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汽车的塑料电镀零件，因其金属质感，被应用在汽车内外部装饰中，提升整车的时尚感和高级感。与金属相比，塑料不仅质量轻，而且容易加工成型。通过电镀不仅改善了塑料的外观及装饰性，而且提高了其表面耐冲击性、耐热性、耐磨性及机械强度等，因此，塑料电镀越来越多地受到汽车工程师的青睐。
电镀零件在整车的使用过程中，要经历严寒、暴晒、酷热、腐蚀、酸雨、石击等各种环境的考验，如对电镀零件开发不充分，在实际应用中容易出现镀层裂纹、鼓泡等品质风险。电镀件的质量性能包括厚度、微孔(或微裂纹)数、附着力、耐高低温湿热交变性能、耐腐蚀性能等方面。
在汽车行业，塑料电镀零件的开发是一个系统工程。需要综合材料开发，制造工艺，结构设计，实验评价四大方面的开发评价工作。通过全面系统的对电镀零件开发进行研究，为电镀零件的量产品质提供保障。
材料开发
汽车塑料电镀零件材料的选择有很多，其中尤以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(AcrylonitrilebutadieneStyrene,ABS)电镀应用最广，电镀效果最好。本文以ABS材料作为主要研究对象，对其开发方法进行研究分析。
1.1 基本物性
材料的基本物性是零件性能的基础。材料的熔融指数(MeltFlowRate,MFR)决定了零件的生产制造性能;材料的弯曲模量决定了零件的刚性;材料的缺口冲击强度(Charpy)与多轴冲击决定了零件的韧性;材料的热变形温度(HeatDeflectionTemperature,HDT)决定了零件的耐热性能;线性膨胀系数(CoefficientofLinearThermalExpansion,CLTE)决定了零件的热胀冷缩性能;收缩率决定了零件模具的设计尺寸。但是材料的各个物性又有相互冲突的地方，提升材料的刚性，材料的韧性可能会有降低的风险。材料开发讲究刚韧平衡，对于材料的选择应该在充分掌握零件性能的基材上，综合考量材料的各个物性。
1.2 橡胶含量及形态
ABS材料有多种分类，例如阻燃ABS，耐热ABS，挤出ABS等等。作为电镀零件的材料需使用电镀级ABS。电镀级ABS主要由丁二烯(1,3-Butadiene)和苯乙烯-丙烯腈(Acrylonitrile-styreneCopolymer,SAN)组成，材料表面的橡胶(丁二烯)在电镀液中被腐蚀掉，从而形成镀层与基材之间的锚合结构，让镀层与基材紧密的贴合在一起。
电镀ABS材料作为一种特殊用途的材料，材料的配方设计上不仅需要考虑成型零件的机械性能的要求，还需要考虑材料的电镀性能。在电镀材料的开发中，对ABS中的橡胶的含量及形态进行观察可以判断材料是否具备良好的电镀性能。
除橡胶含量对电镀性能至关重要之外，橡胶的形态分布同样重要。小粒径橡胶均匀分散在PC/ABS中，能够提供足够数量的铆合点，为材料提供良好的电镀性能;增加少量大粒径橡胶、粗化后，能够提供更深的铆合点，从而提高镀层结合力。
制造工艺
电镀零件制造工艺主要包括注塑成型工艺和电镀工艺两大方面。下面对这两大工艺中的关键参数进行研究分析，为实际量产中的参数设定提供参考。
2.1 注塑成型工艺
零件基材的注塑成型对电镀的影响主要为内应力，内应力越大，零件电镀后尺寸变形越严重。内应力过高会造成表面粗化不足，难于敏化、活化和金属化，最终影响电镀产品的性能。同时材料中的橡胶的变形越严重，会导致电镀不良。
