車燈塑料件真空鍍鋁缺陷分析與對策

陶永亮

（重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712）

車燈是汽車必不可缺的組成部分，可喻為汽車的“眼睛”，有照明和裝飾兩種功能[1]。目前汽車燈具已向全塑料化發展[2-3]，車燈塑料件表面采用真空鍍鋁膜作為反射鏡面。鍍鋁是一項特殊工序，在整個加工過程中會產生較多的缺陷，產品合格率比較低。為解決鍍鋁缺陷，人們一直在積極努力。一方面通過改進注塑、鍍鋁等工藝，另一方面通過燈具優化設計，盡量回避缺陷或限用鍍鋁件，以減少鍍鋁件的報廢。本文主要介紹車燈塑件鍍鋁缺陷分析與對策，供同行參考。

1 汽車燈具鍍鋁基本概況

1. 1 汽車燈具的基本情況

汽車燈具主要分為前燈、霧燈、尾燈及其他裝飾燈。前燈在環境亮度低時起到道路照明和車輛示寬作用，其鍍鋁零件主要是反射鏡及反射視圈和裝飾視圈。霧燈需在雨、霧、雪等能見度低的天氣狀況下打開，對前后車輛起警示作用，其鍍鋁零件主要是反射鏡；汽車尾燈包括轉向燈、剎車燈、后霧燈、倒車燈等，起到告誡后面行車信號的作用，其鍍鋁零件主要是燈體。另外還有各種燈內裝飾件會鍍鋁。上世紀80年代，受能源危機的影響，以日本為代表的經濟型轎車車燈在設計上取得巨大的成功，提出燈具注塑的制造工藝，大大降低了手工制作成本。真空鍍膜技術在全塑料化燈具上得到了全面應用，并積累了大量的經驗。

1. 2 鍍鋁的基本情況

真空鍍鋁膜是在高真空狀態下，采用加熱或離子轟擊的方法使金屬鋁由固態迅速轉化為氣態，并以分子或原子形態沉積在塑料表面而形成一層金屬薄膜，是塑料表面金屬化最有效的方法之一[4-5]。目前，車燈塑料零件鍍鋁膜主要采用有底鍍和無底鍍兩種加工方式。有底鍍針對聚烯烴或非極性聚合物，由于其表面自由能小，表面濕張力較低，與鍍鋁層之間結合力很差，因此采用預涂底漆后鍍鋁的方式來改善鍍層與基材之間的結合力，具有鏡面效果，可遮蓋基材上的缺陷。無底鍍則采用聚酯類極性高分子聚合物作為基材，由于其表面自由能較高，與鍍鋁層的結合力很好，因此可在基材上直接鍍鋁后再鍍保護膜。兩種鍍鋁方式中工序都比較多，對最終鍍鋁質量有不同的影響。

1. 3 鍍鋁產品檢測情況

目前鍍鋁產品常規檢測有3項，無論在生產現場還是進貨檢測，基本上能滿足鍍鋁品控要求。

1. 3. 1 附著力測試

用于考察鍍膜與被鍍表面之間通過物理或者化學的反應作用在一起的牢固程度。用百格刀在測試樣本表面劃10 × 10(即100個)的1 mm × 1 mm的小方格，每一條劃線深及油漆的底層；用3M膠紙或等同效力的膠紙牢牢粘住被測試的小網格后用力撕開，根據膠紙上的粘附情況來評定附著力。

1. 3. 2 高溫測試

這是為鍍鋁件能適應燈內高溫環境所要求的，試驗在高低溫試驗箱中進行，以檢測噴涂底漆是否已達到烘干要求。每種材料的加熱溫度不同，但時間至少為1 h。

1. 3. 3 滴定測試

主要用于測試保護膜對鍍鋁的保護效果，試驗采用1%苛性鈉水溶液在常溫下浸泡或滴定 10 min以上， 不露底為合格。該測試能判定真空鍍鋁膜層之間的結合力，以及底漆和保護膜的性能與品質。

