汽车塑料饰件电镀工艺：实现装饰、耐腐蚀和耐磨的关键技术

汽车塑料饰件电镀工艺：实现装饰、耐腐蚀和耐磨的关键技术

（作者：CVC威科汽车 张华 陈志勇）随着汽车及相关装饰行业的发展，汽车行业对装饰性和功能性塑料电镀件的需求也大幅增加。近年来，塑料电镀件被广泛应用于汽车内外装饰件，如内门把手、换挡板、防刮饰条、散热器格栅、车标、保险杠饰条等。在汽车塑料件上进行电镀可以达到装饰性、耐腐蚀、耐磨的效果。同时，塑料电镀件不仅可以节省加工时间，简化加工工艺，还可以在一定程度上提高零件的外观质量。

1、汽车塑料饰件电镀工艺

1.1汽车塑料饰件电镀工艺流程

目前汽车电镀广泛使用的塑料有ABS、PC+ABS、PA等。下面主要讨论塑料电镀的工艺流程。塑料电镀是通过一定的加工方法在塑料表面获得导电膜，再通过电镀加厚的过程。因此塑料电镀工艺也可以简单分为两步。第一步是塑料电镀的前处理：除油→粗化→中和→催化→脱胶→化学镍；第二步是塑料电镀：预镀镍→亮铜→半亮镍→亮镍→镍封孔→亮铬。

1.2 工艺流程描述

1.2.1塑料电镀前处理工艺流程描述

1.2.1.1脱脂：清洁塑料件表面，除去塑料件表面的油脂、灰尘、汗渍等物质。脱脂不仅关系到电镀层与塑料基体的附着力，还关系到镀层的外观和镀层的各项性能。

1.2.1.2粗化：在塑料表面形成直径为0.2μm～1μm的凹陷，使制件表面微粗糙，增大电镀面与注塑件的接触面积。粗化提高了塑料表面的亲水性，形成适当的粗糙度，可以保证电镀层与塑料表面有良好的结合力。

目前普遍采用化学粗化，化学粗化利用粗化液的强酸性，使零件表面形成凹陷，化学粗化后的表面显微照片如图1、图2所示。粗化温度、时间和化学浓度决定了活性点的化学特性，粗化过少或过多都会影响涂层的附着力。

粗化处理后SEM照片图1

粗化处理后SEM照片图2

1.2.1.3 中和：利用溶液的还原性，将残留在零件表面的铬酸还原除去，这些残留的铬酸对后续工序有不利的影响，必须进行中和。

1.2.1.4催化：由于化学镍沉积需要催化作用，因此在塑料表面要沉积催化剂，溶液中的催化物质均匀吸附在制件表面燕尾形孔洞中，为后续的化学镍反应提供催化中心。

可用作化学镀镍催化剂的金属有钯、铂、钌、钴、镍等，从功效和成本考虑，钯最为合适，胶体钯在氯化亚锡的螯合作用下吸附于塑料表面，提供催化中心。

1.2.1.5脱胶：催化溶液中吸附在塑件表面的胶体钯由于被二价锡离子（Sn2+）包围，不具有催化活性，需要通过脱胶工序将钯周围的二价锡溶解，使其裸露，真正发挥催化作用。脱胶一般在35°-40°的80-120mL/L盐酸溶液中浸泡1-3分钟即可。

1.2.1.6化学镍：前面的一切工序都是为了本工序的顺利进行做准备。经过化学反应后，使零件表面覆盖一层导电的镍/磷合金层（约0.2μm），使原来不导电的塑料变成导体，为后面一系列的电镀（铜、镍、铬）工序的进行提供了可能。

1.2.2塑料电镀工艺流程描述

1.2.2.1预镀镍：化学镍层比较薄（约0.2μm），导电性较差，在化学镍表面增加一层预镀镍层，可提高零件的导电性。

1.2.2.2光亮铜：铜具有良好的延展性和柔韧性，其热膨胀系数较其他镀层更接近塑料。在塑料件表面镀一层厚度约15～25μm的光滑而柔韧的铜层，有利于增加零件与整个镀层的结合强度、抵抗温度变化的能力和抗腐蚀能力。在零件受到外界环境温度变化或冲击时能起到缓冲作用，减轻零件的损伤程度。

