1.前言

 

    汽車設計與時尚和顏色緊密聯(lián)系在一起。使用光亮或珍珠色的裝飾性電鍍鉻層，一直在乘用車的外觀，顏色區(qū)分方面扮演著至關重要的角色。裝飾性電鍍層所具有的金屬質(zhì)感，是其他涂層不能代替的；通過改變電鍍工藝，能創(chuàng)造新穎和有特色的顏色和外觀； 因此，汽車內(nèi)外飾裝飾性電鍍依然在汽車零部件電鍍中占有重要的地位。塑料材料在汽車中的廣泛應用，使得塑料電鍍是汽車裝飾性電鍍中的最大部分，廣泛用于內(nèi)飾和外飾。

 

    原則上說，裝飾性電鍍層本身不具備功能性。然而，持久保持內(nèi)外裝飾的新穎是每個消費者的心理需求和愿望。因此，對于裝飾性電鍍，實際上對鍍層有一定的防腐要求，而且，這種要求在不斷提高。比如，某主機廠，要求以銅/鎳/鉻層為外飾電鍍層需通過CASS80小時無腐蝕測試。另外，由于高寒地區(qū)融雪劑的廣泛使用，汽車外飾件的腐蝕環(huán)境和介質(zhì)與通常的腐蝕環(huán)境和介質(zhì)有所變化。因此，人們意識到，常用的陰極涂覆層防腐評價測試方法，銅加速酸性鹽霧測試，即CASS，在融雪劑腐蝕的情況下，不一定能真實模擬腐蝕狀況，因此，近幾年，一種新的腐蝕評價方法，即俄羅斯泥法，已經(jīng)慢慢成為汽車外飾件防腐的新的評價方法，有些主機廠也納入了標準。當然，這不僅是一個新的測試和評價方法，同時，也對汽車外飾件電鍍防腐提出了新的要求，包括新的鍍層結構設計。

 

    裝飾性電鍍與功能性電鍍不同，雖然不具功能性，但具有極高的關注度，直接影響消費者對車的感官和印象。設計具有特色外觀的內(nèi)外飾，并能持久保持這種外觀，是主機廠和供應商一直在追求的目標。因此，裝飾性電鍍一直是汽車主機廠所要求和追求的。本文將主要介紹汽車塑料內(nèi)外飾電鍍的一些最新趨勢。

 

    2.汽車塑料裝飾性電鍍的最新進展

 

    2.1 可電鍍塑料：

 

    市場上工業(yè)塑料種類繁多，但能夠電鍍的塑料則不多。歸納起來，大概只有以下三類塑料：

 

    2.1.1 聚丙烯腈與苯乙烯通過化學鍵結合，并與丁二烯混合， 即ABS；

 

    2.1.2 在ABS的基礎上再混合碳聚合物，如聚碳酸酯，即ABS/ PC；與純的ABS相比，ABS/PC的機械強度更高和具有更高的耐熱性能；

 

    2.1.3 尼龍，即PA。尼龍微晶狀結構，具有熱塑性，并混有玻璃纖維、礦物填充料。尼龍比ABS或ABS/PC更高的機械強度和硬度和優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性：-30℃～130℃，比ABS更難電鍍，需要更高成本。尼龍多應用于汽車門把手和齒輪/引擎/其它保護蓋。

 

    目前，汽車塑料裝飾性電鍍以ABS或ABS/PC為主，但是，近年來，尼龍電鍍呈現(xiàn)快速增長。中國市場上，已經(jīng)有幾個電鍍廠能成功地量產(chǎn)以尼龍為基材汽車零部件。這也說明，尼龍電鍍的工藝流程已經(jīng)成熟。

 

    2.2 影響塑料電鍍的關鍵參數(shù)：

 

    從塑料原材料到一個電鍍好的裝飾件，要經(jīng)過注塑和電鍍兩大流程。任何工藝上的差錯都可能造成整個產(chǎn)品的報廢。

 

    2.3 塑料基材上裝飾性電鍍流程：

 