2 鍍鋁件缺陷分析

鍍鋁缺陷分析是一項綜合性評定工作。汽車燈具零件以注塑件為主，除了鍍鋁自身的缺陷外，還要關注注塑件缺陷、包裝運輸、產品測試報廢等方面。

2. 1 注塑毛坯件缺陷

燈具鍍鋁件加工從注塑件制作開始。注塑和鍍鋁一樣都是特殊的工序，產品加工中受到溫度、壓力、速度、時間、環境等因素的制約，毛坯件可能有銀絲、熔接痕、霧斑(氣斑)、收縮、劃傷、手印、油點、口水，以及因產品存放吸濕、模具粗糙等引起的各種缺陷，其中有些缺陷在鍍鋁中有無法消除，有時甚至因非鍍鋁面上的缺陷無法滿足裝配要求而導致鍍鋁件報廢。造成缺陷的原因有很多，如注塑設備、模具、注塑工藝波動等，也有環境因素和人為因素。表1列出了注塑主要缺陷對鍍鋁的影響。

表1 注塑缺陷對真空鍍鋁的影響Table 1 Effects of various injection defects on vacuum aluminizing

2. 2 鍍鋁工序缺陷

有底涂鍍鋁有噴漆工序缺陷和鍍鋁工序缺陷兩部分，無底涂鍍鋁只有鍍鋁工序缺陷。由于工序較多，產生缺陷的風險還是很大的。

2. 2. 1 噴漆工序缺陷

噴漆是有底涂鍍鋁前的重要工序，事關鍍鋁質量。工作環境(含干燥設備)無塵，能減少涂覆表面粘附顆粒和灰塵纖維。噴漆工序由噴漆和固化兩部分組成。目前噴漆以人工操作為主，噴手的操作技術很重要，流淌和噴漆不均勻往往會導致鍍鋁產品報廢。固化方式有熱固化和紫外光(UV)固化。噴漆和固化過程中的缺陷有噴漆不均、噴漆未到位、流淌、油點、顆粒、異物、固化不透等。這些缺陷的產生與每個工序操作(動作)都有一定的關系。

噴漆不均、噴漆未到位屬于手工噴漆中沒有控制好的情況，特別是對有遮擋的部位噴漆(有限噴)時，由于不易掌控，因此最容易出現這些情況。

流淌與噴漆噴多了有較大的關系，還有就是流平過程中擺放不平，使油漆向一個方向流動較多。

油點多數是在注塑過程中帶進了較多的油。模具上一般不能有油類物質，因油類物質會浸入產品中而影響鍍鋁效果。若模具潤滑做得較差，則可明顯看出鍍鋁件有麻點。模具一般采用耐高溫潤滑油。發現油點多時，應以汽油或酒精清洗，晾干后再噴漆。

顆粒、異物多數與工作環境有關，鍍鋁現場要求不同潔凈度的潔凈室必須保持一定的壓力梯度，以有效避免潔凈室被鄰室污染或污染鄰室。壓差調試時要保證潔凈室換氣次數及設備排風和除塵效果，潔凈區與室外的壓差不小于10 Pa[6]。潔凈室要放除濕機，夏天安裝空調，潔凈室濕度要控制在75%以下。好的環境對噴漆、鍍鋁都有好處。

噴漆件要有足夠的干燥溫度和時間。若干燥不好，耐高溫試驗會有鍍鋁面發霧或起皺紋等現象；而固化不透就是油漆沒有干透的缺陷，鍍鋁件在高溫試驗后會發彩。熱固化一般用自制烘箱(位于噴漆室與鍍鋁室之間)，毛坯從噴漆室放入，固化后從鍍鋁室取出，從而減少搬運環節的損失。烘箱各個位置的溫差控制在5 ℃以內，溫差大容易有固化不透或因局部溫度過高而導致塑件變形。UV固化靠光能固化油漆，光能大小對固化油漆起著重要作用，可以用光能儀測定，如圖1所示。

