1.前言

 

    汽車設(shè)計(jì)與時(shí)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(guān)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(yīng)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(gè)消費(fèi)者的心理需求和愿望。因此，對(duì)于裝飾性電鍍，實(shí)際上對(duì)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(jī)廠，要求以銅/鎳/鉻層為外飾電鍍層需通過CASS80小時(shí)無腐蝕測(cè)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(shí)到，常用的陰極涂覆層防腐評(píng)價(jià)測(cè)試方法，銅加速酸性鹽霧測(cè)試，即CASS，在融雪劑腐蝕的情況下，不一定能真實(shí)模擬腐蝕狀況，因此，近幾年，一種新的腐蝕評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法，有些主機(jī)廠也納入了標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，這不僅是一個(gè)新的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，同時(shí)，也對(duì)汽車外飾件電鍍防腐提出了新的要求，包括新的鍍層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

 

    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(guān)注度，直接影響消費(fèi)者對(duì)車的感官和印象。設(shè)計(jì)具有特色外觀的內(nèi)外飾，并能持久保持這種外觀，是主機(jī)廠和供應(yīng)商一直在追求的目標(biāo)。因此，裝飾性電鍍一直是汽車主機(jī)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(shì)。

 

    2.汽車塑料裝飾性電鍍的最新進(jìn)展

 

    2.1 可電鍍塑料：

 

    市場(chǎng)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(xué)鍵結(jié)合，并與丁二烯混合， 即ABS；

 

    2.1.2 在ABS的基礎(chǔ)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(jī)械強(qiáng)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(jié)構(gòu)，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(jī)械強(qiáng)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(yīng)用于汽車門把手和齒輪/引擎/其它保護(hù)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(zhǎng)。中國(guó)市場(chǎng)上，已經(jīng)有幾個(gè)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(guān)鍵參數(shù)：

 

    從塑料原材料到一個(gè)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(cuò)都可能造成整個(gè)產(chǎn)品的報(bào)廢。

 

    2.3 塑料基材上裝飾性電鍍流程：

 

    由于塑料基材不導(dǎo)電，在電鍍前，必須對(duì)塑料表面進(jìn)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(dǎo)電層，而且要保證金屬鍍層與塑料基材的良好的結(jié)合力。這一過程，直接決定了金屬鍍層與基材的結(jié)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(shí)，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(jià)鉻電鍍結(jié)合在一起，其外觀和顏色的可能組合更多，為內(nèi)外飾設(shè)計(jì)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(jī)廠在裝飾性電鍍中最感興趣的一個(gè)領(lǐng)域之一。

 

    2.4 ABS，ABS/PC塑料金屬化的最新進(jìn)展：

 

    傳統(tǒng)的塑料基材金屬化，是以化學(xué)鎳（也稱無電鍍鎳）為基礎(chǔ)的，它的缺點(diǎn)是流程較長(zhǎng)，污水處理比較復(fù)雜，含有絡(luò)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(xué)鎳。新的直接電鍍工藝的優(yōu)點(diǎn)：更短的工藝流程，省去了化學(xué)鎳和預(yù)鍍鎳， 減少了污水排放，污水處理更簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有生產(chǎn)線相容。而且不影響結(jié)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(jìn)展：新一代PA工藝流程：

 

    尼龍基材上的金屬化被認(rèn)為是較為難的，再加上注塑等其他技術(shù)問題，尼龍上電鍍被業(yè)界認(rèn)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(yàn)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(duì)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(yàn)，更嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系，和主機(jī)廠更多的監(jiān)控。

 

    銅層，作為最廉價(jià)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(gè)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(jī)廠對(duì)零部件的中銅層厚度有明確的要求。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)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?cè)阡摶纳虾湾冊(cè)谟秀~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(zhǎng)期實(shí)踐中得出一種“經(jīng)濟(jì)”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(xué)勢(shì)”，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(jìn)行，多層鎳的設(shè)計(jì)是讓腐蝕往橫向發(fā)展，而不至于發(fā)生可見的點(diǎn)飾，即使得腐蝕“不可見”。這樣，即使發(fā)生腐蝕，也不會(huì)產(chǎn)生“視覺沖擊”。對(duì)于裝飾性電鍍而言，腐蝕的“視覺沖擊”是一個(gè)很重要的指標(biāo)。

 

    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(jī)廠的通用要求。以下是多層鎳的基本結(jié)構(gòu)：

 

