材料开发汽车塑料电镀零件材料的开发方法研究分析分析

材料开发汽车塑料电镀零件材料的开发方法研究分析分析

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汽车塑料电镀件因其具有金属质感，用于汽车内外装饰，增强整车的时尚、高档感。 与金属相比，塑料不仅重量轻，而且易于加工成型。 电镀不仅改善了塑料的外观和装饰性，而且提高了其表面的抗冲击性、耐热性、耐磨性和机械强度。 因此，塑料电镀越来越受到汽车工程师的青睐。

车辆在使用过程中，电镀件要经受严寒、暴晒、酷热、腐蚀、酸雨、石块撞击等各种环境的考验，如果电镀件发展不充分，就会出现裂纹。实际应用中很容易出现涂层起泡的情况。 及其他质量风险。 电镀件的质量性能包括厚度、微孔（或微裂纹）数量、附着力、耐高低温湿热交变性能、耐腐蚀性能等。

在汽车行业，塑料电镀件的发展是一个系统工程。 需要从材料开发、制造技术、结构设计、实验评价四大方面进行综合开发和评价工作。 通过对电镀件的开发进行全面、系统的研究，为电镀件的批量生产质量提供保障。

材料开发

汽车塑料电镀件有多种选择，其中丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）是应用最广泛的电镀，电镀效果最好。 本文以ABS材料为主要研究对象，对其开发方法进行研究分析。

1.1 基本物理性能

材料的基本物理性能是零件性能的基础。 材料的熔融指数（MFR）决定了零件的制造性能； 材料的弯曲模量决定了零件的刚性； 材料的缺口冲击强度（）和多轴冲击决定了零件的韧性； 材料的热变形温度（ature，HDT）决定了零件的耐热性； 线膨胀系数（CLTE）决定了零件的热胀冷缩性能； 收缩率决定了零件模具的设计尺寸。 然而，材料的各种物理性质是相互冲突的。 如果材料的刚性增加，则材料的韧性可能会降低。 材料开发注重刚性和韧性的平衡。 材料的选择应以充分掌握零件性能的基础材料为基础，综合考虑材料的各种物理性能。

1.2 橡胶含量及形态

ABS材料的分类有很多，如阻燃ABS、耐热ABS、挤出ABS等。作为电镀件的材料，必须使用电镀级ABS。 电镀级ABS主要由丁二烯（1,3-）和苯乙烯-丙烯腈（-，SAN）组成。 材料表面的橡胶（丁二烯）在电镀液中被腐蚀，从而形成涂层和基材。 它们之间的锚固结构使镀层和基材紧密贴合在一起。

电镀ABS材料作为一种特殊用途的材料，在设计材料配方时不仅需要考虑成型件的力学性能要求，还需要考虑材料的电镀性能。 在电镀材料的开发中，观察ABS中橡胶的含量和形态可以判断该材料是否具有良好的电镀性能。

除了橡胶含量对电镀性能至关重要之外，橡胶的形态分布也同样重要。 小粒径橡胶均匀分散在PC/ABS中，可以提供足够数量的铆接点，并为材料提供良好的电镀性能； 添加少量大粒径橡胶并粗化可提供更深的铆接点，从而提高镀层结合力。

制造流程

电镀件的制造工艺主要包括注塑工艺和电镀工艺。 下面对这两个工艺中的关键参数进行研究分析，为实际量产中的参数设置提供参考。

2.1 注塑工艺

零件基材注塑对电镀的影响主要是内应力。 内应力越大，零件电镀后尺寸变形越严重。 过大的内应力会造成表面粗化不足，使其难以敏化、活化和金属化，最终影响电镀产品的性能。 同时，材料中的橡胶变形越严重，变形也会越严重，从而导致电镀不良。

注塑参数中，注射速度和模具温度对内应力的影响最大。 注塑速度太慢、模具温度太低，导致熔体填充注塑机型腔所需时间过长。 熔体前端料温降低，需要较大的保压压力来促进熔体流动，制件内应力较大； 注塑速度太快，熔体流动过程受剪切影响大，材料中分子被拉伸，制件内应力大。