    由于塑料基材不導電，在電鍍前，必須對塑料表面進行金屬化處理，也稱塑料電鍍的前處理，然后才是裝飾性電鍍。金屬化處理，不但要在塑料表面形成一層導電層，而且要保證金屬鍍層與塑料基材的良好的結合力。這一過程，直接決定了金屬鍍層與基材的結合力，其后的裝飾性電鍍，則決定了鍍層的外觀和耐腐蝕性。同時，在多層鎳的過程中，可以改變電鍍添加劑和其他工藝參數(shù)，使最后的表面產(chǎn)生不同的外觀效果，即所謂“啞光” 鎳。如果與三價鉻電鍍結合在一起，其外觀和顏色的可能組合更多，為內(nèi)外飾設計師或造型師提供了為自己車型定制內(nèi)外飾電鍍件外觀和顏色的可能。這也是目前主機廠在裝飾性電鍍中最感興趣的一個領域之一。

 

    2.4 ABS，ABS/PC塑料金屬化的最新進展：

 

    傳統(tǒng)的塑料基材金屬化，是以化學鎳（也稱無電鍍鎳）為基礎的，它的缺點是流程較長，污水處理比較復雜，含有絡合劑，氨氮和磷。因此，可采用直接電鍍工藝，用銅置換取代化學鎳。新的直接電鍍工藝的優(yōu)點：更短的工藝流程，省去了化學鎳和預鍍鎳， 減少了污水排放，污水處理更簡單，與現(xiàn)有生產(chǎn)線相容。而且不影響結合力，適合ABS和含70%的ABS/PC。因此，新的流程更加環(huán)保。

 

    2.5 尼龍表面金屬化進展：新一代PA工藝流程：

 

    尼龍基材上的金屬化被認為是較為難的，再加上注塑等其他技術問題，尼龍上電鍍被業(yè)界認為是比較難的塑料電鍍工藝。新一代PA工藝已經(jīng)在規(guī)模生產(chǎn)中得到驗證。

 

    3.裝飾性電鍍

 

    裝飾性電鍍是指在塑料基材經(jīng)金屬化后的后續(xù)電鍍流程。原則上，與一般五金電鍍工藝，比如衛(wèi)具，沒什么太大的區(qū)別。然而，由于汽車裝飾性電鍍對外觀和抗腐蝕性的要求比一般五金電鍍的要求都要高，所以，盡管工藝已經(jīng)比較成熟，但要用在汽車電鍍上，就要求從事電鍍加工的企業(yè)擁有更豐富的經(jīng)驗，更嚴格的質(zhì)量管控體系，和主機廠更多的監(jiān)控。

 

    銅層，作為最廉價的高整平鍍層，用于裝飾性鍍層打底層。它比鎳擁有更高的延展性和致密性，在同等厚度下，比鎳的孔隙要少。能提高整個裝飾性鍍層的熱穩(wěn)定性。因此，銅層在汽車裝飾性電鍍中是不可缺少的，各主機廠對零部件的中銅層厚度有明確的要求。同時，實驗表明，銅層還能夠提高鎳層的耐蝕性。比如，同樣厚度鎳層，直接電鍍在鋼基材上和鍍在有銅打底的鋼基材上，經(jīng)折彎后，有銅層打底具有更好的耐蝕性能。

 

    3.1 ：多層鎳工藝：

 

    多層鎳工藝是在長期實踐中得出一種“經(jīng)濟”的鍍鎳工藝。它通過改變電鍍添加劑來調(diào)節(jié)鍍鎳層的“化學勢”，從而控制鎳層的腐蝕方式。在電鍍件的生命周期中，腐蝕一直在進行，多層鎳的設計是讓腐蝕往橫向發(fā)展，而不至于發(fā)生可見的點飾，即使得腐蝕“不可見”。這樣，即使發(fā)生腐蝕，也不會產(chǎn)生“視覺沖擊”。對于裝飾性電鍍而言，腐蝕的“視覺沖擊”是一個很重要的指標。

 

    多層鎳一般是指超過兩層鎳鍍層的體系，可以是2，3甚至4 層。但在汽車裝飾性電鍍中，三層最為普遍，也是大多數(shù)主機廠的通用要求。以下是多層鎳的基本結構：

 

    a）雙層鎳：半光鎳＋光亮鎳/珍珠鎳；

 

    b）三層鎳：半光鎳＋高硫鎳＋光亮鎳/珍珠鎳或半光鎳＋光亮鎳/珍珠鎳＋鎳封/微裂紋鎳；

 

    c）四層鎳：半光鎳＋高硫鎳＋光亮鎳/珍珠鎳＋鎳封/微裂紋鎳

 

    以雙層鎳（半光鎳/光亮鎳）為例，看雙層鎳如何比單層鎳更“耐”腐蝕。所謂雙層鎳，即先鍍一層半光鎳，然后鍍一層光亮鎳。

 

