ABS汽車(chē)燈罩鍍亮鉻處理工藝

    摘要介紹了ABS汽車(chē)燈罩的電鍍亮鉻新工藝。研制了一種集“粗化、敏化、活化”三合一的塑料件預(yù)處理工藝及配方，與傳統(tǒng)預(yù)處理工藝的不同之處在于其工藝成本低、易操作、溶液壽命長(zhǎng)。并研究出含稀土添加劑的低鉻酸電鍍鉻的工藝及配方。結(jié)果表明，采用該新工藝對(duì)ABS塑料件進(jìn)行電鍍，可在獲得外觀光亮平滑、均勻致密、結(jié)合力良好的鉻鍍層的基礎(chǔ)上，大大提高生產(chǎn)效率。

    關(guān)鍵詞  ABS  電鍍鉻預(yù)處理  稀土添加劑

    隨著汽車(chē)工業(yè)的塑料化和全塑化汽車(chē)的出現(xiàn)，塑料電鍍的應(yīng)用日益廣泛，目前國(guó)內(nèi)外已廣泛在(丙烯腈／丁二烯／苯乙烯)共聚物(ABs)、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龍等靼料表面上進(jìn)行電鍍，其中尤以ABS塑料電鍍應(yīng)用最廣，電鍍效果最好。電鍍亮鉻的ABs塑料制品具有質(zhì)地輕巧、造型優(yōu)美的特點(diǎn)，鉻層呈銀藍(lán)色鏡面光澤，具有極好的反光性能和裝飾性能，用在制造汽車(chē)燈罩上具有“韌、硬、剛”的特性。但目前ABS塑料電鍍面臨的難題是預(yù)處理工藝復(fù)雜繁瑣，生產(chǎn)效率低下，成本高；電鍍工藝對(duì)環(huán)境和工作人員的污染和危害較大。因此，在塑料電鍍中采用新丁藝、新技術(shù)對(duì)提高產(chǎn)品性價(jià)比和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    筆者主要對(duì)ABS塑料電鍍傳統(tǒng)的前處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，以一種低成本的“三合一”前處理工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繁瑣工藝；為了降低六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境的污染程度，在鍍液中加入納米氧化鈰(ce0：)，并用正交試驗(yàn)法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在獲得光滑致密鍍層的基礎(chǔ)上，大幅度降低了鍍液中鉻酐的含量，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1  實(shí)驗(yàn)方法

1．1  實(shí)驗(yàn)材料和工藝流程

    本實(shí)驗(yàn)的汽車(chē)燈罩所用材料是ABs塑料。主要工藝流程為：塑料件一預(yù)處理一化學(xué)鍍銅一電鍍鎳一電鍍亮鉻一成品。

1．2  儀器、設(shè)備

    電子天平：FA200d型，上海良平儀器表有限公司；

    數(shù)控超聲波清洗器：KQ一100DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

    光學(xué)顯微鏡：XJ一16A型，重慶光電儀器有限公司。

1．3  鍍層性能測(cè)試

    采用光學(xué)顯微鏡觀察鍍層的形貌。

    按GB／T 126—1990采用冷熱循環(huán)法測(cè)試鍍層與基體的結(jié)合力¨J：將試樣加熱到(75±5)℃，保溫60 min，取出后迅速投入冰水中驟冷，循環(huán)反復(fù)4次。結(jié)合力評(píng)定規(guī)則為：經(jīng)過(guò)冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，將劃有方格(5 mm x5 mm)的塑性透明薄膜覆蓋在試樣的主要表面上，則試樣表面被劃分為若干方格，每方格以25 mm。作為計(jì)算單位，計(jì)算方格總數(shù)Ⅳ，含有

起泡、起皺、裂紋或脫落等現(xiàn)象的方格數(shù)為凡，則脫皮率叼按式(1)計(jì)算，結(jié)合力t，按式(2)計(jì)算。

    鍍層外觀評(píng)定：采用目測(cè)法對(duì)試樣鍍層的光澤進(jìn)行評(píng)定…，其標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

    表1鍍層外觀評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)定等級(jí)I    評(píng)定依據(jù)    I評(píng)分

    l  l    鍍層均勻，光滑，光亮    I loo

    2  l    鍍層均勻性略差，光亮，光滑度略差    I 80

    3  l    鍍層均勻性略差，半光，光滑度略差    I 60

    4  I    鍍層均勻性略差，半光，少量燒邊    I 40

    5  j鍍層無(wú)光澤、泛白或有黃膜，有毛刺或燒邊J 20

6    大量燒邊或無(wú)鍍層    l  o

2結(jié)果與討論

2．1  塑料件預(yù)處理

2．1．1  預(yù)處理配方對(duì)鍍層質(zhì)量的影響

    傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝舊。大致如下：塑料件一消除應(yīng)力一除油一水洗一粗化一水洗一中和一水洗一敏化一水洗(蒸餾水)一活化一水洗(蒸餾水)一還原或解膠一水洗(蒸餾水)。傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝存在工藝繁鎖、時(shí)問(wèn)長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)。筆者對(duì)傳統(tǒng)工藝作了很大的改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出“三合一”的預(yù)處理新工藝，即粗化、敏化、活化三步合一。通過(guò)大量的探索性實(shí)驗(yàn)，確定了預(yù)處理溶液的主要成分為鉻酐、硫醞和硝酸銀。其中鉻酐和硫酸作為粗化劑和強(qiáng)氧化