圖1 熱固化烘箱和UV固化設備照片Figure 1 Photos of heat curing oven and UV curing equipment

2. 2. 2 鍍鋁工序缺陷

鍍鋁工藝流程為：預真空→離子清洗→鍍鋁→離子轟擊→鍍保護膜→放氣。其中，鍍保護膜是主要環節，最重要的是鍍保護膜時間的設置。鍍膜時間長了，鍍膜表面易發彩；時間短了，鍍膜表面鍍層很薄，影響使用效果。鍍鋁件的常見缺陷如圖2所示。

圖2 部分典型缺陷的照片Figure 2 Photos of some typical defects

2. 2. 2. 1 炸鋁

鋁絲純度不夠，含有雜質過多，導電導熱不好，就會產生炸鋁，這與鋁絲品質較差，或鋁絲存放不當而發生氧化有關。還有就是操作上蒸發電流的控制不好，電流上得太快，或有鎢絲接觸不良，預熔、蒸發階段的工藝時間設置不當[7]。

2. 2. 2. 2 發黃

真空鍍鋁時發現的鋁層發黃有幾種原因[8]：

(1) 真空度低。解決方法是清潔真空室內的送鋁、蒸鍍、冷卻、放卷等裝置，檢查真空系統，降低環境濕度。

(2) 薄膜釋放氣體。解決方法是薄膜預干燥，延長抽真空時間。

(3) 噴鋁過多。

(4) 蒸發舟內有雜質。

2. 2. 2. 3 發黑

遇到發黑首先是看鍍的鋁層是否夠厚。如肯定夠厚，就是材料的電暈值不夠，根本不能上鋁。材料鍍鋁面有油也可能會發黑。

2. 2. 2. 4 白點

有可能是講話時留下的口水印痕，也有可能是因為鍍鋁的蒸發溫度過高或過低，蒸發器表面溫度不穩定而在鍍鋁膜表面留下小的顆粒(對著燈光觀察時明顯)。另外，蒸發太快而出現的濺點也呈白色。

2. 2. 2. 5 發彩

除鍍膜流量控制不好會導致鍍膜發彩外，高溫試驗后出現的發彩分兩種情況：噴漆后鍍鋁是因油漆固化不透而發彩，無底涂鍍鋁是材料遇到高溫后應力釋放而發彩。個別基材中如有揮發性雜質，其高溫下的釋放也會使鍍鋁膜發彩[9]。

2. 2. 2. 6 發霧

一般注塑件出模后在1 h內鍍鋁是最好的。發霧是毛坯有吸濕的反映，與生產和保存環境有關。對于輕微發霧，將毛坯件置于烘箱中(根據材料來設定溫度)烘烤30 min以上就能消除。注意：注塑和鍍鋁環境也要保持一定的濕度。

2. 2. 2. 7 手印

毛坯件上的手印在鍍鋁后無法去除，應在鍍鋁前用絨布輕輕擦除。鍍鋁后的手印則是沒有戴皮質手套操作的結果。

2. 2. 2. 8 附著力不佳

附著力是鍍鋁檢測的關鍵項目，有專門的標準衡量[10]。附著力不佳與基材表面張力、基材表面清潔度和鍍鋁工藝設置有關，真空度不好也會導致鍍膜附著力不合格。隨著蒸鍍時間的延長，蒸發的鋁粒子越多，鍍鋁機里溫度逐漸上升，基體受到蒸發粒子的不斷轟擊，有利于鋁原子在基體表面的擴散，從而提高鍍層的附著力[11]。

2. 2. 2. 9 擦傷(含劃傷)