在注塑成型参数中，对内应力影响最大的为注塑速度和模具温度。注塑速度过慢，模具温度过低，导致注塑机中熔体填充型腔时间过长，熔体前端料温降低，需要较大的保压压力推动熔体流动，零件内应力大;注塑速度过快，熔体流动过程中受剪切影响大，材料中的分子受拉伸，零件内应力大。
注塑工艺参数的设置对零件的成型有重要影响。在实际量产中，为了保证批次的稳定性，需要固定注塑工艺参数，并且设定监控数值，以此判断零件生产的稳定性。为了保证零件之间保持一致性，以螺杆温度、注塑速度、保压压力、保压切换位置等控制类参数作为常数固定下来，以填充时间、保压切换压力、缓冲量等结果类参数作为监控数值，通过观察监控数值是否在规定范围内来判断零件一致性是否良好。
2.2 电镀工艺
电镀工艺对零件的镀层性能有重要作用。合适的电镀工艺能够使镀层具备指定的厚度，与基材之间具有紧密的结合力，从而让零件耐候等性能优异。在材料开发阶段已经说明粗化是整个电镀工艺中非常关键的工序。以粗化温度和粗化时间的设定为例，说明各个工艺参数设定对电镀的影响。
针对ABS材料，在粗化温度一定的前提下，当粗化时间过短时，粗化液对材料表层橡胶刻蚀不足，孔洞的尺寸较小，深度较浅，镀层与基材结合力低;当粗化时间过长，粗化液在刻蚀完橡胶的同时，SAN基材也被刻蚀，导致孔洞锚结构坍塌，镀层与基材结合力低。
在粗化时间一定的前提下，当粗化温度过低时，粗化液刻蚀速度降低，橡胶刻蚀只有表面被刻蚀，无法形成深的孔洞，镀层与基材结合力低;当粗化温度过高时，粗化液刻蚀速度很快，橡胶在被完全刻蚀后，SAN基材的锚结构也被刻蚀，镀层与基材结合力低。
结构设计
电镀是利用电解原理在零件表面镀上金属的过程。电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极(电镀零件)，形成镀层，形成电流。零件表面不同的位置电流密度也不同。电流密度直接影响镀层沉积速度，电流密度大，沉积速度快，反之则慢。电流密度分布受电镀零件形状的影响，零件的结构设计对于获得良好的电镀外观非常重要。
3.1 共通要求
对于一般的电镀零件，为了使电镀镀层厚度均匀，应注意以下设计要点，对于大平面的零件，为了保证表面镀层厚度均匀，应设计成轻微的凸起弧面;产品内外转角应设计为圆角，防止转角处局部电流密度过大，镀层过厚;对于深孔或圆柱形深腔底部应设计为球形，中部开流通小孔，使电镀液流通，有利于镀层厚度均匀。
3.2 外形要求
在实际的零件设计过程中，产品设计工程师应与零件制造供应商进行充分的沟通。不同的类型零件，电镀的要求会有所不同，应该具体情况具体分析。总结汽车上电镀零件主要的几种类型零件要求如下：
对于凸台类零件，凸台之间宽/深≥2cm。如果凸台深度太深，两个凸台之间底部容易发黄(无Cr电镀层)，设计时应保证角度θ≥135。。
对于电镀格栅，零件的开口深度小于1/2的开口宽度的区域，电镀膜厚能满足要求;零件开口深度超过1/2的开口宽度的区域，电镀膜厚无法满足要求。
对于刻字类电镀零件，翻边角度A≥75。;电镀面凹槽文字深度B≤0.8mm;电镀面凸起文字深度≤1.5mm。
3.3 固定结构要求
电镀后，固定结构的强度会有一定程度增强。为了防止在安装过程中，电镀卡爪插入力过大，安装困难的情况，需要进行减薄处理。
实验评价
实验评价是零件开发中的重要一环，是零件开发好坏的试金石。粗化观察和结合力测试能够在开发初期对镀层质量进行预估，提前把握风险;冷热冲击测试则是作为判断零件是否合格的标准。
4.1 粗化观察
在电镀工艺中，粗化是利用铬酸选择性地去除零件表面的丁二稀橡胶，使零件表面形成无数细微的孔洞的过程。粗化的孔洞供胶体钯附着和金属沉积，使金属镀层与基材之间形成锚合结构。由于锚合结构的存在，镀层与基材之间的结合力较大，在零件受热膨胀或者受冷收缩时，镀层依然能够紧密的贴合在基材上。