1.2.2.3半光亮镍：零件外观呈半光亮状，故称半光亮镍。镀层具有良好的延展性和整平性。半光亮镍层基本不含硫（<0.005%），其电位比光亮镍镀层高。零件在铜层上再镀一层半光亮镍和光亮镍的组合，使零件具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。

1.2.2.4光亮镍：使零件具有镜面般的亮丽效果，颜色呈黄白色。当零件受到腐蚀介质腐蚀时，光亮镍镀层中含有硫（0.06%~0.08%），电位比半光亮镍低。作为阳极镀层，它首先发生腐蚀，腐蚀方向由纵向转为横向，从而避免了大面积、深层的腐蚀结果，从而大大减缓了零件的腐蚀速度。

在镀亮镍时，有时根据需要也用珍珠镍代替。珍珠镍具有珍珠般的亮丽效果，使零件看起来色泽高雅柔和。珍珠镍镀层组织细密，孔隙少，内应力小，耐腐蚀性能好，具有优良的耐接触、耐划伤性能，已成为欧美重要的防护装饰镀层。图3、图4分别是镀层中采用亮镍和珍珠镍的效果图。

镀层采用光亮镍 图3

电镀层采用珍珠镍 图4

1.2.2.5镍封孔：在光亮镍液的基础上，在电镀液中加入一些不导电的细小颗粒(一般直径在0.5μm左右)。在电镀过程中，镍不断沉积在零件上，这些颗粒也被带入镀层中。由于这些颗粒不导电，所以其它镀层就不能镀在颗粒上。所以在镀铬层之后，在零件上就形成了不连续的、贯穿镍层的小孔(俗称微孔)。当零件发生腐蚀时，正是这些微孔的存在，增加了镍层的裸露面积，很好的分散了腐蚀电流，大大降低了单位面积镍表面积上的腐蚀电流，腐蚀速度也降低了，从而避免了集中而深的强烈腐蚀，起到了很好的防腐效果。

1.2.2.6光亮镀铬：镀层呈耀眼的银白色，使零件达到最佳的装饰效果。在环保和市场需求的考虑下，三价铬和电镀黑铬的使用越来越多。

目前由于环保要求，三价铬的应用越来越多，其特点是环保、低毒（仅为六价铬的1%）、废水处理简单、电流效率高、覆盖率和分散性能都比六价铬高。但也有不足之处，镀层颜色比六价铬略深，耐腐蚀性能和硬度不如六价铬。

电镀黑铬的应用也越来越多，黑铬不是纯铬而是铬和三氧化铬的水合物，晶粒呈树枝状结构，其特殊的物理性质可以完全吸收光波而变成黑色。

2、汽车塑料配件电镀工艺常见缺陷及控制

汽车塑料电镀件缺陷主要有麻点、针孔、露塑、发黄、烧焦、起泡、生锈等七种，为了避免这些缺陷的产生，在电镀过程中必须注意以下几个方面。

凹坑：零件表面的小凸起或亮点，是由小的固体杂质颗粒沉积在零件表面引起的。通常由电镀水中的杂质或电镀槽中的固体杂质引起。建议在电镀过程中使用去离子水，以增强电镀液的过滤效果。

针孔：零件表面的小凹坑，主要是电镀过程中吸附在零件表面的氢气来不及逸出而形成的。这通常是由于电镀槽内空气搅拌不均匀造成的。通过改善空气搅拌，可以将吸附在零件表面的氢气驱走。

塑料露：零件表面镀不上，主要是因为正面化学镍没有沉积好，导致背面电镀不成功。主要原因可能是镀槽被粗化液污染，化学镍反应不够快，局部没有沉积。解决方法是防止粗化液带入背面镀槽，增加槽液浓度。

发黄：零件表面局部发黄，主要是因为零件铬层（银白色）未镀上去，露出镍色（白中带黄），主要是因为镀铬电流太小，可加大镀铬电流。

烧焦：零件尖角处凸出或粗糙，这主要是由于电镀过程中零件电流过大，导致镀层结晶粗糙所致。解决方法是电镀时降低电镀电流。

起泡：零件表面出现气泡凸起，主要原因是电镀层与塑料层结合力差，可能原因是零件注塑材料性能差，零件粗化不够或太粗化，建议使用客户认可的电镀级材料，适当增加或减少粗化程度（增加粗化浓度、温度、时间等）。

