汽車用裝飾性電鍍黑鉻耐候性能研究

柳金龍，黃小軍，張國良

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汽車用裝飾性電鍍黑鉻耐候性能研究

柳金龍，黃小軍，張國良

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315000）

研究電鍍黑鉻的耐候性，對汽車行業(yè)的黑鉻應(yīng)用風(fēng)險進(jìn)行評估。通過對比分析的方法，以傳統(tǒng)電鍍亮鉻性能為參照，從耐腐蝕、耐氙燈老化、自然暴曬三個方面介紹汽車用裝飾性電鍍黑鉻的耐候性，并對黑鉻耐候性不良的原因進(jìn)行分析、討論。電鍍黑鉻的耐自然暴曬性能、耐腐蝕性能均較傳統(tǒng)亮鉻差，鍍層自鈍化效果差鍍層氧化是影響鍍層耐候性的主要因素。電鍍黑鉻不適合應(yīng)用于汽車外飾零部件。

電鍍黑鉻；耐腐蝕；自然暴曬；氙燈老化；耐候性

裝飾性電鍍產(chǎn)品在散熱器格柵、防擦條、門把手、后視鏡、儀表臺等汽車內(nèi)外飾區(qū)域等被廣泛應(yīng)用。隨著顧客審美的不斷提高及主機(jī)廠對高檔裝飾的要求，傳統(tǒng)的亮鉻、沙丁已經(jīng)不能滿足。

電鍍黑鉻因其震撼出位的新外觀，高端的視覺感，自2008年起，在國內(nèi)逐漸興起。電鍍黑鉻較傳統(tǒng)亮鉻相比，在鍍鉻過程層中加入Fe，S等元素，使其表面形成一層合金鍍層[1]，從而產(chǎn)生黑色的金屬外觀效果。黑鉻鍍層由于沒有白鉻的自鈍化作用，且脆性較大，因此耐腐蝕性理論上有所降低[2-5]。文中以塑膠電鍍黑鉻為研究對象，從零部件及整車的耐腐蝕、耐老化方面，對比傳統(tǒng)亮鉻工藝，對黑鉻的耐候性進(jìn)行了研究及分析。

1 實(shí)驗材料與方法

1.1 材料及藥水

實(shí)驗所用材料見表1。

表1 實(shí)驗材料

1.2 電鍍工藝

電鍍工藝為：清洗→預(yù)腐蝕→腐蝕→清洗→中和→預(yù)浸→催化→清洗→解膠→化學(xué)鍍→預(yù)鍍→酸銅→活化→半光鎳→光鎳/珍珠鎳→鎳封(微孔)→鍍黑鉻/鍍亮鉻。

1.3 試驗說明

試驗樣品除整車暴曬件為試板外，其他均為按正常工藝生產(chǎn)的樣件。為詳細(xì)分析環(huán)境對黑鉻的影響，重點(diǎn)記錄了海南暴曬試驗場1年內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)及樣板所處試驗車位置的溫濕度及輻照度。外飾件測試項目見表2，內(nèi)飾件測試項目見表3。

表2 外飾件試驗項目

表3 內(nèi)飾件試驗項目

整車暴曬說明：整車自然暴曬一直是研究大氣自然腐蝕最可靠最豐富的信息來源。整車暴曬試驗場[6]位于海南瓊海，距離海洋氣候及工業(yè)大氣氣候較遠(yuǎn)，環(huán)境腐蝕強(qiáng)度較小[7]。外飾試板放置于車頂，內(nèi)飾試板放置于于儀表臺上，每月對外飾的色板進(jìn)行正常清洗。海南暴曬場1年實(shí)測溫度、濕度、輻照度、降雨量見表4，測試樣板所在試驗車車頂及儀表板環(huán)境數(shù)據(jù)見表5。

表4 暴曬場環(huán)境數(shù)據(jù)

表5 車頂部及儀表板環(huán)境數(shù)據(jù)

注：車頂濕度默認(rèn)與環(huán)境一致；車頂輻照量默認(rèn)與環(huán)境一致

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 黑鉻的防腐性能

影響裝飾性電鍍防腐性能的主要因素為鍍層厚度、電位差、微孔/微裂紋數(shù)、鍍層結(jié)構(gòu)等。各大主機(jī)廠分別對以上幾項指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，該次試驗影響防腐的幾項性能基本處于各大主機(jī)廠所要求的區(qū)間內(nèi)。對于外飾件，CASS試驗48 h后，黑鉻表面出現(xiàn)了星點(diǎn)狀腐蝕，如圖1所示。內(nèi)飾件CASS試驗24 h后，外觀無明顯變化。結(jié)果表明，CASS 試驗24 h，亮鉻、黑鉻外觀無明顯差異；CASS試驗48 h，黑鉻較亮鉻更容易腐蝕。試驗結(jié)果見表6。

a 黑鉻1

b黑鉻2

圖1 黑鉻表面出現(xiàn)星點(diǎn)狀腐蝕

表6 外飾件耐腐蝕性試驗結(jié)果

2.2 黑鉻的耐氙燈老化性

對4組黑鉻樣件按照外飾件進(jìn)行耐氙燈老化試驗，輻照度為0.5 W/(m2·nm)@340 nm，黑標(biāo)溫度為65 ℃，相對濕度為65%，108 min不噴水，12 min噴水。分別在750，1250 h進(jìn)行觀察，并對色牢度按照GB/T 250—2008進(jìn)行評價，試驗后結(jié)果見表7和圖2。

表7 車頂部及儀表板環(huán)境數(shù)據(jù)

