鍍層結合強度裝置設計及可行性分析

楊冬冬 李 飛 顧健愷 趙 輝 鄭思維 陳魯鐵

（中汽研汽車零部件檢驗中心（寧波）有限公司，浙江 寧波315104）

隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，鍍層類產品已經成為了人們生活中不可缺少的一部分，并且使用率也越來越高。汽車工業的蓬勃發展造就了大量的鍍層類產品的需求，行業門檻越來越低，各類鍍層類產品質量良莠不齊，有時難以滿足汽車行業嚴苛的使用環境要求。而鍍層類材料的失效，對整車的內飾感官造成了很大影響，嚴重降低了整車的質感和乘坐舒適性。

鍍層結合強度是鍍層類產品質量的重要基礎指標之一，鍍層類產品在使用過程中，若沒有良好的結合強度，就會出現裂紋（開裂和裂面）等質量問題，進而影響鍍層類產品的使用壽命。介于消費者消費意識的提升和廠家對于自身品控要求的強度提升，各大主機廠對于鍍層類試驗項目都增加了鍍層結合強度試驗。但是現有的針對該測試項目的設備比較少，各類設備設計也沒有通用的標準，可替代性大打折扣。

本文結合塑料電鍍的特點，講述了塑料電鍍的工藝流程，并參照目前國際上各大整車廠的鍍層結合強度檢測方法，設計了一套鍍層結合強度測試裝置，通過實際操作對比，驗證其可行性。

1 汽車塑料飾件電鍍工藝

1.1 汽車塑料飾件電鍍的工藝流程

塑料電鍍工藝，即選取一定的加工方法，先在塑料表面覆蓋一層導電膜，使塑料表面披覆上金屬，然后用電鍍的方法進行加厚的過程。整體工藝流程可簡單地分為兩大步：第一步為電鍍前的處理，包括除油、粗化、中和、催化、解膠、化學鎳這些流程；第二步為電鍍加厚處理，包括預鍍鎳、光亮銅、半光亮鎳、光亮鎳、鎳封、光亮鉻。如圖1 簡單的規劃出了塑料電鍍工藝的基本流程。

1.2 工藝流程的闡述

1.2.1 塑料電鍍的前處理工藝流程闡述

圖1 塑料電鍍工藝流程示意圖

1.2.1.1 除油：除油清洗是電鍍前處理的重要環節，主要是去除塑件表面的油脂、灰塵、汗漬等物質。除油不僅關系到鍍層的外觀，還會影響鍍層結合強度及其他性能。

1.2.1.2 粗化：用機械法或化學方法對工件表面進行處理，在表面形成小于1μm 的凹陷，從而在工件表面得到一種微觀粗糙的結構, 增加電鍍面與注塑件的接觸面積。優質的粗化有利于提高鍍層與塑料表面的結合力。

1.2.1.3 中和：中和的目的是中和掉工件上的殘酸，使清洗更加干凈，以防這些藏留鉻酸對后面的工序產生不利影響。

1.2.1.4 催化：溶液中的催化物質被均勻吸附在零件表面燕尾狀的小孔中，在塑料表面沉積催化劑，使化學鎳順利完成沉積；為后面化學鎳反應的發生提供了催化中心。

1.2.1.5 解膠：塑料零件表面在催化液中所吸附的膠體鈀并不具有催化活性, 解膠即把鈀活化劑濃度適當降低, 有利于得到均一的化學鎳鍍層，有效減少掛具接觸點的不良品率。

1.2.1.6 化學鎳：當前面所有工序完成后，即可進行化學鎳準備，經過化學反應后，零件表面被覆蓋了一層能夠導電的鎳/磷合金層，使原先并不導電的塑料變成了導體，為后續一系列的電鍍（銅、鎳、鉻）過程提供堅實基礎。[1]