    由于雙層鎳中存在化學勢的差別，使得半光鎳相對光亮鎳層表現(xiàn)為惰性。因此，在腐蝕過程中，腐蝕被“引導”至向水平方向發(fā)展，而不至于發(fā)生直接穿透整個鎳層的腐蝕，從而保護了基材。這種“引導”的能力由兩層之間的化學勢差來決定。

 

    鎳層的化學勢φx的絕對值不可以直接測定，但之間的化學勢差可以間接測定并以電位差的形式來表達，這就是所謂雙層鎳之間的電位差，STEP。

 

    STEP（mV）=Δφ=φ1-φ2

 

    （嚴格上化學勢差需要乘以電子電量e,Δφ=e*STEP，單位為能量單位：電子伏特）

 

    鎳層的化學勢差可以通過改變電鍍添加劑來調(diào)節(jié)。

 

    圖5是在雙層鎳耐腐蝕表現(xiàn)和電位差之間的關系?？梢?，在同一總鎳厚度情況下，電位差越大，耐腐蝕性越好。另一方面，如果電位差相同，要達到同樣的防腐效果，電位差越大，所需的總鎳層越少，因此，多層鎳是一種照顧了外觀和防腐的最經(jīng)濟的解決方案。所以，為了達到符合成本效益的最佳防腐效果，主機廠對雙層鎳的電位差有明確的要求，并把它當成一個關鍵的控制指標。

 

    由于四層鎳的工藝比較復雜，目前常用的，特別在汽車裝飾性電鍍中常用三層鎳。一般為：半光鎳＋光亮鎳/珍珠鎳＋鎳封/微裂紋鎳。

 

    在三層鎳體系中，第三層鎳，多為鎳封層，又稱微孔鎳（MicroPoresNickel，MPS）。至于微裂紋鎳，某些主機廠（主要為德系車）用來對應俄羅斯泥腐蝕的一個選擇，市場比MPS（微孔鎳）要小很多。

 

    MPS鎳層，實際上是在鎳層中共沉積一些微米尺度的不導電顆粒，比如氧化硅顆粒。當在MPS鎳層上沉積鉻層時，鉻層并不能完全覆蓋這些顆粒，使得鉻層實際上是一個不連續(xù)層。

 

    要達到較好的防腐效果，且不影響外觀，除了對單位面積上的顆粒數(shù)有要求，而且還要求鎳封層相對于光鎳層/珍珠鎳層有一定的電位差。

 

    微孔鎳的作用是分散腐蝕電流，使得腐蝕點均勻分布。

 

    3.2 ：鎳鉻體系的腐蝕方式

 

    以銅/多層鎳/鉻層為裝飾性鍍層，鉻層很薄， 一般要求小于0.5微米。鉻層在最外層，比鎳更惰性。在腐蝕環(huán)境中，腐蝕總在進行。因此，對鎳鉻體系，腐蝕的過程可以用圖9來說明。

 

    首先鉻層在微孔鎳處受到腐蝕，由于微孔顆粒比較多，所以腐蝕是均勻發(fā)生，并且腐蝕電流得到很好的分散。

 

    由于微孔鎳（MPS-Ni）的電位比在它下層的光亮鎳（B-Ni） 珍珠鎳要更惰性（化學勢更低），具有更高的電位，腐蝕被有意導向處于下層的光亮鎳或珍珠鎳層。即在這個腐蝕微電池中，微孔鎳為陰極，光亮鎳或珍珠鎳為陽極。如下圖所示，雖然腐蝕在進行中，但由于微孔鎳層的遮掩，這些腐蝕并不可見。因而達到了轉(zhuǎn)移腐蝕，不影響外觀的目的。隨著腐蝕的持續(xù)進行，再發(fā)生如圖4所示的情形，首先是處于外層的光亮鎳被腐蝕，而在光亮鎳被腐蝕的過程中，始終有完整半光亮鎳存在，因為這時，在這對腐蝕對中， 半光亮鎳是做為陰極。

 

    為了達到這一效果，對微孔鎳層的厚度和電位差都有一定的要求：

 

    a） 最佳厚度范圍1.0~2.5μm：厚度太薄-鉻層不穩(wěn)定，容易塌陷；厚度太厚-腐蝕不能導入到）。電位差過光亮鎳中；

 

    b） 合適的電位差可以引導腐蝕發(fā)生在光亮鎳：MPS鎳封層應該比光亮鎳層電位正20~50毫伏，低或甚至是負值－MPS鎳封將被腐蝕且鉻層將塌陷，電位差過大-導致光亮鎳層加速腐蝕。