圖2 黑鉻氙燈老化過程及試驗后外觀

圖2及表7表明，隨著氙燈老化時間的增加，除外觀光澤變暗外，鍍層未出現(xiàn)明顯的外觀缺陷。

2.3 黑鉻的耐自然暴曬性能

內(nèi)飾黑鉻色板未出現(xiàn)明顯的外觀變化，在此不做贅述。外飾3塊樣板如圖3所示，自左至右分別為亮鉻、黑鉻（淺色）、黑鉻（深色）。從試板可以看出，亮鉻表面依然光亮，黑鉻（淺色）表面輕微發(fā)花，黑鉻（深色）出現(xiàn)較嚴(yán)重發(fā)花現(xiàn)象，出現(xiàn)類似茶水漬、銹斑樣的產(chǎn)物，且經(jīng)水洗、堿性洗滌劑、酒精等均無法擦除，未出現(xiàn)麻點(diǎn)、腐蝕坑等腐蝕現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在CASS試驗、氙燈老化試驗中均未體現(xiàn)。

圖3 自然暴曬1年后3塊樣板的外觀狀態(tài)

氙燈老化與自然暴曬的換算關(guān)系約為7倍的關(guān)系，自然暴曬1年，相當(dāng)于1251 h[6]，與氙燈老化時間1250基本一致，氙燈老化1250 h未出現(xiàn)自然暴曬的發(fā)花現(xiàn)象。從以上數(shù)據(jù)上說明，光照不是黑鉻發(fā)花的根本原因。黑鉻單獨(dú)耐高溫及自然暴曬內(nèi)飾溫度高于外飾溫度但外觀無明顯變化說明，溫度不是導(dǎo)致鍍層發(fā)花的根本原因[7]。從CASS試驗分析，黑鉻合金層的耐腐蝕性有所降低，因此綜合溫度、光照、濕度、CASS綜合分析，其中隨著CASS試驗增加，鍍層出現(xiàn)了點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象，而其他因素的變化鍍層未出現(xiàn)明顯變化。因此，在自然暴曬所處的自然環(huán)境中，導(dǎo)致鍍層發(fā)花的主要原因是黑鉻鍍層被氧化，鍍層中發(fā)黑劑的存在導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生出現(xiàn)類似銹斑、茶漬狀的產(chǎn)物[8]。

3 結(jié)論

1）外飾件用電鍍黑鉻較電鍍亮鉻自鍍化效果差，車輛正常使用過程中可能會出現(xiàn)鍍層發(fā)花的現(xiàn)象，而內(nèi)飾件較亮鉻無明顯差異。

2）高溫、紫外線對黑鉻耐候性能影響不大。

3）電鍍黑鉻合金層防腐性能低于傳統(tǒng)電鍍亮鉻層。

4 結(jié)語

電鍍黑鉻工藝建議應(yīng)用于內(nèi)飾區(qū)域。外飾用電鍍黑鉻建議顏色選擇淺色系，降低變色、發(fā)花風(fēng)險，并且根據(jù)耐候性要求可考慮增加除鈍化、封閉以外的處理，如透明涂層[9]等，提高鍍層的裝飾性及耐候性。

[1] 郭崇武. 硫酸鹽三價鉻滾鍍黑鉻工藝研究[J]. 電鍍與裝飾, 2014, 33(13): 565-568.

[2] 黃恩禮. 三價鉻電解液電鍍電鍍黑鉻工藝及市場現(xiàn)狀[J]. 電鍍與精飾, 2010, 32(9): 25-26.

[3] 文思雄. 電鍍黑鉻工藝[J]. 腐蝕與防護(hù), 2003, 24(9): 399-400.

[4] 周琳燕. 三價鉻電鍍工藝研究現(xiàn)狀及展望[J]. 電鍍與精飾, 2015, 37(8): 15-17.

[5] 李炳江. 三價鉻鍍鉻工藝對鉻鍍層耐蝕性的影響[J]. 電鍍與精飾, 2010, 32(6): 15-17.

[6] 胡建雄. 關(guān)于氙燈老化和戶外大氣自然暴曬的綜述[J]. 合成材料老化與應(yīng)用, 2014, 43(4): 70-72.

[7] 唐倫科. 自然暴曬試驗與加速腐蝕試驗的相關(guān)性及防腐蝕設(shè)計研究[D].重慶: 重慶大學(xué), 2006.

[8] 黃恩禮. 三價鉻電解液電鍍電鍍黑鉻工藝及市場現(xiàn)狀[J]. 電鍍與精飾, 2010, 32(9): 26-30.

Weatherability of Automotive Decorative Black Chromium Plating

LIU Jin-long, HUANG Xiao-jun, ZHANG Guo-liang

(Zhejiang Geely Automobile Research Institute Co., Ltd. Ningbo 315000, China)

To research the weather resistance of black chromium plating and assess the risk of its application in the auto industry.Based on comparative analysis from the following three aspects: resistance to corrosion, xenon lamp aging and natural exposure, the weatherability of automotive decorative black chromium plating was analyzed and discussed by referring to performance of traditional bright chrome plating.Black chromium plating had poor resistance of natural exposure and corrosion. The poor self-passivation was the main factor which influenced the coating weatherability.Black chromium plating is not suitable for automotive exterior parts.

black chromium plating; corrosion resistance; natural exposure; xenon lamp aging; weatherability

10.7643/ issn.1672-9242.2017.12.017

TJ04

A

1672-9242(2017)12-0085-04

2017-07-18；

2017-08-07

柳金龍（1988—），男，山東高密人，主要研究方向為整車防腐與零部件表面處理。