一款裝飾性黑鉻的鐳雕工藝的開發(fā)

虞蓮雯,龔偉

上海汽車集團股份有限公司乘用車分公司,上海 201804

0 引言

塑料電鍍Cu、Ni、Cr層以其金屬光澤的外觀、減重、性能優(yōu)異及成本較低等眾多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車的各種內(nèi)外飾零件上，代表性零件有散熱器柵、前保飾條、霧燈飾條、后牌照板等外飾零件，以及內(nèi)門把手、門板飾條、儀表板及中控區(qū)域的內(nèi)飾裝飾件。但隨著顧客審美的不斷提高及主機廠對高檔裝飾的要求，傳統(tǒng)的亮鉻、沙丁已經(jīng)無法滿足。電鍍黑鉻因其震撼出位的運動風(fēng)、高端的科技感，目前在國內(nèi)逐漸興起，該效果尤其受到年輕人偏愛。同時，鐳雕工藝在塑料電鍍上的使用也已有一段時間，特別是透光的按鈕類零件以及呼吸燈飾條。本文結(jié)合黑鉻工藝和鐳雕工藝，嘗試開發(fā)一款有圖案效果、有顏色變化的黑鉻裝飾樣板，用以為設(shè)計選材進行儲備。

1 試驗部分

1.1 試驗樣板的制備

原材料：ABS(基材)；氯化物體系三價黑鉻(電鍍藥水)。

線體：國內(nèi)某常規(guī)電鍍龍門線。

制備工藝過程：清洗→預(yù)腐蝕→腐蝕→清洗→中和→預(yù)浸→催化→清洗→解膠→化學(xué)鍍→預(yù)鍍→酸銅→活化→半光鎳→光鎳→鎳封(微孔)→鍍?nèi)齼r黑鉻→水洗→封閉鈍化→冷水洗→熱水洗→干燥。

三價鉻黑鉻電鍍關(guān)鍵參數(shù)：pH為2.9～3.4；溫度為30～39 ℃；電流密度為8～11 A(陰極)、<5.5 A(陽極)。

封閉鈍化的關(guān)鍵參數(shù)：溫度為20～50 ℃；時間為20～60 s；電流密度為0.2～1.0 A/dm；pH為4.0～5.0。

1.2 測試與表征

采用ISO 1463《金屬和氧化物覆蓋層 覆蓋層厚度的測量 顯微鏡法》測試鍍層厚度。按照ISO 9227人造氣氛CASS試驗-鹽霧試驗測試樣品的耐腐蝕性能(48 h)。采用掃描電鏡觀察鍍層的微觀形態(tài)以及測試元素組成。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 對試驗前的樣板進行金相膜厚表征和SEM表征

圖1為樣板原始狀態(tài)，可以看到其表面有條紋狀圖案，該圖案為使用激光雕刻(即鐳雕)工藝獲得。單從樣板表面無法識別被鐳雕去除的鍍層，因此需要對其進行金相膜厚測試。

圖1 樣板原始狀態(tài)

黑鉻樣板的鍍層根據(jù)樣板制備過程，從塑料基材以上組成為“銅層+半亮鎳層+光亮鎳+三價黑鉻層”。圖2為平面區(qū)域的金相膜厚表征，可以發(fā)現(xiàn)從基材以上為“完整的銅層(35～38 μm)+半亮鎳層(20～21 μm)+光亮鎳層(13～15 μm)”，鉻層因為非常薄(通常為0.15～0.6 μm)，在金相膜厚表征上顯示不明顯(通過X-熒光測試法，測得本樣板的平面區(qū)域的鉻層為0.2 μm)。

圖2 平面區(qū)域的金相膜厚表征

圖3為條紋區(qū)域的金相膜厚表征。可以看出，其光亮鎳已消失，說明本樣板鐳雕去除的是光亮鎳層(以及鉻層)。

圖3 條紋區(qū)域的金相膜厚表征

進一步對試驗前樣板的平面區(qū)域和條紋區(qū)域(鐳雕后的)進行微觀形貌的表征。圖4是整體區(qū)域的微觀形貌，可以明顯地看出平面區(qū)域和鐳雕區(qū)域的界限，且兩者形貌也非常不同，平面區(qū)域的表面平滑完整，而鐳雕區(qū)域表面粗糙且有密集的凹坑。圖5為鐳雕區(qū)域的放大圖(947倍)，可以看到鐳雕區(qū)域的表面有非常明顯的覆蓋整個表面的裂紋，從對圖3的分析中可知，該開裂的表面是半亮鎳層。