粗化过程是决定镀层附着力大小的最关键的工序。若是粗化不足，制品表面与金属镀层充分的接触面积不足;相反，若粗化过度，ABS树脂中的SAN基体也会被刻蚀，导致表面严重粗糙，反而影响了ABS树脂与金属镀层的结合力。
为了观察零件表面的微观形貌，可以使用扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)进行测试，设备可选用日本电子JSM-6380LA。SEM主要通过电子束与样品表面的相互作用产生二次电子，生成样品表面放大的形貌。通过SEM可以观察出零件表面的粗化情况，从而评价基材的电镀性能的好坏。
4.2 结合力测试
电镀零件镀层与树脂基体本体的结合力越大，电镀零件在实际工况中出现外观不良的风险就越低。所以对镀层结合力进行评价可以判断零件电镀性能的好坏。镀层主要由铜层(里层)、镍层(中间层)、铬层(外层)组成。镀层与基材的结合力由最里层的铜层决定。并且由于铬层和镍层，延展性较差，实施90。剥离实验镀层容易脆断，所以选择铜层进行剥离试验。选择在电镀铜工序之后的镀铜样片进行镀层附着力的测试
结合力测试将镀铜样片划分为9个区域，并选取不同的剥离方向。切出10mm宽铜层进行剥离，剥离速度20mm/min，剥离角度实时保持90°，如图1所示。
图1 剥离区域及方向示意图
在实际的实验评价中，选取三款不同的电镀零件进行附着力测试。不同的基材附着力存在较大的差异。试样1附着力为6.3N，电镀性能较差;试样2附着力为10.8N，电镀性能中等;试样3附着力为14.0N，电镀性能优异。
4.3 冷热冲击测试
金属镀层与塑料基材之间的热膨胀系数差异较大，ABS树脂的线性热膨胀系数是金属镀层的5倍以上。这意味着一旦存在温度变化，ABS树脂与金属镀层之间由于线性热膨胀系数的显著差异将产生巨大的热应力，一旦超过各自材料的极限拉伸应力，就会导致镀层与树脂龟剥离等系列问题，严重影响电镀ABS在有温差存在的环境中使用。冷热冲击试验是测试电镀产品在面对极高温、极低温、极高温极低温切换的抵抗力的一种试验方法，主要目的是检测电镀产品在日常不同的环境中的使用寿命。
电镀零件冷热冲击测试采用高温90℃,低温−40℃的条件实施，冷热冲击循环10次。
选取与结合力测试同样的三款的电镀零件，进行冷热冲击测试。试样1结合力最低，试验后出现明显的镀层鼓泡，电镀性能较差;试样2结合力中等，试验后出现轻微的镀层鼓泡电镀性能中等;试样3结合力优异，试验后未出现镀层鼓泡等缺陷，电镀性能良好。试验结果表明，镀层结合力与零件的抗冷热冲击性能密切相关。结合力越好，镀层的抗冷热冲击能力越强。
总 结
本文叙述了针对汽车电镀零件的的全流程的开发方法，从材料开发、制造工艺、结构设计、实验评价四大方面进行描述，总结如下：
(1)在材料开发中，需要对材料的基本物性和橡胶含量及形态进行确认。材料物性需要保证刚韧平衡，橡胶含量需要保证充足，橡胶形态需大小粒径分布。
(2)在制造工艺中，注塑成型工艺中注塑速度和模具温度的设定对零件的内应力影响很大;在电镀工艺中，粗化的时间和温度对镀层与基材之间的结合力影响很大。
(3)在结构设计中，对于具有深度的零件，需要保证开口宽度大于开口深度的两倍。在角度及外观平面设计中需要考虑保证镀层厚度均匀。
(4)在实验评价中，镀层结合力对于零件的电镀性能起着至关重要的作用。镀层结合力越好，电镀零件抗冷热冲击性能越好，出现镀层剥离或鼓泡等缺陷风险较低。
通过建立全面汽车电镀零件的开发方法，为零件的可靠性提供了保证。
来源：国际表面处理展
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