车灯底涂镀铝常见缺陷的微观分析

刘浩

可以说，几乎在塑料真空镀膜技术80年代刚开始大规模用于工业生产时，就被引进到车灯的制造过程当中。汽车车灯造型虽然越来越多样化，但车灯作为一辆车的双眼，具有优质的金属光泽，无论在外观还是性能上考虑都是至关重要的。应用最早的铝质反射镜，出于成本与重量的考虑在车灯设计上仅用于有高耐热要求的前雾灯上。而为了使前灯的反射镜及其它装饰性部件拥有金属质感，国内灯厂多采用塑料件底涂镀铝的方法，大体的工艺流程是，前处理（因材料不同有所区别）→底涂→固化→真空镀铝。其中，就固化这一工序来讲，按照固化条件可分为热固化与光固化，由于热固化涂料需高温加热1-2H，能耗很大，所以近年来很多灯具公司（包括笔者所在单位）已经开始使用光固化的底涂，以节约资源，所以本文所描述的种种现象是以光固化工艺为背景的。

在塑料涂装中，光固化底涂镀铝无疑是要求最高，过程最为复杂的一种工艺。因为镀铝在使工件表面具有金属光泽的同时，更重要的是，底涂上有轻微不良都会被镀铝之后形成的高光面所放大。

正是由于这种种特殊性，所以车灯底涂镀铝中的缺陷不能一概而论，有时候同种表象的缺陷，其机理也是不一样的，而本文就针对出现频率最高的几种表象，从微观角度分析它的产生。

一、镀铝面表层发生白化

白，白是什么？铝的颜色就是白色，所以首先可以想到的是，镀铝面的高光效果没了，本来是一个镜面反射，如今成了一个漫反射，将铝的本色——白色暴露了。

从另一角度说，无论是整车涂装还是车灯涂装，涂料在喷涂完之后，都有一个流平的过程，这个过程对于成膜效果影响很大，光固化涂料需要在UV段进行固化，而UV无疑是会产生高温的，在UV室通风系统出现故障时，会导致整条流平固化流水线温度急剧升高。涂料刚刚喷涂到工件表面后，是由一个个小液滴组成的，在小液滴还没结成连续的膜层之前，它是凹凸不平的，涂料的流平需要流平剂及某些惰性稀释剂的作用下完成，而如果温度偏高，这些成分就会过早挥发，于是在还没形成平整光洁的涂膜的情况下，涂料发生固化。与上文所提到的失效机理一样，高光的镀铝面无法形成，于是镀层发生白化。

二、涂层开裂

涂層开裂，从其轻重程度分为龟裂与微裂，遇到这种问题，多半会想到的是UV能量过高（仅针对光固化涂料），而实际上如果UV灯管功率一定，线体速度一定的情况下，UV能量的变化范围大都处于±200mJ/cm2这一范围内，光固化涂料在这一范围内，接受的能量是多多益善的，所谓过固化指的是工件接受的能量远大于这一范围，曾经有这么一个试验，将喷涂好的工件置于UV灯下一周，逐渐观察，2H之后，才发生开裂，开裂的形式是龟裂，一周后表面的膜层完全粉末化，而平时生产时工件接受UV灯照射的时间仅为10±3s。所以由过固化引起的开裂在生产中基本不会出现。

三、起雾

底涂镀铝的工件若发生起雾，首先想到的就是稀释剂没挥发干净，这是热固化涂料时代流传下来的一贯思维，在光固化涂料体系中，由于也使用了惰性稀释剂参与流平，所以也有一定适用性。稀释剂没挥发干净为什么会起雾呢？

在温度偏低的情况下（低于工艺要求温度10℃），稀释剂残留于涂料的成膜物中，在涂料受到UV射线激发发生固化交联时，稀释剂在膜中以团状的形式存在，在微观条件下观察，膜的表面有许多突起，和以上提到的机理一样，干扰了高光面的形成，但是其缺陷尺度很小，不会明显变白，只会导致涂层发雾。这种缺陷在镀铝之后更加明显。

四、附着不良

底涂镀铝最重要的一点就是要保证底涂与基材的附着力，这用时也是涂装工程的根本任务，这点若达不到涂装则失去了意义。

附着力就是膜层以一定的强度附着或结合在基材上，也称为结合力。在线作业时，常用附着力试验来测试。一旦出现了失效，即膜层脱落区域超过了15%，即可判定为附着不良。

五、发彩

底涂固化是涂料实现其性能的最关键的一步，实际生产中由于某些原因会出现工件局部淤漆的现象，一旦产生淤漆，则底涂无法彻底固化，产生固相与液相并存的状态。在UV不是很强但满足生产要求的情况下，工件局部也会出现涂层过后而无法固化彻底的现象，多见于反射面配光花纹的凹槽处。

这种固化不良无疑附着力是不合格的，但附着力仅仅是测试某一区域的性能，局部区域涂层是否过厚需要用高温试验来验证。

高温试验的标准视基材种类而定，高温试验过后，评价涂装过程是否合格就是看漆膜是否发生破裂发彩。

涂层过厚经受高温为什么会发彩呢？底涂件经真空镀铝之后，表面形成一层致密的铝膜及二氧化硅保护膜，铝膜可以90%以上反射阳光，而二氧化硅保护膜是透明的其性质与硅酸盐玻璃很类似。高温时，残留的涂料（包括稀释剂与成膜物），以气态的形式穿过铝层，因为铝层并不是致密的一层膜，而是一个个铝斑点组成的，气体与保护膜层接触后，有可能对其产生破坏，将其顶破，顶破之后的保护膜层与有残缺的玻璃一样，发生光的折射，导致发彩。

六、镀铝层发黄

镀铝过程中的发黄，为常见现象；第一种起因是因为形成保护膜的过程中，工件内的挥发性物质（有可能是淤漆、也有可能是工件内部的水汽）或真空室内的杂质（水汽或硅油反应之后的残留物）与成膜物质（硅油、N2O）掺杂在一起，导致保护膜不透明，产生发黄。

另外一种起因是发生在镀铝工序，工件在高真空的环境下（约6×10-5torr），其内部的大部分可挥发份都会变成气体溢出，但是仍有部分残留。因为有漆膜的遮盖，这部分因素基本可以忽略。但若工件某处漆膜很薄，就会导致，高真空之后的镀铝过程该部分残留溢出与铝单质气体反应，形成复杂的氧化物包括AL2O3等，若铝原子足够密集，这部分杂质是不会被察觉的，但是如果铝原子很稀薄，这部分杂质就会在工件表面造成杂色（发黄）。这种情况常发生在真空室最上层，因为镀铝过程中，铝蒸汽形成之后由于重力作用，它会向下聚集，相对的，上部的铝密度很小，也就造成了上部的工件铝原子的沉积量很少，工件背面就会更少，发黄的概率就会更大。