塑料电镀饰件工艺及膜厚测试方法

潘建飞 钱雪伟 顾炜 沈加峰 屠烨锋

（嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314050）

引言

随着塑料在不同年代的不断发展，慢慢的形成了可电镀的塑料，现投入到市场上比较广泛的是塑料电镀和金属电镀了，塑料电镀外观要求比金属制品的电镀面更光洁。该文章主要讲述汽车上的塑料电镀的简易工艺及库伦法测量常见的电镀层铬、镍、铜的测量方法和过程及问题分析。

1 塑料电镀工艺过程概述

塑料电镀通常情况是在塑料的基体上通过金属化处理的方法沉积一层相对比较单薄的金属层，并在这层薄的导电层上在进行电镀处理和加工的方法。目前广泛应用在汽车塑料电镀上的材料一般是ABS/PC+ABS，由于现在塑料电镀工艺的日新月异、技术不断的成熟，不同的企业会在各方面的情况下选择电镀的要求及如何掌握当下的技术，市面上有不同的工艺流程，此文章主要采集了ABS/PC+ABS这两种材料一部分的工艺流程作为简单的介绍。一般此类的塑胶电镀工艺分为三部分：前处理工艺、金属化工艺、电镀工艺。如图1简单的规划出了塑料电镀工艺的基本流程。

1.1 前处理工艺

1）表面整理：由于在注塑成型的过程中产生内应力，容易在电镀的过程中起泡。一般采用20 %的丙酮溶液，在其溶液中浸泡5～10 s。

2）内应力的检查：一般会采用两种处理方法来消除应力；

① 温度在 60～75 ℃下加热 2～4 h；

② 体积占比在25 %的丙酮中浸泡30 min。

3）除蜡和除油：为了提高汽车上外露塑件的质量要求，这两种方法是一个双保险的工艺。零部件在注塑、整理等前处理工作中会留下一些油污等，会造成一定的污染，所以在粗化前必须清洗干净，才能够保证粗化的效果。

4）酸中和：通常情况下碱性物质的水洗性是比较差的，为了减少碱性物质对粗化这一工序的影响，采用了酸中和的方法来中和前工序所带入的碱性物质，提高粗化的效果和粗化液的使用寿命。

1.2 金属化工艺

1）粗化：由于塑料件是一个非极性、疏水性质的物质，粗化是必不可少的一步。本工艺主要讲诉的是ABS/PC+ABS的粗化液，采用的是一个化学粗化工艺（铬酸和硫酸型的粗化液）。主要是化学粗化的除污能力强、速度快、能够形成均匀细致的微观粗糙面。粗化的主要目的是来增大零件表面的微观粗糙度和接触面积和亲水能力，来提高零件和镀层之间的结合力和湿润性，才能更好的电镀。

2）敏化：零件在经过敏化处理后，其表面会形成一层疑似凝胶状的物质，作为一个还原剂。这对于化学镀有着一定的影响，比如：镀层的结合力和均匀性。

3）钯活化：又可意为催化。此处理工艺是为了在零件表面形成一层有催化性的金属层。为化学镀起到一个催化的作用，主要用于化学镀铜。目的是将原子钯均匀的吸附在零件的表面，是化学沉镍液的催化核心。

4）还原或解胶：零件表面吸附的原子钯周围有一层胶体，为了能够很好的起到催化作用，必须去除这层胶体。第一步要先进行还原，不然表面上的活化性会带入化学镀的溶液中去；第二步是解胶，能够提高化学镀铜下的催化作用。

1.3 电镀工艺（化学镀）

此工艺流程主要讲诉现在汽车行业运用最为广泛的铬、镍（三层镍）、铜的工艺流程。如图2所示。

1）化学镀镍（预镀镍）：又指暗镍。此步骤在解胶之后，为了保证基体金属化的电性能，确保后续电镀的流畅性和时效性。

2）化学镀铜：铜在电镀件上是一个必不可少的物质，它的延展性和柔韧性相比较其它的金属都要好的多，以及它的镀层的性质更接近塑料，能够很好的保护零件的表面，提高它的结合力和耐腐蚀能力，能够很好的融入外界。由于催化的作用，使得塑料件在化学镀铜的时候能够加速铜的还原，在塑料表面能够快速的形成一层均匀、细微的铜层，来减少零件表面的损伤。如图3所示。