劑，兩者結(jié)合能夠氧化和溶解ABs塑料中的丁二烯成分，使塑料表面生成親水性基團(tuán)，起到粗化塑料表面的作用；硝酸銀為活化劑，塑料被粗化后必須吸附一定量的活化劑，這樣在化學(xué)鍍過(guò)程中能起到催化作用，成為化學(xué)鍍的結(jié)晶中心。采用正交試驗(yàn)法對(duì)各成分濃度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以鍍層外觀、與基體結(jié)合力作為考察指標(biāo)，試驗(yàn)因素水平如表2所示，正交試

驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

將正交試驗(yàn)的兩個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成它們的隸屬度，其計(jì)算方法如式(3)：

    出于每項(xiàng)指標(biāo)里要性不一樣,根據(jù)實(shí)際要求,對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)分配權(quán)重，設(shè)滿分為100，其中鍍層外觀的權(quán)重取50，結(jié)合力權(quán)重取50，于是每個(gè)試驗(yàn)的綜合分?jǐn)?shù)y：鍍層外觀隸屬度×50+結(jié)合力隸屬度×50。將任一列上水平號(hào)為i時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)綜合分由表3的正交試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)處理優(yōu)化方案為A2B2C2，即配方為：鉻酐150/L，硫酸280 mL／L，硝酸銀7g/L.

2。l。2  預(yù)處理工藝參數(shù)對(duì)鍍層質(zhì)量的影響

塑料件預(yù)處理工藝參數(shù)為預(yù)處理時(shí)間和預(yù)處理溶液溫度，采用優(yōu)化的預(yù)處理溶液配方，控制不同的溫度和時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，以結(jié)合力為考察指標(biāo)，其工藝參數(shù)對(duì)鍍層結(jié)合力的影響如圖l所示。

    從圖l可看出，預(yù)處理溶液溫度是影響鍍層結(jié)合力的重要因素。隨著溶液溫度的升高，結(jié)合力先增大后降低。一般來(lái)說(shuō)，溫度升高，氧化和蝕刻作用會(huì)加快，但并非速度越快越好，因?yàn)橹挥兴芰媳砻孢_(dá)到一定的粗糙程度時(shí)，才會(huì)達(dá)到理想的結(jié)合力。氧化不足，塑料表面過(guò)于“光滑”，而粗糙過(guò)度則會(huì)降低基體的強(qiáng)度，甚至得不到正常的化學(xué)鍍層。在相同溫度條件下，預(yù)處理時(shí)間有一最佳值，小于或大于最佳值都會(huì)降低結(jié)合力。由圖l可知，當(dāng)溶液溫度為65℃，時(shí)間為30 min時(shí)，結(jié)合力最強(qiáng)。

2。2  化學(xué)鍍銅

銅與塑料的膨脹系數(shù)比較接近，在塑料電鍍中常用化學(xué)鍍銅層作為電鍍的導(dǎo)電鍍層。與其它金屬導(dǎo)電層相比，銅鍍層具有應(yīng)力小、力學(xué)強(qiáng)度高、與塑料基體結(jié)合力好等特點(diǎn)。化學(xué)鍍銅的工藝配方為：硫酸銅8～10/L，酒石酸鉀鈉30 g／L，甲醛10～12 mL／L，乙醇2 mL／L，碳酸鈉l/L，氫氧化鈉7/L，pH值為12～13。塑料件鍍銅后的斷面形貌如圖2所示，

圖2中中間亮白色區(qū)域?yàn)殂~層，其左、右邊黑色區(qū)域部分分別為ABS基體及鑲樣用的塑料。

    由圖2可以看出，銅鍍層連續(xù)均勻。鍍件的冷熱循環(huán)試驗(yàn)表明，化學(xué)鍍層與塑料基體結(jié)合力良好。

2。3  電鍍鎳層

由于ABs塑料上的金屬銅層很薄，為了防止化學(xué)鍍銅層的局部溶解，在電鍍亮鉻前先進(jìn)行電鍍鎳。

電鍍鎳層的配方及工藝為：硫酸鎳250 g／L，氯化鎳30 g／L，硼酸35/L，糖精0．8g/LpH值為4，室溫，電流密度1 A／dm。，電鍍時(shí)間120 min。