鍍鋁前應先剔除擦傷的毛坯件。表面清潔時擦拭力度過大或涂布過硬會造成擦傷；鍍鋁過程操作不當，鍍鋁后取件不當和包裝不當也都會造成鍍鋁產品擦傷。

2. 2. 2. 10 鋁層不均

表現在零件對著燈光時，同一截面或同一平面內的鋁層厚度不一。其原因是：蒸發舟的蒸鍍能力不一致，局部真空受影響，蒸發舟的安裝不到位，或鋁絲蒸發不均勻。

2. 2. 3 包裝與運輸缺陷

鍍鋁件表面很嬌氣，極容易被劃傷或碰傷，其包裝應對鍍鋁件起有效的防護作用。目前包裝的缺陷以貼身包裝物對鍍鋁面損傷居多，這與包裝材料柔軟程度和包裝方式有關。如果貼身包裝物與鍍鋁面之間有滑動空間，那么表面的劃傷會較多。裝箱時還應避免產品之間摩擦碰傷。采用兩層塑料袋包裝，內層一定要薄(一般為0.005 mm厚)而柔軟，并且緊貼塑件，絕對不能有滑動空間，最好采用貼膜，外層用泡泡塑料口袋包裝，每層之間用紙板隔開，以減少互相碰傷的概率。

將毛坯件送到鍍鋁現場，再將鍍鋁件送到裝配現場，往往由汽車運輸，哪怕是在同一個場地，都離不開包裝和運輸的環節。一般應該通過路試方式對包裝物及包裝形式進行確認。所謂路試，就是將包裝物以包裝形式按照運輸的方式放在汽車上，汽車經過顛簸等各種路況實驗后，檢查鍍鋁件的情況。運輸主要會產生劃傷、擦傷和碰傷。

2. 2. 4 試驗件報廢

鍍鋁質量好壞除了靠目測外，還要通過實驗方法測試。1.3節所述的3種方法能夠滿足鍍鋁件基本性能的測試要求，可供生產現場品控和用戶驗收時使用。

生產現場第一次完成的鍍鋁件必須進行測試，一般取3 ～ 5件，選不同轉架上的上、中、下不同位置的鍍鋁件作為樣件，做好記號?？紤]到成本問題，可以先做百格試驗，再做滴定試驗，最后做高溫試驗，幾件同時做，認真觀察，有疑點及時查處。為了控制好工藝，原則上一爐做同樣的產品。在正常生產中同樣要隔2 ～ 3 h做一次檢測。如果遇到異常情況，那么每一次出爐都要進行測試。高溫試驗每次只測試相同的樣品(或相同材料的樣品)，原則上每次鍍鋁只允許相同的產品(或相同鍍鋁鍍膜工藝的產品)入爐，以減少因樣品不同而造成的報廢。

鍍鋁件送到用戶處也需要測試，一般抽樣進行，從各個包裝箱里取出若干件進行3種試驗。用戶的要求很嚴格，如有異常，可以拒收，退回供應商處理。試驗件報廢數量也是比較大的，有時試驗出現問題也會導致小批量產品的報廢。

3 結語

燈具鍍鋁缺陷是多種復雜因素的綜合體現，涉及到毛坯注塑、噴漆固化、鍍鋁鍍膜、包裝運輸和性能測試各個環節，還包括加工環境的影響。鍍鋁全工序報廢率是比較大的，一般企業都在25% ～ 35%之間，如對產品表面有特殊要求，報廢率甚至有50%以上的情況。報廢的鍍鋁產品一般不能繼續使用，因此對資源的浪費較大。

解決燈具鍍鋁缺陷的途徑，除了從改進注塑、鍍鋁工藝上努力，還要對燈具設計作優化。好的燈具不是做出來的，而是設計出來的。設計人員提出的鍍鋁質量要求往往很高，檢驗員不敢懈怠地執行，這樣就容易將有缺陷但仍能夠使用的鍍鋁件作為不合格品處理。設計人員通過有效回避容易導致缺陷的設計和限用、少用鍍鋁件，設法對出現注塑或鍍鋁缺陷的地方加以遮蓋，能減少很多報廢。例如，利用燈具上配光鏡的顏色和裝飾條紋等遮蓋鍍鋁缺陷。配光鏡紅色就能遮蓋鍍鋁件發黃、均勻發霧缺陷；采用條紋(波紋)或回復器齒型能遮蓋鍍鋁件上輕微的白點、熔接痕、銀絲和收縮，甚至是微小的黑點等缺陷。通過有效地回避缺陷以及限用或少用鍍鋁件，減少鍍鋁報廢，降低生產成本，是企業所追求的目標。