 

    因此，在多層鎳中，嚴格和仔細控制多層鎳的各種參數(shù)，如厚度，點位差，微孔點等，對于裝飾性電鍍的外觀和抗腐蝕性性能，都非常重要。也是汽車主機廠應該大力關注的。

 

    3.3 ：珍珠鎳（啞光）工藝：

 

    傳統(tǒng)的裝飾性光亮鎳/鉻已經(jīng)存在于市場很久了。然而，由于人們消費觀念的改變和對新穎外觀的青睞甚至追求，越來越多的裝飾和外觀設計人員把目光投向啞光電鍍。珍珠鎳（啞鎳）就是應這個要求而開發(fā)的一個流程。啞光的形成機理如圖11所示。改變電鍍添加劑可以形成不同微觀表面形態(tài)。從而使得外觀和顏色可以調(diào)節(jié)。

 

    珍珠（啞光）鎳給汽車內(nèi)外飾裝飾設計帶來了很多新的可能，調(diào)節(jié)電鍍添加劑和工藝，可產(chǎn)生不同的“啞光”效果，為內(nèi)外飾設計提供了一種手段。不同車廠，不同車型可以具有自己獨特的顏色和外觀；同時，珍珠鎳有良好的抗腐蝕能力，并可在多種基材上電鍍；珍珠鎳后可以加不同的鍍層，如鍍?nèi)齼r鉻、鍍六價鉻、鍍銀、黃銅、鍍金等。

 

    3.4 三價鉻電鍍

 

    三價鉻電鍍，顧名思義，即電鍍過程中不再用到含六價鉻的鉻酐，符合最嚴格的環(huán)保要求，比如REACH等。是消除六價鉻污染的一個重要措施。然而，經(jīng)過大量實踐發(fā)現(xiàn)，除了環(huán)保上的意義以外，三價鉻在外觀和反腐性方面有更多的優(yōu)點和特點：顏色的可調(diào)性和優(yōu)異的抗俄羅斯泥測試表現(xiàn)。

 

    三價鉻電鍍工藝結合光亮鎳或珍珠鎳一起使用，在顏色和外觀設計方面有更多的選擇性?？垢g性能優(yōu)良，較高的電鍍速度， 和優(yōu)良的耐CaCl2（即俄羅斯泥）腐蝕表現(xiàn)。

 

    三價鉻電鍍還可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)鍍層的顏色，從清亮到深色，從光亮到啞光鍍層。槍色三價鉻可電鍍出暖色的淡黑色鍍層，工作窗口寬。黑悅色三價鉻可電鍍出深黑色鍍層，能很好的運用到汽車和電子行業(yè)，工作窗口寬，且工藝穩(wěn)定；通過赫爾槽實驗和顏色來控制。市場上的三價鉻電鍍產(chǎn)品舉例：安美特的TriChrome Smoke 2（槍色），TriChrome Shadow（黑悅色）。

 

    4.結語

 

    由于輕量化的要求，汽車會越來越多使用塑料材料，其中有一部分是需要電鍍的。電鍍層的金屬質(zhì)感對于裝飾性是重要且必須的，甚至是不可替代的。由于汽車裝飾性零部件的高關注度，汽車內(nèi)外飾電鍍的防腐要求越來越高。然而，目前的技術水平與主機廠的要求并不存在很大的鴻溝，也就是說，目前的技術是能夠很大部分滿足主機廠要求的。對主機廠，尤其是自主品牌，關鍵是找到合適的加工企業(yè)，鼓勵和提升電鍍加工企業(yè)的技術和管理能力。珍珠（啞光）鎳，三價鉻電鍍，以及它們的不同組合，為外觀和顏色設計提供了更為廣闊的空間和想象力，大膽和合理地采用新的顏色， 可以使內(nèi)外飾更加豐富，甚至添加一些文化元素。三價鉻電鍍已經(jīng)用于裝飾性電鍍，這是電鍍邁向更環(huán)保的一個大的進步。無六價鉻粗化，代鉻鍍層，即一個完全無鉻的裝飾性電鍍研究或推向市場應該不是很遙遠的事情。