注塑工艺参数的设置对零件的成型有重要影响。 在实际批量生产中，为了保证批次的稳定性，需要固定注塑工艺参数并设置监控值来判断零件生产的稳定性。 为了保证零件之间的一致性，将螺杆温度、注射速度、保压压力、保压压力切换位置等控制参数固定为常数，并以填充时间、保压压力切换压力、缓冲量等结果参数作为常数。监测参数。 数值，通过观察监测值是否在规定范围内来判断零件的一致性是否良好。

2.2 电镀工艺

电镀工艺对零件的镀层性能起着重要作用。 适当的电镀工艺可以使镀层具有规定的厚度并与基材有紧密的结合，从而使零件具有优良的耐候性等性能。 在材料开发阶段就已经说过，粗化是整个电镀工艺中非常关键的工序。 以粗化温度和粗化时间的设置为例来说明各工艺参数设置对电镀的影响。

对于ABS材料，在一定粗化温度的前提下，当粗化时间太短时，粗化液对材料表面的橡胶的蚀刻不够，孔洞尺寸小、深度浅，涂层与基体之间的结合力较低； 当粗化时间过长时，SAN基材在蚀刻橡胶后还被粗化液蚀刻，导致孔锚固结构塌陷，涂层与基材之间的结合力低。

在粗化时间一定的前提下，当粗化温度过低时，粗化液的蚀刻速度降低。 橡胶蚀刻时仅蚀刻表面，无法形成深孔。 涂层与基体结合力低； 当粗化固化温度太高时，粗化液蚀刻得非常快。 橡胶完全蚀刻后，SAN基材的锚固结构也被蚀刻，涂层与基材的结合力较低。

结构设计

电镀是利用电解原理在零件表面镀上金属的过程。 电镀液中的金属离子在电位差的作用下向阴极（电镀件）移动，形成镀层并形成电流。 零件表面不同位置的电流密度也不同。 电流密度直接影响涂层的沉积速度。 电流密度越高，沉积速度越快，反之亦然。 电流密度分布受电镀件形状影响，零件的结构设计对于获得良好的电镀外观非常重要。

3.1 通用要求

对于一般电镀件，为了使电镀层厚度均匀，应注意以下设计要点。 对于大平面零件，为保证表面涂层厚度均匀，应设计为略凸的圆弧面； 产品的内外角应设计为圆角。 ，防止拐角处局部电流密度过高，镀层过厚； 对于深孔或圆柱形深腔，底部应设计成球形，中间留有小流孔，以便让镀液流动，有利于镀层厚度的均匀。

3.2 外观要求

在实际零件设计过程中，产品设计工程师应与零件制造供应商充分沟通。 不同类型的零件有不同的电镀要求，应具体分析。 总结汽车上电镀件的主要类型零件要求如下：

对于凸台零件，凸台之间的宽度/深度应≥2cm。 如果凸台深度太深，两个凸台之间的底部很容易发黄（没有镀Cr层）。 设计时应保证角度θ≥135。 。

对于电镀格栅，如果零件开孔深度小于开孔宽度的1/2，则电镀膜厚度即可满足要求； 如果零件开孔深度超过开孔宽度的1/2，电镀膜厚就达不到要求。

对于刻字电镀件，翻边角度A≥75。 ；电镀表面刻槽文字深度B≤0.8mm； 电镀表面凸字深度≤1.5mm。

3.3 固定结构要求

经过电镀后，固定结构的强度会得到一定程度的增强。 为了防止安装过程中镀爪插入力过大，造成安装困难，需要减薄。

实验评价

实验评估是零件开发的重要组成部分，是零件开发质量的试金石。 粗化观察和结合力测试可以在开发初期预估涂层质量，提前掌握风险； 以冷热冲击测试作为判断零件是否合格的标准。

4.1 粗略观察

在电镀工艺中，粗化是利用铬酸选择性去除零件表面的丁二烯橡胶，在零件表面形成无数微小孔洞的过程。 粗糙化的孔为粘附和金属沉积提供胶体钯，在金属涂层和基材之间形成锚定结构。 由于锚固结构的存在，涂层与基材之间的结合力较大。 当零件受热膨胀或冷却收缩时，涂层仍能紧密粘附在基材上。