1.2.2 塑料電鍍的工藝流程闡述

此工藝流程主要講訴現在汽車行業運用最為廣泛的鉻、鎳（三層鎳）、銅的工藝流程。如圖2 所示。

圖2 鉻、鎳、銅基本分層圖

1.2.2.1 預鍍鎳：又指暗鎳，目的是保證基體金屬化的電性能，確保后續電鍍的流暢性和時效性，此步驟一般在解膠之后進行。

1.2.2.2 光亮銅：銅在電鍍件上是一個必不可少的物質，起到很好的保護零件的表面作用，提高它的結合力和耐腐蝕能力。由于催化的作用，使得塑料件在化學鍍銅的時候能夠加速銅的還原，在塑料表面能夠快速的形成一層均勻、細微的銅層，來減少零件表面的損傷。

1.2.2.3 半光亮鎳：半光亮鎳有著無硫，延展性和整平性較好的特點，通常情況下會將它的鍍層稱為半光亮。通常情況下，半光亮鎳的電位要高于光亮鎳100～200 mV。

1.2.2.4 光亮鎳：光亮鎳有很多優點，不僅可以省去繁重的拋光工序，改善操作條件，節約電鍍和拋光材料；還能提高鍍層的硬度，便于實現自動化生產。但是光亮鍍鎳層中含硫，內應力和脆性較大，耐蝕性不如鍍暗鎳層，為了克服這些缺點，可采用多層鍍鎳工藝，使鍍層的機械性能和耐蝕性得到顯著的改善。

1.2.2.5 鎳封：鎳封是在一般光亮鎳液中加入直徑在0.01～1um 之間的不溶性固體微粒(Sio2 等)，在適當的共沉積促進劑幫助下，使這些微粒與鎳共沉積而形成復合鍍鎳層。當在這種復合鍍鎳層表上沉積鉻層時，由于復合鍍鎳層表面上的固體微粒不導電，鉻不能沉積在微粒表面上，因而在整個鍍鉻層上的形成大量微孔，即形成微孔鉻層。表面存大的大量微孔，可在很大程度上消除普通鉻層中存的巨大內應力，將鉻層下面的鎳層大面積地暴露出來，在腐蝕介質的作用下，鉻與鎳組成腐蝕電池，鉻層為陰極，微孔處暴露的鎳層為陽極而遭腐蝕，從而改變了大陰極小陽極的腐蝕模式，使得腐蝕電流幾乎被分散到整個鍍鎳層上，從而防止了產生大而深的直貫基體金屬的少量腐蝕溝紋和凹坑，并使鍍層的腐蝕速度減小，且向橫向發展，因而保護了基體金屬，顯著的提高了鍍層的耐腐蝕性能。

1.2.2.6 光亮鉻：鍍層呈耀眼的銀白色，主要起裝飾作用。在環保日益嚴格的大環境下，電鍍黑鉻及三價鉻應用也多了起來。三價鉻具有環保、毒性低、廢水處理簡單、分散性能高于六價鉻等特點。[2]

2 鍍層結合強度檢測方法

2.1 剝離法

在塑料電鍍的樣片上切取1cm～2cm 寬的鍍層，撬起一頭，用垂直于基體的力拉鍍層，測定剝離層所用的力，試驗速度為50mm/min，試驗長度大于50 mm。粘附強度是試驗長度5mm 到50mm 之間的載荷除以試樣寬度的算術平均值，單位以kg/cm計，試驗示例如圖3 所示。

圖3 剝離法示意圖(圖片引用于MS 612-15-2014 標準)

2.2 冷熱循環測試法

通過冷熱循環測試，試驗后通過檢查鍍層是否出現起泡、斑點、開裂等現象來驗證鍍層結合強度性能。一般采用如下所示的測試條件：

2.2.1 在-40℃±2℃的環境箱中存放60 分鐘；

2.2.2 在20℃±5℃的環境箱中存放60 分鐘；

2.2.3 在75℃±2℃的環境箱中存放60 分鐘；

2.2.4 在20℃±5℃的環境箱中存放60 分鐘。

1→2→3→4 為1 個循環周期測試，每個周期結束后都應該取出試樣進行檢查。一共進行5 個循環，觀察鍍層是否出現起泡、斑點、開裂、變色、變形或其他影響外觀的缺陷。[3]

