1.前言

 

    汽车设计与时尚和颜色紧密联系在一起。使用光亮或珍珠色的装饰性电镀铬层，一直在乘用车的外观，颜色区分方面扮演着至关重要的角色。装饰性电镀层所具有的金属质感，是其他涂层不能代替的；通过改变电镀工艺，能创造新颖和有特色的颜色和外观； 因此，汽车内外饰装饰性电镀依然在汽车零部件电镀中占有重要的地位。塑料材料在汽车中的广泛应用，使得塑料电镀是汽车装饰性电镀中的最大部分，广泛用于内饰和外饰。

 

    原则上说，装饰性电镀层本身不具备功能性。然而，持久保持内外装饰的新颖是每个消费者的心理需求和愿望。因此，对于装饰性电镀，实际上对镀层有一定的防腐要求，而且，这种要求在不断提高。比如，某主机厂，要求以铜/镍/铬层为外饰电镀层需通过CASS80小时无腐蚀测试。另外，由于高寒地区融雪剂的广泛使用，汽车外饰件的腐蚀环境和介质与通常的腐蚀环境和介质有所变化。因此，人们意识到，常用的阴极涂覆层防腐评价测试方法，铜加速酸性盐雾测试，即CASS，在融雪剂腐蚀的情况下，不一定能真实模拟腐蚀状况，因此，近几年，一种新的腐蚀评价方法，即俄罗斯泥法，已经慢慢成为汽车外饰件防腐的新的评价方法，有些主机厂也纳入了标准。当然，这不仅是一个新的测试和评价方法，同时，也对汽车外饰件电镀防腐提出了新的要求，包括新的镀层结构设计。

 

    装饰性电镀与功能性电镀不同，虽然不具功能性，但具有极高的关注度，直接影响消费者对车的感官和印象。设计具有特色外观的内外饰，并能持久保持这种外观，是主机厂和供应商一直在追求的目标。因此，装饰性电镀一直是汽车主机厂所要求和追求的。本文将主要介绍汽车塑料内外饰电镀的一些最新趋势。

 

    2.汽车塑料装饰性电镀的最新进展

 

    2.1 可电镀塑料：

 

    市场上工业塑料种类繁多，但能够电镀的塑料则不多。归纳起来，大概只有以下三类塑料：

 

    2.1.1 聚丙烯腈与苯乙烯通过化学键结合，并与丁二烯混合， 即ABS；

 

    2.1.2 在ABS的基础上再混合碳聚合物，如聚碳酸酯，即ABS/ PC；与纯的ABS相比，ABS/PC的机械强度更高和具有更高的耐热性能；

 

    2.1.3 尼龙，即PA。尼龙微晶状结构，具有热塑性，并混有玻璃纤维、矿物填充料。尼龙比ABS或ABS/PC更高的机械强度和硬度和优异的温度稳定性：-30℃～130℃，比ABS更难电镀，需要更高成本。尼龙多应用于汽车门把手和齿轮/引擎/其它保护盖。

 

    目前，汽车塑料装饰性电镀以ABS或ABS/PC为主，但是，近年来，尼龙电镀呈现快速增长。中国市场上，已经有几个电镀厂能成功地量产以尼龙为基材汽车零部件。这也说明，尼龙电镀的工艺流程已经成熟。

 

    2.2 影响塑料电镀的关键参数：

 

    从塑料原材料到一个电镀好的装饰件，要经过注塑和电镀两大流程。任何工艺上的差错都可能造成整个产品的报废。

 

    2.3 塑料基材上装饰性电镀流程：

 

    由于塑料基材不导电，在电镀前，必须对塑料表面进行金属化处理，也称塑料电镀的前处理，然后才是装饰性电镀。金属化处理，不但要在塑料表面形成一层导电层，而且要保证金属镀层与塑料基材的良好的结合力。这一过程，直接决定了金属镀层与基材的结合力，其后的装饰性电镀，则决定了镀层的外观和耐腐蚀性。同时，在多层镍的过程中，可以改变电镀添加剂和其他工艺参数，使最后的表面产生不同的外观效果，即所谓“哑光” 镍。如果与三价铬电镀结合在一起，其外观和颜色的可能组合更多，为内外饰设计师或造型师提供了为自己车型定制内外饰电镀件外观和颜色的可能。这也是目前主机厂在装饰性电镀中最感兴趣的一个领域之一。

 

    2.4 ABS，ABS/PC塑料金属化的最新进展：

 

    传统的塑料基材金属化，是以化学镍（也称无电镀镍）为基础的，它的缺点是流程较长，污水处理比较复杂，含有络合剂，氨氮和磷。因此，可采用直接电镀工艺，用铜置换取代化学镍。新的直接电镀工艺的优点：更短的工艺流程，省去了化学镍和预镀镍， 减少了污水排放，污水处理更简单，与现有生产线相容。而且不影响结合力，适合ABS和含70%的ABS/PC。因此，新的流程更加环保。

 

    2.5 尼龙表面金属化进展：新一代PA工艺流程：

 