圖4 整體區(qū)域的微觀形貌

圖5 鐳雕區(qū)域的放大圖(947倍)

2.2 對試驗后的樣板進行外觀比對及SEM表征

對樣板進行CASS 48 h的試驗，試驗后將樣板和留樣板進行比對，如圖6所示。將兩者放在一起，在最佳照明條件下，以60 cm目視評估，結(jié)果顯示試驗后的樣板表面無可見的腐蝕或其他變化。

圖6 試驗前后樣板的比對圖

對試驗后的樣板進行SEM表征，以檢驗其微觀條件下的形貌有無變化。圖7為試驗后的SEM形貌，可以發(fā)現(xiàn)鐳雕區(qū)域的鍍層已被腐蝕，表現(xiàn)為鼓泡及脫落;而平面區(qū)域的微觀形貌無變化，仍然平整。

圖7 試驗后的SEM形貌

圖8為鐳雕區(qū)域微觀形貌放大圖，由圖可以明顯地看到，鍍層隨著原裂紋方向逐步脫落的趨勢。

圖8 鐳雕區(qū)域微觀形貌放大圖

圖9為CASS試驗后樣板的表面元素分析取位圖，分別取3點位置進行元素分析，得到譜圖15位置、譜圖16位置以及譜圖17位置的表面元素分析結(jié)果如圖10至圖12所示。

圖9 CASS試驗后樣板的表面元素分析取位圖

圖10 譜圖15位置的表面元素分析結(jié)果

圖11 譜圖16位置的表面元素分析結(jié)果

圖12 譜圖17位置的表面元素分析結(jié)果

由圖10可知，譜圖15的位置是樣板上的鐳雕區(qū)域，CASS試驗后測試出其表面主要元素是鎳(99.8%)，比對CASS試驗前后形貌，鎳層表面的裂紋變深。由圖11可知，譜圖16的位置也是樣板上的鐳雕區(qū)域，CASS試驗后測試出其表面主要元素是鎳(98.0%)和銅(1.6%)，比對CASS試驗前后形貌，鎳層表面的裂紋變深變寬且鎳層有脫落的趨勢。由圖12可知，譜圖17的位置是樣板上的平面區(qū)域，CASS試驗后測試出其主要元素是鉻(11.8%)和鎳(88.1%)，且從形貌看，其表面形貌完整性良好。

2.3 鐳雕后樣板后道表面處理

通過對試驗后樣板的研究，可以發(fā)現(xiàn)直接在樣板表面鐳雕鉻層和光亮鎳層的技術(shù)并不成熟，且微觀裂紋明顯。因此，可在鐳雕工序后增加噴漆工藝來對其進行保護。噴漆工藝需要注意的是：一是采用透明清漆，以盡可能保持黑鉻的色澤；二是該清漆需要與黑鉻層及半亮鎳層有較好的結(jié)合力。

對不同現(xiàn)有型號的可用清漆進行試驗，發(fā)現(xiàn)有一款和黑鉻結(jié)合力較好，在冷凝水及高低溫試驗后，表面均無明顯變化，達到Gt1水平。但其耐手霜試驗不理想，高溫后存在附著力不良問題。因此，需要繼續(xù)尋找及試驗比對適配性更優(yōu)的清漆。

因此，根據(jù)現(xiàn)有工藝和現(xiàn)有材料，可以嘗試把該工藝及該色彩紋理展現(xiàn)方式用于手不常接觸的小面積裝飾飾條，隨著更優(yōu)的適配性材料的研究，或在今后可用于更多零件和場景。

3 結(jié)束語

本文研究了黑鉻加鐳雕的工藝、鐳雕去除鉻層和光亮鎳層、保留半亮鎳層，從而使試驗前的樣板體現(xiàn)出金色的紋路，和黑鉻表面形成顏色比對，展示出新穎的視覺效果。但是由于鐳雕過程中的激光對鎳層有能量沖擊，導(dǎo)致半亮鎳層在試驗前即有裂紋，在CASS試驗后，該區(qū)域出現(xiàn)半亮鎳層隨著原始裂紋的分布，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。雖然目視不易察覺這種變化，但在微觀層面確實存在。因此，要增加后道工序?qū)﹁D雕區(qū)域進行保護。在色彩紋理的開發(fā)過程中，經(jīng)常會嘗試不同工藝的疊加，以開發(fā)出新的視覺效果，但必須保證其性能，因此，后續(xù)為了保證該視覺效果，還需繼續(xù)開發(fā)不同保護工藝，以求同時滿足性能要求和色彩紋理。