一款装饰性黑铬的镭雕工艺的开发

虞莲雯,龚伟

上海汽车集团股份有限公司乘用车分公司,上海 201804

0 引言

塑料电镀Cu、Ni、Cr层以其金属光泽的外观、减重、性能优异及成本较低等众多优点，被广泛应用于汽车的各种内外饰零件上，代表性零件有散热器栅、前保饰条、雾灯饰条、后牌照板等外饰零件，以及内门把手、门板饰条、仪表板及中控区域的内饰装饰件。但随着顾客审美的不断提高及主机厂对高档装饰的要求，传统的亮铬、沙丁已经无法满足。电镀黑铬因其震撼出位的运动风、高端的科技感，目前在国内逐渐兴起，该效果尤其受到年轻人偏爱。同时，镭雕工艺在塑料电镀上的使用也已有一段时间，特别是透光的按钮类零件以及呼吸灯饰条。本文结合黑铬工艺和镭雕工艺，尝试开发一款有图案效果、有颜色变化的黑铬装饰样板，用以为设计选材进行储备。

1 试验部分

1.1 试验样板的制备

原材料：ABS(基材)；氯化物体系三价黑铬(电镀药水)。

线体：国内某常规电镀龙门线。

制备工艺过程：清洗→预腐蚀→腐蚀→清洗→中和→预浸→催化→清洗→解胶→化学镀→预镀→酸铜→活化→半光镍→光镍→镍封(微孔)→镀三价黑铬→水洗→封闭钝化→冷水洗→热水洗→干燥。

三价铬黑铬电镀关键参数：pH为2.9～3.4；温度为30～39 ℃；电流密度为8～11 A(阴极)、<5.5 A(阳极)。

封闭钝化的关键参数：温度为20～50 ℃；时间为20～60 s；电流密度为0.2～1.0 A/dm；pH为4.0～5.0。

1.2 测试与表征

采用ISO 1463《金属和氧化物覆盖层 覆盖层厚度的测量 显微镜法》测试镀层厚度。按照ISO 9227人造气氛CASS试验-盐雾试验测试样品的耐腐蚀性能(48 h)。采用扫描电镜观察镀层的微观形态以及测试元素组成。

2 试验结果与讨论

2.1 对试验前的样板进行金相膜厚表征和SEM表征

图1为样板原始状态，可以看到其表面有条纹状图案，该图案为使用激光雕刻(即镭雕)工艺获得。单从样板表面无法识别被镭雕去除的镀层，因此需要对其进行金相膜厚测试。

图1 样板原始状态

黑铬样板的镀层根据样板制备过程，从塑料基材以上组成为“铜层+半亮镍层+光亮镍+三价黑铬层”。图2为平面区域的金相膜厚表征，可以发现从基材以上为“完整的铜层(35～38 μm)+半亮镍层(20～21 μm)+光亮镍层(13～15 μm)”，铬层因为非常薄(通常为0.15～0.6 μm)，在金相膜厚表征上显示不明显(通过X-荧光测试法，测得本样板的平面区域的铬层为0.2 μm)。

图2 平面区域的金相膜厚表征

图3为条纹区域的金相膜厚表征。可以看出，其光亮镍已消失，说明本样板镭雕去除的是光亮镍层(以及铬层)。

图3 条纹区域的金相膜厚表征

进一步对试验前样板的平面区域和条纹区域(镭雕后的)进行微观形貌的表征。图4是整体区域的微观形貌，可以明显地看出平面区域和镭雕区域的界限，且两者形貌也非常不同，平面区域的表面平滑完整，而镭雕区域表面粗糙且有密集的凹坑。图5为镭雕区域的放大图(947倍)，可以看到镭雕区域的表面有非常明显的覆盖整个表面的裂纹，从对图3的分析中可知，该开裂的表面是半亮镍层。

图4 整体区域的微观形貌

图5 镭雕区域的放大图(947倍)

2.2 对试验后的样板进行外观比对及SEM表征

对样板进行CASS 48 h的试验，试验后将样板和留样板进行比对，如图6所示。将两者放在一起，在最佳照明条件下，以60 cm目视评估，结果显示试验后的样板表面无可见的腐蚀或其他变化。

图6 试验前后样板的比对图

对试验后的样板进行SEM表征，以检验其微观条件下的形貌有无变化。图7为试验后的SEM形貌，可以发现镭雕区域的镀层已被腐蚀，表现为鼓泡及脱落;而平面区域的微观形貌无变化，仍然平整。

图7 试验后的SEM形貌

图8为镭雕区域微观形貌放大图，由图可以明显地看到，镀层随着原裂纹方向逐步脱落的趋势。

图8 镭雕区域微观形貌放大图

图9为CASS试验后样板的表面元素分析取位图，分别取3点位置进行元素分析，得到谱图15位置、谱图16位置以及谱图17位置的表面元素分析结果如图10至图12所示。

图9 CASS试验后样板的表面元素分析取位图

图10 谱图15位置的表面元素分析结果

图11 谱图16位置的表面元素分析结果

图12 谱图17位置的表面元素分析结果

由图10可知，谱图15的位置是样板上的镭雕区域，CASS试验后测试出其表面主要元素是镍(99.8%)，比对CASS试验前后形貌，镍层表面的裂纹变深。由图11可知，谱图16的位置也是样板上的镭雕区域，CASS试验后测试出其表面主要元素是镍(98.0%)和铜(1.6%)，比对CASS试验前后形貌，镍层表面的裂纹变深变宽且镍层有脱落的趋势。由图12可知，谱图17的位置是样板上的平面区域，CASS试验后测试出其主要元素是铬(11.8%)和镍(88.1%)，且从形貌看，其表面形貌完整性良好。

2.3 镭雕后样板后道表面处理

通过对试验后样板的研究，可以发现直接在样板表面镭雕铬层和光亮镍层的技术并不成熟，且微观裂纹明显。因此，可在镭雕工序后增加喷漆工艺来对其进行保护。喷漆工艺需要注意的是：一是采用透明清漆，以尽可能保持黑铬的色泽；二是该清漆需要与黑铬层及半亮镍层有较好的结合力。

对不同现有型号的可用清漆进行试验，发现有一款和黑铬结合力较好，在冷凝水及高低温试验后，表面均无明显变化，达到Gt1水平。但其耐手霜试验不理想，高温后存在附着力不良问题。因此，需要继续寻找及试验比对适配性更优的清漆。

因此，根据现有工艺和现有材料，可以尝试把该工艺及该色彩纹理展现方式用于手不常接触的小面积装饰饰条，随着更优的适配性材料的研究，或在今后可用于更多零件和场景。

3 结束语

本文研究了黑铬加镭雕的工艺、镭雕去除铬层和光亮镍层、保留半亮镍层，从而使试验前的样板体现出金色的纹路，和黑铬表面形成颜色比对，展示出新颖的视觉效果。但是由于镭雕过程中的激光对镍层有能量冲击，导致半亮镍层在试验前即有裂纹，在CASS试验后，该区域出现半亮镍层随着原始裂纹的分布，出现脱落现象。虽然目视不易察觉这种变化，但在微观层面确实存在。因此，要增加后道工序对镭雕区域进行保护。在色彩纹理的开发过程中，经常会尝试不同工艺的叠加，以开发出新的视觉效果，但必须保证其性能，因此，后续为了保证该视觉效果，还需继续开发不同保护工艺，以求同时满足性能要求和色彩纹理。