōu)勢(shì)在汽車行業(yè)被廣泛應(yīng)用。但六價(jià)鉻毒性強(qiáng)，有致癌性，雖然大多數(shù)六價(jià)鉻在電鍍后都被還原成了金屬鉻，但仍有極少量六價(jià)鉻殘留在鍍層表面，而且電鍍過(guò)程中采用的六價(jià)鉻鍍液對(duì)環(huán)境也造成很大的污染。在這種背景下，各國(guó)汽車公司和電鍍廠商在六價(jià)鉻電鍍技術(shù)的基礎(chǔ)上，致力于研制開發(fā)三價(jià)鉻電鍍，目前研究的主要方向是氯化型和硫酸型。雖然國(guó)外已經(jīng)取得了一些研究成果，并在部分車型上小范圍內(nèi)推廣使用，但是由于三價(jià)鉻不如六價(jià)鉻穩(wěn)定，顏色不易控制，CASS實(shí)驗(yàn)容易失效等因素，目前還沒(méi)有全面推廣。三價(jià)鉻電鍍的推廣應(yīng)用將是汽車塑料件電鍍Cu/Ni/Cr技術(shù)中的一次環(huán)保革命。

3.2 無(wú)鉻粗化工藝

塑料電鍍Cu/Ni/Cr除了六價(jià)鉻電鍍液，六價(jià)鉻粗化也是電鍍線上最大的危害之一，無(wú)鉻粗化的研究和開發(fā)一直是塑料電鍍Cu/Ni/Cr的研究熱點(diǎn)。無(wú)鉻粗化具有污染小，與環(huán)境友好，廢水處理成本低，員工操作安全等優(yōu)點(diǎn)，而且可以減少由于鉻霧產(chǎn)生的不良品，提高產(chǎn)品合格率，降低生產(chǎn)成本。目前研究較多的是高錳酸鉀技術(shù)[8]，但是還存在粗化時(shí)間較長(zhǎng)（一般是六價(jià)鉻粗化的2～3倍），化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)品可燃等局限性。

3.3 環(huán)保替代工藝

目前塑料電鍍Cu/Ni/Cr均為水電鍍，屬于高污染行業(yè)，尋找替代水電鍍也是今后的研究方向之一。現(xiàn)在研究較多的有真空濺射鍍、納米鏡面噴鍍和熱燙印膜技術(shù)。真空濺射鍍將金屬鉻或鋁蒸發(fā)為原子或分子，在零件表面凝聚形成鍍層，產(chǎn)生類似塑料電鍍Cu/Ni/Cr的裝飾效果。納米鏡面噴鍍技術(shù)主要應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理，采用直接噴涂的方式使零件表面可呈現(xiàn)鍍鉻鏡面金屬效果。熱燙印膜技術(shù)通過(guò)加熱、加壓的方式將燙印膜轉(zhuǎn)移到塑料上，熱燙印技術(shù)由于加工方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在寶馬、大眾的一些零件上得到了應(yīng)用[9]，但是熱燙印膜不能完全達(dá)到電鍍Cu/Ni/Cr的鏡面金屬質(zhì)感，限制了其大規(guī)模推廣。替代工藝環(huán)保操作安全，性能穩(wěn)定，色彩更為多樣，不受體積限制，但由于汽車零件使用環(huán)境多樣性和功能復(fù)雜性，一些環(huán)保替代工藝存在性能，顏色，外觀等一些問(wèn)題，要想完全替代塑料電鍍Cu/Ni/Cr還有一段很長(zhǎng)的路要走。

3.4 后處理及復(fù)合涂鍍層工藝

為了進(jìn)一步豐富塑料電鍍Cu/Ni/Cr的外觀和功能，使之在汽車上的應(yīng)用更為廣泛，電鍍與噴漆、印刷、鐳射及雷雕等工藝的結(jié)合也是汽車塑料電鍍的研究重點(diǎn)之一，有些研究已經(jīng)取得了成功應(yīng)用，如電鍍加噴漆的裝飾格柵和字牌等既具有金屬的外觀又豐富了零件的色彩，對(duì)電鍍零件進(jìn)行雷雕處理既滿足了裝飾性，又滿足了透光等功能要求，已經(jīng)在一鍵啟動(dòng)開關(guān)上得到了成功應(yīng)用，但是電鍍光滑的表面容易導(dǎo)致油漆結(jié)合力差，造成油漆脫落，雷雕工藝使金屬鍍層不連續(xù)，導(dǎo)致鍍層起殼等缺陷都是這些復(fù)合工藝需要解決的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

塑料電鍍Cu/Ni/Cr結(jié)合了塑料和金屬的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的汽車技術(shù)[10]，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，塑料電鍍Cu/Ni/Cr的應(yīng)用還將大幅度發(fā)展，一些新技術(shù)也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，因此塑料電鍍技術(shù)是值得汽車行業(yè)關(guān)注的技術(shù)，前景廣闊。目前塑料件電鍍由于其生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，廢水處理困難，因此電鍍液和設(shè)備成本高。隨著建設(shè)經(jīng)濟(jì)環(huán)保型社會(huì)的要求越來(lái)越迫切，如何降低塑料電鍍成本，開發(fā)環(huán)保塑料電鍍Cu/Ni/Cr工藝對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。