圖3示出采用上述工藝配方獲得的鍍鎳層斷面形貌。圖3中左邊黑色部分為ABs基體，白色窄亮帶為化學(xué)鍍銅層，灰色較寬的條帶為電鍍鎳層。由圖3可知，鍍層較均勻，而且與鍍銅層結(jié)合較好。

2．4  電鍍亮鉻層

傳統(tǒng)鍍鉻工藝配方(鉻酐250g/L硫酸2.5g/L，cr3+3 g／L，溫度600(=，電流密度為30 A／dm2，電鍍時(shí)間60 min)存在著六價(jià)鉻濃度大、工作溫度高、污染環(huán)境嚴(yán)重、“三廢”處理費(fèi)用高等缺陷。為改善傳統(tǒng)工藝的不足，降低環(huán)保治理成本和減少六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境的污染，往鍍液中加入粒徑為80 nm的ce0，添加劑，并采用正交試驗(yàn)法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：以鍍層外觀、與基體結(jié)合力、鍍層厚度作為考察指標(biāo)，以鉻酐含量(岡素A)、電流密度(因素B)、ce0，含量(因素C)、電鍍溫度(因素D)、電鍍時(shí)間(因素E)為試驗(yàn)因素，并各選5個(gè)水平，如表4所示。正交試驗(yàn)的結(jié)果如表5所示。

    各指標(biāo)權(quán)重分配方案如下：設(shè)滿分為100其中鍍層外觀的權(quán)重取30，結(jié)合力權(quán)重取40，鍍層厚度權(quán)重取30。由表5得出優(yōu)化方案為A1B2C3D4E5，此方案經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)均能獲得厚度超過(guò)35um的鉻層，其外觀光亮平滑，結(jié)合力好。汽車(chē)燈罩鍍鉻層屬于裝飾性鍍鉻層，裝飾鍍鉻的厚度標(biāo)準(zhǔn)一般為10～25um，因此電鍍時(shí)間可以根據(jù)需要縮減到90

 min。眾所周知，鍍鉻時(shí)金屬鉻是六價(jià)鉻直接還原得到的，鍍液中的S02-一離子不參加電極反應(yīng)，它的主要作用是促進(jìn)在陰極上形成膠體膜，阻礙Cr3+生成和H2析出等反應(yīng)，使陰極電位負(fù)移而達(dá)到cr042-還原為金屬鉻的電位，因此，如果沒(méi)有S042-的存在，鍍鉻層是不能生成的。在鍍鉻過(guò)程中通常必須加入S042-子并控制Cr0與H2SO4的配比為100：1，因此根據(jù)酪酐的濃度，需在優(yōu)化配方中添加0．8 g／L H2S04。由于鍍鉻所用陽(yáng)極是不溶陽(yáng)極，其陽(yáng)極反應(yīng)為Cr3+子的氧化和析氧。因此必須在鍍鉻液中加入cr3+保證電鍍的正常進(jìn)行，經(jīng)多次試驗(yàn)證明，采用傳統(tǒng)鍍鉻液中的cr3+度(3 g／L)可獲得高質(zhì)量的鍍鉻層。因此電鍍亮鉻的優(yōu)化配方和工藝為：鉻酐80 g／L，硫酸0．8 g／L，Cr¨3 g／L，Ce0：含量為3 g／L，電流密度為30 A／dm2，電鍍溫度為50℃，電鍍時(shí)間90 rain以上。采用Ce02獲得的亮鉻鍍層表面形貌如圖4所示，從圖4中看出，鍍鉻層均勻致密。

3  結(jié)論

    (1)ABS塑料電鍍預(yù)處理的“粗化、敏化、活化”三合一的配方及工藝參數(shù)為：鉻酐150 g／L，硫酸280 mI／L，硝酸銀7 g／L；時(shí)間30  min，溫度65℃；采用此工藝及配方預(yù)處理后即可進(jìn)行化學(xué)鍍、電鍍，所獲得的鍍層能經(jīng)得起冷熱循環(huán)測(cè)試；與傳統(tǒng)預(yù)處理工藝相比，“三合一”預(yù)處理工藝簡(jiǎn)單、易操作、溶液穩(wěn)定性好、預(yù)處理時(shí)間較短。

    (2)低鉻酸電鍍鉻的配方及工藝參數(shù)為：鉻酐80 g／L，硫酸0．8 g／L，Cr“3g／L，Ce02 3 g／L；電鍍溫度為50℃，電流密度為30 A／dm。，電鍍時(shí)間為120 min。采用上述配方和工藝條件獲得的鍍層光亮平滑，與基體的結(jié)合力優(yōu)良。與傳統(tǒng)鍍鉻工藝比較，Ce02的加人大幅度降低了鍍液中鉻酐的濃度，從而減少了對(duì)環(huán)境的污染。