2.3 割據法

鋸條規格：24 齒/英寸；鋸切速度：約每秒鋸一下；鋸切深度：≥5cm（除非零件形狀不允許）；鋸割方向：從基材切割到鍍層；鋸割數量和間距：至少4 條（如圖4 所示），平行間距3mm～4mm；膠帶：Tesa 4657 或同等性能；鋸條使用壽命：50 次。

在鋸口位置粘貼10～20 厘米寬的壓力敏感膠布（膠布應留下足夠的長度便于手指間抓握及快速扯起），與工件平面以90度角快速扯起整個膠布, 觀察鍍層與鍍層之間以及鍍層與素材之間是否有鍍層翹起或剝離現象發生。

3 割據法鍍層結合強度測試裝置

3.1 鍍層結合強度測試裝置結構

3.1.1 底座：底座上分別固定一個切割工具臺和豎直固定臺。

3.1.2 豎直滑軌：豎直滑軌固定在豎直固定臺上，另一端通過豎直滑塊與水平固定臺進行連接。

3.1.3 水平滑軌：水平滑軌固定在水平固定臺上，另一端通過水平滑塊與方形安裝塊進行連接；

3.1.4 方形固定塊：方形固定塊固定在方形安裝塊上。

3.1.5 夾片：夾片固定在切割工具臺上。

方形安裝塊和方形固定塊中間的夾縫用于安裝鋸子，并且可以使鋸子完全固定，通過對鋸子施加力帶動方形安裝塊，在水平滑軌上進行左右移動，安裝在方形安裝塊上的鋸子中的鋸條可以正好進入切割工臺的夾縫中?？梢酝ㄟ^帶動水平固定臺通過豎直滑軌在豎直方向上進行移動。夾片用于固定樣品，切割工具臺斜面與水平夾角為45°，可以保證樣品與水平夾角為45°（如圖5 所示）。

圖5 鍍層結合強度測試裝置示意圖

3.2 裝置工作過程

底座上分別固定一個切割工具臺和豎直固定臺；豎直滑軌，豎直滑軌固定在豎直固定臺上，另一端通過豎直滑塊與水平固定臺進行連接；水平滑軌，水平滑軌固定在水平固定臺上，另一端通過水平滑塊與方形安裝塊進行連接；方形固定塊，方形固定塊固定在方形安裝塊上；夾片，夾片固定在切割工具臺上。方形安裝塊和方形固定塊中間的夾縫用于安裝鋸子，并且可以使鋸子完全固定，通過對鋸子施加力帶動方形安裝塊，在水平滑軌上進行左右移動。

在靜止狀態下，將鋸子安裝在方形安裝塊上的夾縫處，并將樣品夾持固定在切割工具臺上的兩個夾片之間，通過豎直滑軌下降鋸子，是鋸條剛好可以進入切割工具臺的夾縫中，然后通過施加力給鋸子帶動方形安裝塊可以通過水平滑軌在水平方向上進行移動，從而可以對樣品進行切割，并且樣品和鋸子在切割過程中的夾角一直保持為45°（如圖6 所示）。

3.3 裝置可行性分析

割據法鍍層結合強度測試裝置，包括底座、切割工具臺、夾片、豎直固定臺、水平固定臺、方形固定塊、方形安裝塊、豎直滑軌、豎直滑塊、水平滑軌和水平滑塊組成，適用于進行45°角鍍層結合強度切割試驗。通過水平滑軌和豎直滑軌，可方便進行上下移動和左右切割，切割工具臺固定角度，可以保證在整個切割過程中切割角保持為45°，滿足標準測試要求。所有零部件都是通過螺栓固定，裝配簡單、調整靈活、成本較低、規范性更高。

圖6 試驗過程示意圖

4 結論

鍍層性能直接影響產品的使用壽命，試驗是檢驗鍍層性能最有效的方法之一。鍍層結合強度優良可以有效防止產品使用后期出現起皺、開裂、剝落等現象，提升主機廠的品控質量。本次設計的割據法鍍層結合強度測試裝置，所有零部件都是通過螺栓固定，裝配簡單、調整靈活、成本較低、規范性更高；通過水平方向上方形安裝塊上固定的鋸子進行切割，可以使整個切割過程中都保持45°角，滿足各大標準測試要求。