汽车内饰塑料电镀黑铬件盐雾腐蚀现象分析

陈敏娟，陆松，余晓杰，许巍巍，陈俐峰

（吉利汽车研究院(宁波)有限公司，浙江 宁波 315336）

近年来，我国的汽车制造技术飞速发展，目前消费者不仅对汽车动力、操纵、安全等方面的性能要求日益提升，对汽车舒适性、美观化、轻量化等的关注度也不断提高。为了实现汽车轻量化和美观化，很大一部分结构件及装饰件逐渐由传统的钢制材料转变为轻金属和塑料[1]。塑料电镀件作为防护性装饰件，大多被应用于既要求美观，又要求具有防腐性能的汽车零部件产品(比如格栅、门把手、装饰亮条等)，其中有不少需暴露在露天环境中，因此塑料电镀件的耐腐蚀性能尤为重要。本文主要以汽车内饰件塑料基材电镀黑铬试样为对象，对其经历72 h温度循环 + 24 h铜加速乙酸盐雾试验后的腐蚀缺陷进行分析。

1 盐雾腐蚀试验方法

1.1 试样

塑料电镀黑铬件的断面结构如图1所示。一般内饰件的铬层厚度为0.15 ～ 0.5 μm，镍层总厚度≥10 μm，铜层厚度≥20 μm；外饰件的铬层厚度为0.15 ～ 0.5 μm，镍层总厚度≥20 μm，铜层厚度≥25 μm。本次研究的试样主要应用于汽车内饰，包括汽车仪表板装饰条、车门内开把手及车门内装饰条。

图1 塑料电镀黑铬件断面示意图Figure 1 Sketch showing the sectional structure of black-chromium-plated plastics

电镀工艺流程为：消除内应力→除油→亲水→化学粗化→水洗→还原→预浸→活化→加速→化学镀镍→预浸铜(可选)→预镀镍→光亮酸铜→活化→半光镍→高硫镍(可选)→光亮镍→镍封/微裂纹镍→活化→镀铬→钝化→烘干[2]。

1.2 盐雾试验条件

多数主机厂及大部分零部件厂商均通过盐雾试验来检测塑料电镀件的防腐蚀性能，主要包括中性盐雾(NSS)、乙酸盐雾(AASS)和铜加速乙酸盐雾(CASS)3种。其中CASS试验的应用最广泛。本文在CASS试验前进行温度循环试验，以便更好地模拟实际工况。

1.2.1 温度循环试验

步骤 1：温度(-30 ± 2) ℃，时间(含降温)4 h；

步骤2：温度(85 ± 2)℃，时间(含升温)4 h；

步骤3：温度38 ℃，相对湿度(95 ± 5)%，时间(含降温)16 h。

步骤1到步骤3为1个循环，共进行3个循环(合计72 h)，试验箱温度变化速率为1 ～ 4 °C/min。

1.2.2 CASS试验

参考GB/T 10125-2021《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》，采用(50 ± 5) g/L NaCl溶液，pH 3.1 ～ 3.3，试验温度(50 ± 2) ℃，每80 cm2水平面积的盐雾沉降率为(1.5 ± 0.5) mL/h，试件与水平方向呈(20 ± 5)°摆放。

一般要求汽车内饰塑料电镀件的CASS试验时间为24 h，外饰塑料电镀件的CASS试验时间为48 h。

试验完毕，在D65光源下观察样件的腐蚀状态，并用奥林巴斯DSX-HRSU光学显微镜、上海瓦克仪器有限公司TENEO场发射扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)分析腐蚀形貌和腐蚀产物。

2 不同形式的腐蚀现象分析

2.1 花斑

花斑是黑铬样件的常见腐蚀现象，用纯水及无水乙醇清洗无法去除。从图2可知，花斑密集分布在样件表面，非常容易观察到，EDS分析显示花斑处的Ni含量比Cr含量高，并且含有Fe、S、O元素。

图2 黑铬样件表面花斑的外观、形貌和元素组成Figure 2 Appearance, morphology, and elemental composition of piebald defect on black-chromium-plated specimen

如图3所示，用盐酸退铬后花斑区Ni层完好，无腐蚀迹象，说明花斑是Cr镀层被腐蚀破坏的结果。三价铬电镀槽液中含Fe、S等元素，所得铬层中会有少量Fe、S夹杂。酸性盐溶液沉降在样件表面时，Fe的电位较低而先发生腐蚀，继而使Cr层的完整性被破坏，生成三价铬腐蚀产物，宏观上表现为花斑。

图3 花斑处退铬前(a)、后(b)的状态Figure 3 Appearance of black-chromium-plated specimen with piebald defect before (a) and after (b) removal of chromium coating

2.2 点状腐蚀

因金属镍的电位较低，当活性阴离子通过镀Cr层的微孔渗透到Ni层时，Ni层先被腐蚀。从图4可知，点状腐蚀为非常细小的针孔状腐蚀点，分布于样件整个喷雾面。其中含有 Fe元素，Ni含量很高，但未检测到Cr元素，说明腐蚀已经到达了Ni层，Cr层则已经完全脱落。

图4 点状腐蚀的外观、形貌和元素组成Figure 4 Appearance, morphology, and elemental composition of pitting corrosion on black-chromium-plated specimen

点状腐蚀缺陷的形成原因主要有两个。一是电镀过程中产生的缺陷(如镀液中的细小颗粒)附着在基材表面，造成点状缺陷。二是塑料电镀件的微孔镍层较薄，而Cr层不稳定，容易塌陷，活性阴离子通过铬层的微孔到达镍层时引起镍层腐蚀，腐蚀产物使得覆盖其上的铬层剥离和脱落，失去对镍层的保护。

2.3 铜绿

铜绿呈绿色，主要成分为Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)。从图5可以看出，铜绿的出现还伴有点状腐蚀；腐蚀点含有少量Fe，Cu含量最高，说明Cu层被腐蚀。在CASS试验中，当样件的镍层过薄时，腐蚀性离子穿透镍层至铜层，便会造成铜层腐蚀。

图5 铜绿的外观、形貌和元素组成Figure 5 Appearance, morphology, and elemental composition of verdigris formed on black-chromium-plated specimen

3 总结

三价铬电镀比六价铬电镀更环保，塑料电镀黑铬件不仅密度低，而且具有金属的美观、耐磨及耐腐蚀的优点，但三价黑铬镀层的耐蚀性不如六价铬。为了尽可能达到最佳的耐腐蚀效果，建议如下：

(1) 合理调整多层镍之间的电位差。电位差过低时镍封将被腐蚀，铬层也容易塌陷；电位差过高则会导致光亮镍层的腐蚀加快。

(2) 严格控制三价黑铬镀液中硫酸亚铁、发黑剂等物质的用量。

(3) 把控原材料品质和前处理各项工艺参数，强化现场杀菌工艺，保证镀液的清洁度。