图1 塑料电镀的主要工艺流程

图2 铬、镍、铜基本分层图

3）化学镀镍（三层镍为例，微孔镍）

①镀半光亮镍：半光亮镍有着无硫，延展性和整平性较好的特点，通常情况下会将它的镀层称为半光亮。半光亮镍的电位差是三层镍中最高的，通常情况下要高于光亮镍100～200 mV。如图4所示；

②镀光亮镍：光亮镍通常是最为装饰的外观层。目前国内为了改善镀层的柔韧性会使用一些添加剂。此镀层能够缓解腐蚀的速率，从而大大的保护了零件表面的腐蚀性。如图5所示；

③ 镍封（微孔镍）：镍封是在半光亮镍和光亮镍镀完之后再在塑料表面镀的一层非金属的固体物质，其的厚度很小，大致在1.5～3.0 μm之间。在镀铬的时候，由于镍封是非金属固体物质，铬无法在其表面沉积，形成了所谓的微孔铬。这些细小的微粒在其表面分布比较均匀、数量多，腐蚀的电池能够将腐蚀电流均匀的分布在整个镀层的表面。分配下来到每个孔的电流都相当的小，使得穿透腐蚀速度减缓，提高了抗腐蚀能力。通常情况下会通过CASS试验来验证其抗腐蚀的能力。

4）镀铬（镀铬工艺）：一般镀铬有两种类型，一种的装饰铬，一种是工业铬或硬铬。通常情况下是装饰铬应用的比较广泛。为了提高电镀件的抗腐蚀能力，一般商家会提高铬层的厚度来改善。如图6所示。

1.4 电镀的原理

电镀是一种通过电解反应，将导电体的表面通过直流电的作用，将一些金属或合金沉积在其上面的方法，这种方法称为电镀。如图7所示。

1.5 常见电镀效果的介绍

依据以上的电镀原理及工艺流程，以下几点效果在生活和日常的产品上出现的越来越广泛。以下简单的概述了几点电镀种类：

1）仿金电镀：作为外观装饰，将塑料件表面镀上一层疑似真金的金黄色，具有色泽美观、光彩夺目的特点。主要是一些合金组成。

2）彩色电镀：此过程主要是用直接电镀或对镀层进行化学处理。主要采用三种方法进行：单金属、合金镀层、镀层化学着色。

3）亚光电镀：亚光电镀不同于常见的镀层那么的光亮，主要成暗色，采用的是亚铬的工艺处理得到的效果。

1.6 塑料电镀件的不良缺陷及解决对策

图3 镀铜

图4 镀半光亮镍

图5 镀光亮镍

图6 镀铬

图7 电镀原理简易图

通过上述的电镀工艺流程，不免会在生产中产生瑕疵，以下是几点常见的缺陷：颗粒、针孔、泛黄、剥离、起泡、腐蚀斑等。

1）颗粒：镀铜或镀镍的时候表面有粉末，过程中变大；退铬不到位，在移动过程中有颗粒附在表面。如图8所示。

对策：化学镀的时候尽量不要产生粉末；夹具铬要退净、绝缘性要好。

2）针孔：镀液中湿润剂少、有油或杂质。如图9所示。

对策：补加湿润剂；加入消针孔剂（根据针孔的多少配置）；双氧水-活性炭处理。

3）泛黄：镀前处理不良、预镀层太薄、镀液中的添加剂分解产物过多。如图10所示。

对策：合理设置电流和时间；更换镀液。

4）剥离：镀层结合力差，镀层之间会剥离以及镀层也基体之间也产生脱落现象。如图11所示。

对策：前处理不当，需重新检测一遍；加强现场管理；

5）起泡：过度粗化或粗化不到位引起的结合力降低；镍层的应力过大。如图12所示。

对策：改善粗化条件使其适当；尽量去除镍层的应力。

6）腐蚀斑：经过CASS试验，电镀表面被腐蚀化、变色以及失去光泽，由于抗腐蚀能力弱引起的。如图13所示。

对策：改善电镀工艺，在电镀铬层和微孔镍的时候需要注意镀层的膜厚和微孔数。

2 电镀层膜厚测试方法及判定对比（库伦法/显微镜法/X-Ray射线法）

2.1 电镀层厚度检测方法

塑料电镀层厚度检测的方法，现在常用的方法有显微镜法、库伦法和X-Ray射线法。显微镜法和库伦法是破坏性检测，X-Ray射线法是非破坏性检测，当今世界比较有影响力的汽车公司对塑料电镀件镀层厚度采用以上的方法。