生锈：零件表面被腐蚀、变色、失去光泽。这主要是零件的耐腐蚀性能差造成的。这可能是由于电镀挂具导电性差，导致电镀膜厚度不足、产生微孔，或环境中存在强腐蚀介质（如：含有Cl、S等物质）造成的。应制作新挂具、改进工艺，保证电镀层厚度和微孔数量，避免酸雨，经常洗车。

3、汽车塑料电镀配件性能检测

3.1 涂层厚度、电位差、微孔、微裂纹数量的检测

3.1.1 目前检测镀层厚度的方法主要有显微镜法、库仑法和X-Ray法，目前国际知名汽车公司检测塑料电镀件镀层厚度的方法如表1所示。根据标准中提出的镀层厚度要求来判定镀层是否合格。

表1 知名汽车公司塑料电镀饰件涂装检测方法

汽车公司

标准

测试方法

铬

镍

铜

美国汽车公司1

通用编号 14668[1]

X射线法

最好使用显微镜方法，但也可以使用库仑法

美国汽车公司 2

WSS-M1P83[2]

库仑法

显微镜

欧洲汽车公司1

TL528[3]

库仑法

欧洲汽车公司2

双线 8465[4]

库仑法

显微镜或库仑法

日本汽车公司 1

TSH 6504G[5]

X射线法、显微镜法或库仑法

显微镜或库仑法

日本汽车公司2

NES M4063[6]

显微镜或库仑法

3.1.2 多层镍电位差检测

各大汽车公司对多层镍的电位差测试均采用阶跃试验法，测量微孔镍与光亮镍之间的电位差、光亮镍与半光亮镍之间的电位差、高硫镍与光亮镍之间的电位差。图5[7]给出了各镍层之间的电位差及各镍层厚度。目前各汽车公司的要求都差不多。以美国汽车公司的电位差要求为例：微孔镍~光亮镍：10~40mv，光亮镍~半光亮镍：100~200mv，高硫镍~光亮镍：15~40mv。

镍层电位差-厚度图图5

3.1.3 微孔、微裂纹的检测

测试微孔数量通常有两种方法，铜沉积量测法（）和活性腐蚀部位判定与评价法（Test of Sites）。各大汽车公司的铜沉积量测法要求微孔数量大于10000孔/cm2，活性腐蚀部位判定与评价法要求大于2000孔/cm2。微裂纹数量至少为250-800个/cm，且呈网格状均匀分布在各个方向。微孔、微裂纹太少会降低涂层的防腐效果。

3.2 汽车塑料电镀件附着力测试

塑料涂层附着力的测试方法常用有三种：划格法、锯切法、剥离法。划格法和锯切法是根据试验结果进行目测判断，而剥离法则是根据试验测得的剥离强度来判断涂层附着力是否合格。美国车企1目前多采用90°剥离法测试涂层剥离强度，欧洲车企1多采用浮辊法测试涂层与基材的剥离强度。

3.3 汽车塑料电镀件相关温度试验及检验

全球各大汽车公司对塑料电镀件的检验标准通常包含温度储存、快速温度变化和温度循环试验三种温度试验，通过三种不同的温度类型来检查塑料电镀件试验后的外观、尺寸稳定性、镀层附着力等性能。

3.4 涂层耐腐蚀试验

目前各大汽车公司对塑料涂层的腐蚀检测一般都采用CASS检测，具体检测时间各个公司可能略有不同，内饰件和外饰件的检测时间也有所不同。

总之，汽车塑料电镀饰件的检测手段日趋完善，例如美国汽车制造商1要求塑料电镀外饰件还需进行碎石冲击试验，日本汽车制造商3则要求按照ASTM B490进行延展性试验。

4。结论

汽车塑料饰件电镀工艺经过多年的发展，已经相当成熟，目前汽车塑料电镀正向无铬粗化体系、低钯浓度工艺、三价铬产品、无氰化物产品等方向发展。汽车生产企业应以环境保护和产品质量保障为己任，引导供应商及其工艺厂家改进塑料电镀工艺，尽可能采用污染少、浓度低、易处理的工艺，为消费者提供技术先进、质量可靠、放心的产品。

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