汽车用塑料把手电镀起泡失效分析

赵继太，王丽娟，张伟，杨振英，肖飞

（1.广西汽车集团有限公司，广西 柳州 545007；2.深圳市美信检测技术股份有限公司，广东 深圳 518108）

塑料具有质轻、易加工的特点，被广泛应用于汽车领域。对塑料电镀可显著改善塑料的外观，赋予其装饰性功能，并应用在车门把手、标徽、后视镜、保险杠装饰条、后视镜等外饰件上[1-2]。

某汽车用塑料把手在电镀完经过2个月的海运到达印度，放置1年后开箱检验时发现有10%出现起泡现象。塑料电镀车门把手起泡原因主要有4个：(1)气体和水汽因充模不足而排不出；(2)塑料基体与底镀层之间的结合力不好；(3)电镀层老化；(4)电镀工艺不合理[3-4]。本文通过分析起泡位置的微观形貌和元素组成，结合委托方的工艺，对起泡原因进行分析。

1 故障特征和分析

1.1 外观检查

如图1所示，把手的正面和背面都有起泡，正面的起泡数量较背面少很多，但泡的尺寸较大。一般情况下背面镀层比正面薄，更容易起泡。

图1 把手正面(a)和背面(b)的起泡情况Figure 1 Blisters on front (a) and back (b) sides of handle

1.2 光学显微镜观察

如图2所示，用取样针刺入样品背面的起泡位置，在蔡司Stemi 508体视显微镜下观察发现有液体流出。

图2 用取样针刺入前(a)、后(b)把手背面起泡位置的体视显微镜照片Figure 2 Stereomicroscopic images of the blister on back side of the handle before (a) and after (b) being pierced with a sampling probe

由于背面镀层较薄，不容易将其整体取下，故在样品正面的起泡位置将镀层剥离，再用体视显微镜观察。如图3所示，镀层和基体表面均有液体，并且镀层那一面有颗粒物存在。

图3 起泡位置打开镀层后的体视显微镜照片Figure 3 Stereomicroscope images of the blistering area after peeling the coating off

1.3 扫描电镜观察

采用日立S-3400N扫描电镜观察镀层及剥离镀层后塑料的表面形貌，如图4所示，一些塑料面和镀层面的鼓泡中心有颗粒物存在，颗粒的形状很规则，疑为晶体。

图4 起泡位置基材面(上)和镀层面(下)的颗粒物形貌Figure 4 Morphologies of particles on the substrate (upper) and in the coating (lower) at the blistering area

1.4 成分分析

如图5所示，采用550i X射线能谱仪(EDS)分析镀层面起泡位置的元素组成，结果列于表1。可见起泡位置的颗粒物有高含量的S、Ni和O，起泡区其他部位S和O的质量分数明显较低，Cl和Ni的质量分数较高。结合委托方的电镀工艺可知，塑料先化学镀镍底层，再依次电镀铜、镍和铬，化学预镀镍所用主盐为NiSO4·6H2O，导电盐为NiCl2·6H2O，于是判断起泡区颗粒物的主要成分为NiSO4，其他部位则为NiCl2。

图5 镀层起泡中心颗粒的EDS分析取样点Figure 5 Sampling positions of the particle for EDS analysis at the center of the blister

表1 镀层起泡中心颗粒中各元素的质量分数Table 1 Mass fractions of different elements of the particles at the center of a blister（单位：%）

1.5 切片分析

选取正面起泡位置，用环氧树脂进行镶样，然后制作切片，采用奥林巴斯 BX53M 金相显微镜和日立SU8100扫描电镜观察截面，结果见图6和图7。从中可知，起泡位置介于镍底层与基材之间，镀层从内到外依次为镍底层、铜层、镍层。至于铬层，由于太薄，不容易观察到。以上结果与委托方提供的信息一致。

图6 起泡部位的镀层金相截面形貌Figure 6 Cross-sectional metallographic morphology of the coating at blistering area

图7 起泡(a)与正常(b)部位镀层的截面形貌Figure 7 Cross-sectional morphologies of the coatings at blistering (a) and normal (b) area

1.6 液体的红外光谱分析

采用赛默飞Nicolet iN10傅里叶变换显微红外光谱仪(FTIR)对起泡位置的液体进行成分分析。如图8所示，液体的主要成分为水，其中3 354.41 cm−1和1 630.17 cm−1处的吸收峰分别对应O─H的伸缩振动和弯曲振动。

图8 起泡部位液体的FTIR谱图Figure 8 FTIR spectrum of the liquid included in the blister

2 原因分析与讨论

综合上述分析可知，起泡发生在塑料基材与化学镀镍底层之间，起泡部位有大量的水，还有硫酸镍和氯化镍颗粒。从委托方得知，化学预镀镍在常温下进行，镀液中的NiSO4·6H2O和NiCl2·6H2O易达到饱和状态而析出，并被后续镀层掩埋在塑料基材表面，在海运过程中随温度升高，晶体脱水，体积膨胀，导致起泡。

3 结语

在化学预镀镍过程中，应及时监测镀液中各组分的浓度，建议每隔1周分析1次镀液，保证镀液组分在正常范围内。