    尼龙基材上的金属化被认为是较为难的，再加上注塑等其他技术问题，尼龙上电镀被业界认为是比较难的塑料电镀工艺。新一代PA工艺已经在规模生产中得到验证。

 

    3.装饰性电镀

 

    装饰性电镀是指在塑料基材经金属化后的后续电镀流程。原则上，与一般五金电镀工艺，比如卫具，没什么太大的区别。然而，由于汽车装饰性电镀对外观和抗腐蚀性的要求比一般五金电镀的要求都要高，所以，尽管工艺已经比较成熟，但要用在汽车电镀上，就要求从事电镀加工的企业拥有更丰富的经验，更严格的质量管控体系，和主机厂更多的监控。

 

    铜层，作为最廉价的高整平镀层，用于装饰性镀层打底层。它比镍拥有更高的延展性和致密性，在同等厚度下，比镍的孔隙要少。能提高整个装饰性镀层的热稳定性。因此，铜层在汽车装饰性电镀中是不可缺少的，各主机厂对零部件的中铜层厚度有明确的要求。同时，实验表明，铜层还能够提高镍层的耐蚀性。比如，同样厚度镍层，直接电镀在钢基材上和镀在有铜打底的钢基材上，经折弯后，有铜层打底具有更好的耐蚀性能。

 

    3.1 ：多层镍工艺：

 

    多层镍工艺是在长期实践中得出一种“经济”的镀镍工艺。它通过改变电镀添加剂来调节镀镍层的“化学势”，从而控制镍层的腐蚀方式。在电镀件的生命周期中，腐蚀一直在进行，多层镍的设计是让腐蚀往横向发展，而不至于发生可见的点饰，即使得腐蚀“不可见”。这样，即使发生腐蚀，也不会产生“视觉冲击”。对于装饰性电镀而言，腐蚀的“视觉冲击”是一个很重要的指标。

 

    多层镍一般是指超过两层镍镀层的体系，可以是2，3甚至4 层。但在汽车装饰性电镀中，三层最为普遍，也是大多数主机厂的通用要求。以下是多层镍的基本结构：

 

    a）双层镍：半光镍＋光亮镍/珍珠镍；

 

    b）三层镍：半光镍＋高硫镍＋光亮镍/珍珠镍或半光镍＋光亮镍/珍珠镍＋镍封/微裂纹镍；

 

    c）四层镍：半光镍＋高硫镍＋光亮镍/珍珠镍＋镍封/微裂纹镍

 

    以双层镍（半光镍/光亮镍）为例，看双层镍如何比单层镍更“耐”腐蚀。所谓双层镍，即先镀一层半光镍，然后镀一层光亮镍。

 

    由于双层镍中存在化学势的差别，使得半光镍相对光亮镍层表现为惰性。因此，在腐蚀过程中，腐蚀被“引导”至向水平方向发展，而不至于发生直接穿透整个镍层的腐蚀，从而保护了基材。这种“引导”的能力由两层之间的化学势差来决定。

 

    镍层的化学势φx的绝对值不可以直接测定，但之间的化学势差可以间接测定并以电位差的形式来表达，这就是所谓双层镍之间的电位差，STEP。

 

    STEP（mV）=Δφ=φ1-φ2

 

    （严格上化学势差需要乘以电子电量e,Δφ=e*STEP，单位为能量单位：电子伏特）

 

    镍层的化学势差可以通过改变电镀添加剂来调节。

 

    图5是在双层镍耐腐蚀表现和电位差之间的关系。可见，在同一总镍厚度情况下，电位差越大，耐腐蚀性越好。另一方面，如果电位差相同，要达到同样的防腐效果，电位差越大，所需的总镍层越少，因此，多层镍是一种照顾了外观和防腐的最经济的解决方案。所以，为了达到符合成本效益的最佳防腐效果，主机厂对双层镍的电位差有明确的要求，并把它当成一个关键的控制指标。

 

    由于四层镍的工艺比较复杂，目前常用的，特别在汽车装饰性电镀中常用三层镍。一般为：半光镍＋光亮镍/珍珠镍＋镍封/微裂纹镍。

 

    在三层镍体系中，第三层镍，多为镍封层，又称微孔镍（MicroPoresNickel，MPS）。至于微裂纹镍，某些主机厂（主要为德系车）用来对应俄罗斯泥腐蚀的一个选择，市场比MPS（微孔镍）要小很多。

 

    MPS镍层，实际上是在镍层中共沉积一些微米尺度的不导电颗粒，比如氧化硅颗粒。当在MPS镍层上沉积铬层时，铬层并不能完全覆盖这些颗粒，使得铬层实际上是一个不连续层。

 

    要达到较好的防腐效果，且不影响外观，除了对单位面积上的颗粒数有要求，而且还要求镍封层相对于光镍层/珍珠镍层有一定的电位差。

 

    微孔镍的作用是分散腐蚀电流，使得腐蚀点均匀分布。

 

    3.2 ：镍铬体系的腐蚀方式

 

    以铜/多层镍/铬层为装饰性镀层，铬层很薄， 一般要求小于0.5微米。铬层在最外层，比镍更惰性。在腐蚀环境中，腐蚀总在进行。因此，对镍铬体系，腐蚀的过程可以用图9来说明。

