电镀技术在汽车业的发展

姚子君

电镀技术在现代汽车的应用
活塞、活塞环、连杆
活塞、活塞环、连杆是汽车发动机三大运动部件，其摩擦损失约占发动机全部损失的40~50%。减轻活塞、活塞环、连杆的重量，改善其摩擦环境，对降低发动机振动、噪音、减少油耗都有巨大的意义。以往的活塞不进行任何表面处理或只是进行化学浸锡（形成初期磨合层）；活塞环采用镀铬、磷化；连杆只有连杆螺栓进行氧化处理；连杆上的轴瓦采用电镀Pb―Sn二元合金及电镀Sn处理。这些电镀层已不能满足现代发动机高速、高功率化、紧凑化及EGR技术发展的需要。
活塞
日本近期研制的AC8A高硅铝合金活塞，与传统活塞相比，这种活塞缩短了活塞顶面与连杆销之间的高度，减少了围裙的面积与壁厚，将三道环槽改为二道环槽，而且减少了环槽的宽度，从而减轻了系统的重量，减少了摩擦损失。然而也带来了一些负面影响：系统的散热条件恶化，易引起活塞环与环槽之间烧损胶合，活塞顶部产生热龟裂；起导向作用的活塞围裙，由于面积的缩小，与缸壁的摩擦压力增大，润滑条件变差，易造成振动、噪音、摩擦损失增大。传统的镀锡工艺，对初期磨合有着很大的作用，但镀锡层很快就磨没了，不能长久改善摩擦环境。采取的对策：
*在第一道环槽以上部位进行硬质氧化处理。氧化膜的硬度与厚度根据活塞排气量不同有所不同，一般为30～90µm、HV350左右；
*活塞围裙多采用MD、MPC工艺处理。采用高压空气喷涂MoS2微粉（ø11µ）处理(MPC)的效果最佳。其原因包括：活塞表面受到MoS2微粒的高速冲击，表面微观面貌发生变化，形成油膜层；活塞表面受到高速微粒的冲击，温度升高有利于MoS2向基体扩散，因此具有持久的润滑效果；该处理工艺还具有成本低、无污染、不改变尺寸等优点。
活塞环表面处理
文献介绍降低活塞环摩擦力40％，即可降低中低速燃料费7％。现代发动机的第一道环多采用高强度不锈钢，表面进行氮化热处理，继而再镀上一薄层Ni-Co-P-Si3Ni4复合镀层。镀层中增加Si3Ni4含量，环的耐磨性提高，对缸套的磨损量增加；镀层中增加Co含量，可减少对缸套的磨损量；镀层中增加P含量，镀层的硬度和脆性增加，可减少对缸套的胶合。此外，活塞环还可以采用PVD方法涂复CrN或TiN，或在镀铬表面上犁沟，在沟中喷涂陶瓷工艺。
连杆
  M6 t) X2 g9 d5 U1 A& {  U+ J一汽二发厂根据美国技术标准，在生产中利用电镀技术（修复镀铜）修复内孔加工尺寸超差的连杆。这种修复镀铜必须使用氰化物镀液，且镀层只限于内孔，整个电镀过程必须确保无渗氢发生。
轴瓦
为了防止镀层中的Sn向基体热扩散形成脆性相，在大功率发动机的轴瓦上，需要在基体上加镀一层镍栅，采用电镀Pb―Sn―Cu三元合金代替Pb―Sn二元合金镀层。
进、排气阀
进、排气阀的摩擦损失约占发动机能量损失的2%。减少损失的措施：缩小进、排气阀的结构尺寸，使用轻质材料。例如采用钛合金代替耐热钢。工作在750°C高温下，又有发动机排出气体中鳞屑的摩擦，钛质排气阀会发生激烈的氧化，必须进行表面处理，通常采用喷钼、盐浴炉渗氮处理。最近引人注目的处理方法为等离子体渗炭处理，该工艺对环境影响小，表面形成的TiC硬化层比耐热钢盐浴炉处理的渗氮层深50µm，硬度达到HV700，耐氧化、耐磨性与耐热钢气阀一样，处理成本比盐浴炉处理贵一些。
+ f3 ]4 @" @- I, C. i4 G排气筒、消音器
$ t$ y" b' b( M$ Z9 V$ O8 J安装在汽车底盘部位的排气系统既受到路面泥浆、砂石的冲击等环境腐蚀，又要经受400°C以上高温废气的冲刷和氧化腐蚀，工作环境十分恶劣。排气系统的材料多选用不锈钢、热镀铝板。在工作使用过程中，镀铝板经常发生镀层发黑、锈蚀现象。整车耐蚀试验40个循环有5级腐蚀发生，耐蚀性不及不锈钢。热镀铝中加入硅元素，可抑制铁铝合金层的生长，改善加工性能。热镀铝板的使用寿命，与镀层的厚度、成型工艺、工作温度有关。
9 h6 o3 Z4 `% G1 i8 X. U减振器连杆
过去减振器连杆采用电镀普通硬铬工艺，耐蚀性不能满足要求。目前普遍采用HEEF25微裂纹镀铬工艺，镀层厚度有20±5µ；与10±3µ不同规格，一般要求裂纹数400～600条/厘米，对保证减振器连杆耐蚀性及润滑性有积极的作用。该工艺中电流密度对镀铬层的微裂纹数、裂纹形态及渗氢量都有明显关系。一般控制在58A/dm2为佳。筒状阳极的设计及镀后的抛光对质量都有影响。
汽车装饰件
