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后的腐蝕缺陷進行分析。

1 鹽霧腐蝕試驗方法

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 鹽霧試驗條件

多數(shù)主機廠及大部分零部件廠商均通過鹽霧試驗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試驗的應(yīng)用最廣泛。本文在CASS試驗前進行溫度循環(huán)試驗，以便更好地模擬實際工況。

1.2.1 溫度循環(huán)試驗

步驟 1：溫度(-30 ± 2) ℃，時間(含降溫)4 h；

步驟2：溫度(85 ± 2)℃，時間(含升溫)4 h；

步驟3：溫度38 ℃，相對濕度(95 ± 5)%，時間(含降溫)16 h。

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

1.2.2 CASS試驗

參考GB/T 10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》，采用(50 ± 5) g/L NaCl溶液，pH 3.1 ～ 3.3，試驗溫度(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試驗時間為24 h，外飾塑料電鍍件的CASS試驗時間為48 h。

試驗完畢，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，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，Ni層先被腐蝕。從圖4可知，點狀腐蝕為非常細(xì)小的針孔狀腐蝕點，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。

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)還伴有點狀腐蝕；腐蝕點含有少量Fe，Cu含量最高，說明Cu層被腐蝕。在CASS試驗中，當(dāng)樣件的鎳層過薄時，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)

三價鉻電鍍比六價鉻電鍍更環(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，但三價黑鉻鍍層的耐蝕性不如六價鉻。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)和前處理各項工藝參數(shù)，強化現(xiàn)場殺菌工藝，保證鍍液的清潔度。