电镀对汽车零部件材料性能的影响研究

1 前言

随着汽车工业的飞速发展和汽车轻量化的发展要求，电镀PC/ABS凭借其优异的力学性能和电镀后较好的金属效果，越来越多地应用于汽车装饰板、门把手等内外饰零部件。

汽车用PC/ABS结合了PC优异的冲击和耐热性能以及ABS成型性能，电镀PC/ABS中B是丁二烯橡胶，在电镀过程中通过铬酸/浓硫酸刻蚀ABS中的B，使材料表面呈现微观粗糙，增加镀层与塑料基体的接触面积，从而赋予PC/ABS材料可电镀性能[1]。

目前针对电镀PC/ABS材料中PC含量、橡胶含量和橡胶粒径以及注塑成型工艺对电镀性能的影响进行了相关研究[2]，但是没有开展电镀对PC/ABS材料力学性能影响的研究，通过试验研究电镀前后PC/ABS材料的性能变化，分析引起变化的原因，并讨论这些变化对产品的影响。

2 试验

2.1 原材料

电镀PC/ABS，某材料厂家。

2.2 样件试制及加工

将电镀PC/ABS通过注塑机成型北汽某车型机盖装饰罩本体如图1（a）所示，将注塑成型的机盖装饰罩本体经过电镀处理得到具有金属光泽的电镀机盖装饰罩，如图1（b）所示，电镀的具体流程如下：去应力、除油、水洗、粗化、水洗、还原、水洗、敏化、活化、水洗、解胶、水洗、化学镀镍、预镀铜、水洗、镀镍、镀铬、水洗、烘干。分别在机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩上截取弯曲试验样条和冲击试验样条。

2.3 性能试验

将截取的机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩弯曲样条按照ISO 178进行弯曲模量测试，如图2（a）和图2（b）。

图1 机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩

将截取的机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩弯曲样条按照ISO 179进行Charpy无缺口冲击测试。

图2 机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩测试样条

3 试验及讨论

3.1 弯曲模量

材料弯曲模量指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力。测试机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩的弯曲模量，结果为：机盖装饰罩本体弯曲模量为2 100 MPa，而电镀机盖装饰罩的弯曲模量为4 500 MPa，如图3所示。结果表明电镀后PC/ABS的弯曲模量明显提高。这是因为电镀后在PC/ABS本体表面形成厚度约为40μm的均匀、致密、结合力良好的金属层，相比于PC/ABS，包含铜和镍的金属层能够提高弹性极限内抵抗弯曲变形的能力。

材料力学中，矩形截面零件的抗弯刚度表示为EI，其中E为弯曲模量，I为横截面的转动惯量，而转动惯量I可表示为ab3/12，其中a为零件的宽度，b为零件的厚度，所以零件的抗弯刚度可表示为Eab3/12，由此可见，零件的抗弯刚度除了与零件厚度的三次方成正比，还与材料的弯曲模量成正比[3]。电镀后提高的PC/ABS的弯曲模量，产品的抗弯刚度线性增加，按照等效刚度的设计原则，产品的壁厚可以适当减薄或减少产品背部的加强筋，进一步实现产品的轻量化，同时减少背部的加强筋还可以避免电镀表面出现缩痕等外观缺陷。

图3 机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩弯曲模量

3.2 冲击强度

冲击强度是材料在冲击载荷的作用下折断或折裂时，单位截面积所吸收的能量，是衡量材料韧性的一种指标。测试机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩的无缺口冲击强度，结果见表1，试验后本体样条没有断裂，见图4（a），冲击强度为38.3 kJ/m2，电镀件发生部分断裂，如图4（b），冲击强度为28.6 kJ/m2。结果表明电镀后降低了PC/ABS的冲击强度。这是因为在电镀过程中为了获得较好的电镀性能需要经过粗化将PC/ABS中的丁二烯（B）刻蚀掉，如图5（a），而丁二烯在材料中作为橡胶相起到增韧提高冲击强度的作用，刻蚀掉的丁二烯引起电镀后PC/ABS冲击性能的降低。另一方面，粗化后在本体表面形成凹坑，如图5（b），大量的凹坑在冲击过程中作为失效的前端而引发产品断裂，这也是电镀后PC/ABS冲击强度降低的原因。

电镀后PC/ABS材料的冲击性能显著下降，材料的韧性降低，电镀产品在装配、使用过程中容易出现断裂，尤其是卡扣、螺丝柱等位置，为了消除这一影响，通常会对卡扣、螺丝柱等位置进行阻镀，避免后续产品加工过程中出现脆断。

表1 机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩无缺口冲击强度本体 电镀件

图4 冲击试验后机盖装饰罩本体和电镀机盖装饰罩状态

图5 电镀PC/ABS粗化示意图和粗化表面形貌图

文章来源：《电镀与精饰》 网址: http://www.ddyjszz.cn/qikandaodu/2021/0514/505.html