  J2 X. _- f' W现代汽车的装饰件多采用塑料件。高档汽车塑料装饰电镀件要求的耐蚀性、抗热振性、装饰性都是极高的。大众公司TL―VW528/B标准规定：Cu≥20µm，Ni≥10µm，Crmc=0.8µm或Crmp=0.5µm；通过CASS试验48h；温度交变试验通过3个循环；整个表面必须具有一个均匀的高度光亮的外观，即在偌大的装饰电镀表面不允许有一个细小的缺陷存在。汽车塑料件装饰电镀是一项系统工程，从产品的设计、使用塑料的材质、注塑工艺及模具的工况到电镀工艺、卡具的工况等每个环节都会影响电镀的品质。国外企业十分注重塑料件装饰电镀的系统管理，加之设备自动化程度高、管理水平先进，因此无论是电镀的品质，还是及格率都比国内企业高。国内汽车塑料件装饰电镀基本是外委加工，前后工序各自为政，这种管理模式必然造成电镀质量不稳定。
) t; G  e+ n( ]8 Q5 {+ L* N$ k电镀级塑料新品种
: d* X' T5 j( }% B( \  ]# Z( x3 \塑料的品质对电镀性能影响很大，有些塑料根本不能电镀，有些与镀层的结合力很差；有些耐老化性差在使用中变形，造成镀层起泡、剥落。ABS塑料是一种广泛用于电镀的塑料，因为ABS塑料中的B组分（丁二烯）可溶于电镀的粗化液中，使塑料表面呈微孔状，具有亲水性，通过“钮扣”效应，获得结合力良好的电镀层。然而B组分的含量、分布形态、形状，对ABS电镀的效果影响很大。日本最近研究用乙烯―丙烯树脂与丙烯酸酯树脂混用，取代ABS塑料中的B组分。该塑料具有良好的注塑性能、电镀性能及与AES和AAS塑料相同的耐候性，已用于汽车大型零件上。
电镀工艺
' l( q; e5 l9 b/ k; @3 r9 W8 l# CFUTUROU工艺
目前汽车塑料件电镀多采用FUTUROU工艺，例如上海延锋内饰件公司即采用该项工艺电镀桑塔纳轿车的塑料电镀件，其最大的优点是：省去化学镀工艺，使体系的稳定性提高。由于FUTUROU工艺采用锡置换铜形成的导电膜，膜层厚比化学镀膜薄很多，减少了导电膜中杂质的夹杂，提高了镀膜的装饰性，但生产成本要比常规塑料工艺贵些。
; l# ?4 J8 N  L+ J防腐性电镀
% `8 d/ f) h% w在汽车零件防腐性电镀领域中，一批防腐性能更高，对环境污染小的新工艺，如达克罗、Zn―Ni、Zn―Fe、Zn―Co合金等电镀技术，开始进入汽车零件防腐性电镀领域，而且有不断扩大的趋势。奔驰、宝马、林肯、红旗等高档轿车的塑料前格栅、装饰条、标牌等饰件耐候、亮丽的外表是通过防腐装饰性电镀获得的。但是，目前国内外汽车零件防腐性电镀领域中，镀锌工艺依然是主体，其主要原因是新工艺的生产管理比较复杂，成本较高。国外最近开始研究的电镀Zn―Mn合金工艺，Zn―Mn合金镀层无须钝化即有良好的耐蚀性，对改善环境污染，提高镀锌质量很有意义。
目前，一汽集团正在做改进防腐性电镀工艺的工作，并已取得实验室成果：研制开发的工艺（正在申报国家发明专利）具有较好的环境适应性、良好的深镀能力，镀层光亮，（样片）耐蚀性通过NSS试验白色腐蚀时间480小时；通过120°C X1H热冲击后NSS试验白色腐蚀时间180小时；初步估算成本基本与镀锌持平。
镁合金表面处理工艺
9 `0 x+ H0 X3 v$ f1 D镁合金由于质量轻，比强度大等优点，最近在汽车行业的应用发展迅速。但镁合金化学性质活泼，易氧化腐蚀，必须进行表面处理。
2 I: I) R" D" \8 I/ P4 [对中国汽车电镀专业近期发展工作的设想
摆在中国电镀工作者面前的一项紧迫任务是，改变过去忽视生态环境，单纯追求高性能、高附加值的发展道路；要根据企业的经济环境，制定一套切实可行、最合理的性价比的电镀技术发展方案。建议包括：
. Y; `; p. E4 r, e3 l. }*尽快建立汽车行业电镀专业信息平台，为汽车产品表面处理设计提供依据；
+ S, X: K' e  }  t*建立汽车零件电镀质量用户信息（包括设计试验产品、生产产品）反馈档案。及时对反馈信息作出技术分析，提出改进建议或立题研究；
! [& V' E8 c7 S% ~6 q6 P, E' L*重视无公害电镀的研究与应用；
1 X& ~( e: w+ e3 ?" ]*重点研究1～2项确对汽车产品性能有较大影响的电镀工艺。利用国外技术的引进、吸收、推广工作，使国内汽车产品的表面处理质量与国际接轨。
0 b, o5 z" f2 p  ~/ \! P6 H- D6 s文章关键词： 电镀