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电镀铝车轮镀层性能及其测试标准

放大字体  缩小字体发布日期:2012-09-12  浏览次数:1771
核心提示:以目前汽车业普遍采用的GM264M标准为例,结合国内、外电镀和车轮行业对电镀铝车轮镀层性能的要求,阐述了车轮电镀层质量评定的相关技术要求,比较了中、外相关测试标准(ASTM、GM、ISO、GB等)的异同点,为国内《电镀铝车轮》行业标准的制订提供相关的背景信息。
 

作者:陆斌 (南京华舜轮毂有限公司,江苏南京 210031)

摘 要:以目前汽车业普遍采用的GM264M标准为例,结合国内、外电镀和车轮行业对电镀铝车轮镀层性能的要求,阐述了车轮电镀层质量评定的相关技术要求,比较了中、外相关测试标准(ASTM、GM、ISO、GB等)的异同点,为国内《电镀铝车轮》行业标准的制订提供相关的背景信息。

关键词:铝车轮;电镀;性能;测试;标准

中图分类号:TQ153.1 文献标志码:A

文章编号:1004 – 227X (2010) 03 – 0001 – 05

1 前言

铝车轮电镀最早兴起于美国,轻质铝材料与装饰铬外观得到了完美结合,高档汽车配上电镀车轮显得华丽且与众不同。随着人们生活水平及品味的提升,电镀铝车轮一度呈现出巨大的市场前景,在欧洲、日本、韩国、美国等发达国家和地区成为了一种时尚。自1997年中国第一条汽车铝车轮电镀自动生产线在秦皇岛“佳和”公司成功投产以来,目前国内已有几十条高起点、高技术的同类电镀线相继投产[1],产品起步阶段直接与世界发达经济和先进技术接轨,国内的电镀铝车轮几乎全部出口到以美国为主的国际市场,质量标准也采用GM264M[2]等工程规范。然而,无论是中国的车轮行业还是电镀行业,至今尚未形成国内的电镀铝车轮行业标准。为此,本文提供一些相关的背景信息,可资参考。

2 外观要求

作为汽车装饰件的电镀铝车轮,其外观要求尤为重要,常见的外观不良包括:针孔,麻点,起瘤,起皮,起泡,脱落,阴阳面,斑点,烧焦,暗影,树枝状和海绵状沉积层,以及应当镀覆而没有镀覆的部位(俗称“漏底”)等。镀层的表面检查是最基本、最常用的检验,外观不合格的镀件就无需进行其他项目的测试。检验时在要求的光照度(900 ~ 1 200 lx)下,进行100%的目视观察(全检)。不同的区域(如图1)对各类缺陷有等级不同的允许接受准则(如GM9591083《轮胎车轮系统铝车轮外观标准》),电镀铝车轮经外观检验后可分为合格品、返工/返修品(有缺陷)和废品(须退镀)3类。

3 镀层性能要求

不同的顾客对电镀铝车轮的镀层性能有不完全一致的测试项目

 

1)A:安美特(中国)化学有限公司广州技术中心(实验室认可证书No. CNAS L2382)[3];

2)B:中信戴卡轮毂制造有限公司试验中心(实验室认可证书No. CNAS L3306)[4];

3)C:美国通用汽车公司工程标准GM264M《镀铬铝轮毂和铝轮毂装饰》(2004年11月第D版)。

3. 1 镀层结合力

镀层结合力是指镀层与基体金属的结合强度,即单位面积的镀层从基体金属上剥离所需要的力。镀层结合力不好,多数原因是镀前处理不良所致;另外,镀液成分与工艺规范不当或基体金属与镀层金属的热膨胀系数悬殊,均对镀层结合力有明显影响。

评定镀层与基体金属结合力通常采用定性测量法,它以镀层金属和基体金属的物理机械性能不同为基础,即当试样经受不均匀变形、热应力和外力的直接作用后,检查镀层是否有结合不良的现象。

3. 1. 1 镀层附着力试验

按ASTM B 571标准的要求进行镀层附着力试验(通常包括锉刀试验、磨锯试验、划线划格试验等)时,铜–镍–铬复合镀层不能起皮、剥落。

3. 1. 2 反向锯刀试验

按GM264M附录A的规定进行反向锯刀试验时,镀层与底材以及镀层之间不允许有翘起或剥落。

3. 1. 3 热循环试验(TCT)