粗化工序是决定涂层附着力的最关键工序。 如果粗化不充分，则产品表面与金属镀层的接触面积不足； 相反，如果粗化过度，ABS树脂中的SAN基体也会被蚀刻，导致表面严重粗糙，影响ABS树脂与金属涂层的结合力。 力量。

为了观察零件表面的微观形貌，可以使用扫描电子显微镜（SEM）进行测试，设备可以是JEOL JSM-。 SEM主要通过电子束与样品表面的相互作用产生二次电子，从而产生样品表面的放大形貌。 SEM可用于观察零件表面的粗糙程度，以评价基材的电镀性能。

4.2 结合力测试

电镀件镀层与树脂基体之间的结合力越大，电镀件在实际工况下出现外观不良的风险就越低。 因此，评价镀层结合强度可以判断零件镀层性能的好坏。 镀层主要由铜层（内层）、镍层（中层）、铬层（外层）组成。 镀层与基材之间的结合力由最内层的铜层决定。 并且由于铬层和镍层的延展性较差，执行90。 剥离试验镀层容易发生脆性断裂，因此选择铜层进行剥离试验。 选择电镀铜工艺后的镀铜样品测试镀层附着力。

结合强度测试，将镀铜样品分为9个区域，选择不同的剥离方向。 切出10mm宽的铜层，以20mm/min的剥离速度进行剥离，并实时保持剥离角度为90°，如图1所示。

图1 剥离面积及方向示意图

在实际实验评估中，选择了三种不同的电镀件进行附着力测试。 不同基材的附着力存在较大差异。 样品1附着力为6.3N，电镀性能较差； 样品2的附着力为10.8N，电镀性能中等； 样品3的附着力为14.0N，电镀性能优良。

4.3 冷热冲击试验

金属涂层与塑料基材的热膨胀系数差异较大。 ABS树脂的线性热膨胀系数是金属涂层的5倍以上。 这意味着一旦温度发生变化，ABS树脂与金属涂层之间线性热膨胀系数的显着差异将产生巨大的热应力。 一旦超过各自材料的极限拉应力，就会导致涂层、树脂剥离等一系列问题。 ，严重影响电镀ABS在有温差的环境下的使用。 热冲击试验是测试电镀产品在面对极高温度、极低温、极高温和极低温切换时的抵抗能力的试验方法。 主要目的是检测电镀产品在不同日常环境下的使用寿命。

电镀件冷热冲击试验在高温90℃、低温-40℃条件下进行，冷热冲击循环10次。

选择与结合强度测试相同的三种电镀件进行冷热冲击测试。 样品1结合力最低，试验后出现明显镀层起泡，电镀性能较差； 样品2结合力中等，测试后出现轻微涂层起泡。 电镀性能中等； 样品3具有优异的结合力，并且在测试后没有表现出任何电镀性能。 出现电镀鼓泡等缺陷，但电镀性能良好。 测试结果表明，涂​​层的结合强度与零件的抗热震性能密切相关。 结合力越好，涂层的耐冷热冲击能力越强。

总结

本文介绍了汽车电镀件的全流程开发方法，从材料开发、制造工艺、结构设计、实验评估四个主要方面进行描述。 总结如下：

(1)材料开发时，需要确认材料的基本物理性能、橡胶含量和形态。 材料的物理性能需要保证刚性和韧性的平衡，橡胶含量需要足够，橡胶形态需要具有粒度分布。

(2)在制造过程中，注塑过程中注射速度和模具温度的设定对制件的内应力影响很大； 电镀过程中，粗化时间和温度对镀层与基材的结合力影响很大。 影响力很大。

(3)结构设计时，对于有深度的零件，要保证开口宽度大于开口深度的两倍。 需要考虑角度和外观平面设计，以保证涂层厚度均匀。

(4)在实验评价中，镀层结合力对零件电镀性能起着至关重要的作用。 镀层的结合力越好，电镀件的耐冷热冲击性能越好，出现镀层剥落或起泡等缺陷的风险越低。

通过建立汽车电镀件综合开发方法，保证零件的可靠性。