    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(xué)勢(shì)的差別，使得半光鎳相對(duì)光亮鎳層表現(xiàn)為惰性。因此，在腐蝕過程中，腐蝕被“引導(dǎo)”至向水平方向發(fā)展，而不至于發(fā)生直接穿透整個(gè)鎳層的腐蝕，從而保護(hù)了基材。這種“引導(dǎo)”的能力由兩層之間的化學(xué)勢(shì)差來決定。

 

    鎳層的化學(xué)勢(shì)φx的絕對(duì)值不可以直接測(cè)定，但之間的化學(xué)勢(shì)差可以間接測(cè)定并以電位差的形式來表達(dá)，這就是所謂雙層鎳之間的電位差，STEP。

 

    STEP（mV）=Δφ=φ1-φ2

 

    （嚴(yán)格上化學(xué)勢(shì)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(xué)勢(shì)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(guān)系。可見，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(dá)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(jì)的解決方案。所以，為了達(dá)到符合成本效益的最佳防腐效果，主機(jī)廠對(duì)雙層鎳的電位差有明確的要求，并把它當(dāng)成一個(gè)關(guān)鍵的控制指標(biāo)。

 

    由于四層鎳的工藝比較復(fù)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(jī)廠（主要為德系車）用來對(duì)應(yīng)俄羅斯泥腐蝕的一個(gè)選擇，市場(chǎng)比MPS（微孔鎳）要小很多。

 

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

 

    要達(dá)到較好的防腐效果，且不影響外觀，除了對(duì)單位面積上的顆粒數(shù)有要求，而且還要求鎳封層相對(duì)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(diǎn)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(jìn)行。因此，對(duì)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(xué)勢(shì)更低），具有更高的電位，腐蝕被有意導(dǎo)向處于下層的光亮鎳或珍珠鎳層。即在這個(gè)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(jìn)行中，但由于微孔鎳層的遮掩，這些腐蝕并不可見。因而達(dá)到了轉(zhuǎn)移腐蝕，不影響外觀的目的。隨著腐蝕的持續(xù)進(jìn)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?yàn)檫@時(shí)，在這對(duì)腐蝕對(duì)中， 半光亮鎳是做為陰極。

 

    為了達(dá)到這一效果，對(duì)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(dǎo)入到）。電位差過光亮鎳中；

 

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

 

    因此，在多層鎳中，嚴(yán)格和仔細(xì)控制多層鎳的各種參數(shù)，如厚度，點(diǎn)位差，微孔點(diǎn)等，對(duì)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(jī)廠應(yīng)該大力關(guān)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(chǎng)很久了。然而，由于人們消費(fèi)觀念的改變和對(duì)新穎外觀的青睞甚至追求，越來越多的裝飾和外觀設(shè)計(jì)人員把目光投向啞光電鍍。珍珠鎳（啞鎳）就是應(yīng)這個(gè)要求而開發(fā)的一個(gè)流程。啞光的形成機(jī)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)提供了一種手段。不同車廠，不同車型可以具有自己獨(dú)特的顏色和外觀；同時(shí)，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(jià)鉻、鍍六價(jià)鉻、鍍銀、黃銅、鍍金等。

 

    3.4 三價(jià)鉻電鍍

 

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

 

    三價(jià)鉻電鍍工藝結(jié)合光亮鎳或珍珠鎳一起使用，在顏色和外觀設(shè)計(jì)方面有更多的選擇性。抗腐蝕性能優(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(jià)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(jià)鉻可電鍍出暖色的淡黑色鍍層，工作窗口寬。黑悅色三價(jià)鉻可電鍍出深黑色鍍層，能很好的運(yùn)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(shí)驗(yàn)和顏色來控制。市場(chǎng)上的三價(jià)鉻電鍍產(chǎn)品舉例：安美特的TriChrome Smoke 2（槍色），TriChrome Shadow（黑悅色）。

 

    4.結(jié)語

 

    由于輕量化的要求，汽車會(huì)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(duì)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(guān)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(shù)水平與主機(jī)廠的要求并不存在很大的鴻溝，也就是說，目前的技術(shù)是能夠很大部分滿足主機(jī)廠要求的。對(duì)主機(jī)廠，尤其是自主品牌，關(guān)鍵是找到合適的加工企業(yè)，鼓勵(lì)和提升電鍍加工企業(yè)的技術(shù)和管理能力。珍珠（啞光）鎳，三價(jià)鉻電鍍，以及它們的不同組合，為外觀和顏色設(shè)計(jì)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(jià)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(gè)大的進(jìn)步。無六價(jià)鉻粗化，代鉻鍍層，即一個(gè)完全無鉻的裝飾性電鍍研究或推向市場(chǎng)應(yīng)該不是很遙遠(yuǎn)的事情。