1）库伦法

库伦法又称电量法。在被测镀层表面的已知面积上，以恒定电流密度在相应试验中镀件作为阳极来溶解镀层，当镀层金属溶解完毕，裸露出基体或中间镀层时，电解池电压发生突变，以此作为测量终点。根据库伦定律，以溶解镀层金属消耗的电量、溶解镀层面积、镀层金属的电化当量、密度以及阳极溶解的电流效率计算镀层的局部厚度。

主要应用在测定各种金属镀层的厚度和多层金属镍之间的电位差，如图14所示为简易测试槽。

下面主要介绍汽车行业上基本的镀层测量过程（铬、多层镍、铜的测量），如图15镀层分布结构图。

①铬的测量

在进行试验时，需要对产品表面进行清理（去除表面氧化膜），使用指定的电解铬/镍药水，不需要搅拌管。

图8 颗粒

图9 针孔

图10 泛黄

图11 剥离

图12 起泡

图13 腐蚀斑

②镍的测量（膜厚及电位差）

通常情况下，电镀件的镍镀层都是多层镍组成，本文主要介绍三层镍（微孔镍、光亮镍、半光亮镍），考虑产品镍层是否达标，主要依据三层镍的膜厚和电位差，如图16所示三层镍膜厚及电位差曲线。

镍层下方是铜层，当多层镍完全被电解完之后，产品的测试区域能够清晰的看到铜层表面一片铜黄色区域，该层就是铜层。

③铜的测量

铜层的厚度相对于上述两层要厚一点，所需要的指定试剂相对会提高，电解废液能够明显的看出有铜绿产生。通常情况下，电解完铜层之后会看到基材（白色），但是有些情况会看到黑色的一层，这一般是预镀镍，起到更好的导电作用（前文工艺流程中有提及）。

2）显微镜法

利用光学原理，对物体进行放大，可以观察到物体表面或断面的金相显微结构。主要流程步骤：取样→清洗铸模→固化→研磨→抛光→微蚀→清洗测量。

主要应用在通过对电镀用的底材、电镀层的横截面和表面的结构放大观察，可分析电镀品的品质和找出缺陷（如气孔、裂纹、夹杂物、剥皮等）产生的原因及测量镀层厚度。

显微镜法（金相法）测量覆盖层厚度简单而且直观。基本原理：在待测件上选取有代表性的试样，经过适当工序制作成符合要求的横截面，通过显微镜将图像放大，用校正的目镜测微尺或精密较高的标尺测量膜厚。此方法步骤复杂费时，镀层厚度＜1um时不能精准测量但是直观可靠，可同时观察镀层和基材的状况。如图17。

3）X-Ray法

X射线是一种能量形态，是电磁波谱中特定一段区域。

此方法是将X射线基本都射在塑料电镀层的表面，由此会产生一种荧光，称为X射线荧光，根据荧光谱线出现的能量位置，根据其强度可以得到镀层由哪些成份组成以及各层的厚度。

此方法目前运用最为广泛的是在各种金属镀层厚度的测量和成份的分析。

图14 简易测试槽（原理图）

图15 镀层分布结构图

图16 三层镍电位差及膜厚

图17 ABS塑料电镀件镀层厚度测量

3 结束语

随着现代科技技术的发展，汽车走向先进、环保、轻量化发展，汽车上的塑料件品种也越来也多，应用的更加广泛。内外饰件的质量和外观在不断的改善。希望国内的技术和汽车制造商能够根据国内外的先进技术，提高自己的汽车质量，使得产品工艺先进和环保。