 

    首先铬层在微孔镍处受到腐蚀，由于微孔颗粒比较多，所以腐蚀是均匀发生，并且腐蚀电流得到很好的分散。

 

    由于微孔镍（MPS-Ni）的电位比在它下层的光亮镍（B-Ni） 珍珠镍要更惰性（化学势更低），具有更高的电位，腐蚀被有意导向处于下层的光亮镍或珍珠镍层。即在这个腐蚀微电池中，微孔镍为阴极，光亮镍或珍珠镍为阳极。如下图所示，虽然腐蚀在进行中，但由于微孔镍层的遮掩，这些腐蚀并不可见。因而达到了转移腐蚀，不影响外观的目的。随着腐蚀的持续进行，再发生如图4所示的情形，首先是处于外层的光亮镍被腐蚀，而在光亮镍被腐蚀的过程中，始终有完整半光亮镍存在，因为这时，在这对腐蚀对中， 半光亮镍是做为阴极。

 

    为了达到这一效果，对微孔镍层的厚度和电位差都有一定的要求：

 

    a） 最佳厚度范围1.0~2.5μm：厚度太薄-铬层不稳定，容易塌陷；厚度太厚-腐蚀不能导入到）。电位差过光亮镍中；

 

    b） 合适的电位差可以引导腐蚀发生在光亮镍：MPS镍封层应该比光亮镍层电位正20~50毫伏，低或甚至是负值－MPS镍封将被腐蚀且铬层将塌陷，电位差过大-导致光亮镍层加速腐蚀。

 

    因此，在多层镍中，严格和仔细控制多层镍的各种参数，如厚度，点位差，微孔点等，对于装饰性电镀的外观和抗腐蚀性性能，都非常重要。也是汽车主机厂应该大力关注的。

 

    3.3 ：珍珠镍（哑光）工艺：

 

    传统的装饰性光亮镍/铬已经存在于市场很久了。然而，由于人们消费观念的改变和对新颖外观的青睐甚至追求，越来越多的装饰和外观设计人员把目光投向哑光电镀。珍珠镍（哑镍）就是应这个要求而开发的一个流程。哑光的形成机理如图11所示。改变电镀添加剂可以形成不同微观表面形态。从而使得外观和颜色可以调节。

 

    珍珠（哑光）镍给汽车内外饰装饰设计带来了很多新的可能，调节电镀添加剂和工艺，可产生不同的“哑光”效果，为内外饰设计提供了一种手段。不同车厂，不同车型可以具有自己独特的颜色和外观；同时，珍珠镍有良好的抗腐蚀能力，并可在多种基材上电镀；珍珠镍后可以加不同的镀层，如镀三价铬、镀六价铬、镀银、黄铜、镀金等。

 

    3.4 三价铬电镀

 

    三价铬电镀，顾名思义，即电镀过程中不再用到含六价铬的铬酐，符合最严格的环保要求，比如REACH等。是消除六价铬污染的一个重要措施。然而，经过大量实践发现，除了环保上的意义以外，三价铬在外观和反腐性方面有更多的优点和特点：颜色的可调性和优异的抗俄罗斯泥测试表现。

 

    三价铬电镀工艺结合光亮镍或珍珠镍一起使用，在颜色和外观设计方面有更多的选择性。抗腐蚀性能优良，较高的电镀速度， 和优良的耐CaCl2（即俄罗斯泥）腐蚀表现。

 

    三价铬电镀还可以在较大范围内调节镀层的颜色，从清亮到深色，从光亮到哑光镀层。枪色三价铬可电镀出暖色的淡黑色镀层，工作窗口宽。黑悦色三价铬可电镀出深黑色镀层，能很好的运用到汽车和电子行业，工作窗口宽，且工艺稳定；通过赫尔槽实验和颜色来控制。市场上的三价铬电镀产品举例：安美特的TriChrome Smoke 2（枪色），TriChrome Shadow（黑悦色）。

 

    4.结语

 

    由于轻量化的要求，汽车会越来越多使用塑料材料，其中有一部分是需要电镀的。电镀层的金属质感对于装饰性是重要且必须的，甚至是不可替代的。由于汽车装饰性零部件的高关注度，汽车内外饰电镀的防腐要求越来越高。然而，目前的技术水平与主机厂的要求并不存在很大的鸿沟，也就是说，目前的技术是能够很大部分满足主机厂要求的。对主机厂，尤其是自主品牌，关键是找到合适的加工企业，鼓励和提升电镀加工企业的技术和管理能力。珍珠（哑光）镍，三价铬电镀，以及它们的不同组合，为外观和颜色设计提供了更为广阔的空间和想象力，大胆和合理地采用新的颜色， 可以使内外饰更加丰富，甚至添加一些文化元素。三价铬电镀已经用于装饰性电镀，这是电镀迈向更环保的一个大的进步。无六价铬粗化，代铬镀层，即一个完全无铬的装饰性电镀研究或推向市场应该不是很遥远的事情。