GM264M中规定电镀铝车轮必须通过热循环试验,试验按下列步骤进行:

步骤1──CASS试验至少66 h;

步骤2──(−30 ± 1.5) °C,1 h;

步骤3──(25 ± 5) °C,15 min;

步骤4──(85 ± 1.5) °C,1 h(车轮置于具有空气循环的烤箱内);

步骤5──(25 ± 5) °C,15 min;

步骤6──步骤2至步骤5组成一个热循环,重复3次热循环,即总共做4个循环,每个循环后均需检验车轮,车轮必须无变形、龟裂、起泡、丝状裂纹,要求镀层与底材的结合力以及各镀层之间的结合力良好。

3. 2 镀层厚度

GM4260P中规定的镀层厚度测量方法有破坏检测法与非破坏检测法两类,其中破坏检测法有金相显微法(ASTM B 487)、干涉测量法、质量–面积法、电化学法(ASTM B 504)等多种方法,非破坏检测法有磁性法、涡流法、X射线光谱法(ASTM B 568)等等。测量时至少应在有代表性的部位(图1中的区域A和B)测量3个以上厚度,计算其平均值作为厚度测量结果。电镀铝车轮A、B区域的镀层厚度不得低于如下要求:铬层厚度≥0.25 μm,镍层厚度≥40 μm,铜层厚度≥15 μm,镀层总厚度≥50 μm。

3. 3 镀层的耐盐雾性

电镀铝车轮的耐盐雾性是指镀层对盐雾侵蚀的抵抗能力。作为耐腐蚀试验之一的耐盐雾试验方法,包括中性盐雾(NSS)试验、醋酸盐雾(ASS)试验和铜加速醋酸盐雾(CASS)试验。中性盐雾试验被认为是评定与海洋气氛关系密切的材料其有关性质的最有效方法;而醋酸盐雾试验和铜加速醋酸盐雾试验这两种方法被认为更适于钢或锌基压铸件上的装饰性镀铬、镉以及化学处理的铝上的磷化或阳极氧化等。所以GM264M中的3.2.1规定“电镀车轮必须按ASTM B 368标准进行CASS试验(铜加速的醋酸盐雾试验),且66 h后在指定表面(图1中的区域A和B)不允许有腐蚀现象”;而对于次要表面(图1中的区域C、D和E),则规定“在66 h的CASS试验后,按GM9102P所要求的,在空气吹干后表面不允许有划痕、剥离、剥落和大于1 mm的小泡”。

3. 4 多层电镀镍的厚度和电位差

ASTM B 764《多层镍镀层中单层的同步厚度和电化学电势测定方法(STEP试验)》是对覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法(ISO 2177)的改进,也叫阳极溶解或电化学退镀法。试验所得到的数据显示于如图2所示的记录图上,此图是以镍层厚度(退镀时间)为X轴,以镍层的毫伏值(电位)为Y轴的标绘图。各层的厚度(或时间差)在曲线上逐级阶或分段测定,而电化学电位差则由Y轴上曲线幅度的变化来确定。

从图2可以看出,曲线有一小的分段或级阶发生于镍层厚度约3 μm处,然后在厚度约14 μm处出现较大的级阶,最后在约36 μm处出现大的电位变化。曲线的第一部分代表厚度为3 μm的闪镀镍,其后为11 μm

厚的光亮镍和22 μm厚的半光亮镍。从半光亮镍层的毫伏读数中减去光亮镍层的毫伏读数便可得到两者之间的电化学电位差。图2中,光亮镍730 mV,半光亮镍875 mV,两者的差值为145 mV,即光亮镍比半光亮镍负145 mV。

3. 5 镀层孔隙率的测定

镀层的孔隙是指从镀层表面直达基体金属的细小孔道,孔隙的大小影响镀层的防护能力。GM264M要求腐蚀试验后应根据ASTM B 456规定的两种方法测定不连续铬镀层单位面积上镍封颗粒数:

(1) 用Dubpernell镀铜的方法测定镀铬层中不连续点的数目(ASTM B 456附件X4),要求微孔数应有10 000个/cm2。

(2) 在腐蚀试验后测定活化点的数目(ASTM B 456附件X5),要求活化点的数目为2 000个/cm2。

允许在CASS试验后和测试活化点前脱去铬镀层。

3. 6 镀层内应力的测定

电镀后,镀层产生的内应力使阴极薄片向阳极弯曲(张应力)或背向阳极弯曲(压应力)。一般来说,镀层总是有内应力的,它的存在将影响镀层的性能。比如,镀层应力较高会导致细薄柔软的被镀制件(或铸件本身)变形;而对于粗厚、不易变形的制件,则会造成镀层裂纹、起泡、剥落等现象。在外力作用下,镀层的内应力还会降低制件的抗疲劳强度和加速应力腐蚀断裂,这些都直接影响产品的质量。镀层内应力的测定采用ASTM B 636推荐的螺旋计法。试验测得电镀铝车轮的铜和镍镀层的宏观内应力不大,一般在±100 MPa范围内[5]。

3. 7 镀层延展性的测定

镀层延展性是指金属或其他材料受到外力作用不发生裂纹所表现的弹性或塑性形变的能力。电镀铝车轮复合镀镍层的每一镀镍层应符合ASTM B 490的测试标准。在沿一规定直径(f11.5 mm ± 0.1 mm)的圆轴上弯曲已镀镍层的试样,使之达到8%的最小延伸率,试样表面完全没有裂纹,则其延展性可判为合格。

3. 8 镀层显微硬度的测定

镀层硬度是指镀层对外力所引起的局部表面变形的抵抗强度。硬度是镀层的重要机械性能之一,镀层的硬度取决于镀层金属的结晶组织。为了消除基体材料对镀层的影响和镀层厚度对压痕尺寸的限制,一般用显微硬度法,即采用显微硬度计上特制的金刚石压头,在一定静负荷的作用下,压入试样的镀层表面或剖面,获得相应正方角锥体压痕,然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定倍率,测量其压痕对角线长度。金刚石压头形式不同,所得显微硬度值也就不同。我国采用正方锥体形的压头,所得到的是维氏显微硬度值(HV),它与所加载荷的大小无关。当客户对电镀铝车轮的镀层显微硬度有要求时,可按GB/T 9790(neq ISO 4516)给出的方法进行测量。

3. 9 电镀试片大气暴露试验评定

针对电镀铝车轮镀层质量的评定,除了用以上人工模拟车轮使用时的条件进行试验或选择性地测定某些关键性能(如镀层厚度、孔隙率等)外,还有一种让其镀件在使用条件下进行的实效考核,即大气暴露条件下的腐蚀试验。这是一种最准确的方法,其测得的耐腐蚀数据,能评价大气环境下和给定实验室条件下试验结果的相关性,如ASTM B 537提供了与基体金属腐蚀相关的保护评级(RP)──用数字描述覆盖层保

护基体金属免遭腐蚀的能力,和与覆盖层破坏相关的外观评级(RA)──用字母和数字描述试样的全部外观(包括由腐蚀试验或外观引起的所有破坏)。

大气暴露试验虽然能真实地反映各种环境因素对电镀铝车轮的影响,但试验周期很长,气候条件也有不稳定的情况,一般需要几年甚至更长的时间。现在一般采用人工气候加速老化试验(如SAE J1960《使用辐照度受控的水冷型氙弧灯装置进行汽车外装饰材料的加速老化试验》),这样就可以在较短的时间内获得试验结果,且试验条件可以严格控制,试验的重复性和再现性也较好[6]。

4 中、外有关镀层性能的测试标准

我国的汽车工业发展与先进工业国家相比差距较大,目前像电镀铝车轮这样以出口为主的产品,其镀层性能评价的国内标准却很不完善,基本上均参照国外合作厂商的标准(如GM、ASTM等)进行试验,各种标准也很不统一,在实际执行中造成了一些资源浪费。但可喜的是,近几年来我国的推荐性标准(GB/T)已开始等同(IDT)或等效(EQV)采用了许多ISO标准,以弥补自身的不足,表2列出了一些电镀铝车轮镀层性能的中、外标准,这些将成为未来国内制定《电镀铝车轮》标准的基础。

 

5 结语

电镀铝车轮标准是评价电镀铝车轮技术水平和产品质量的依据,是车轮生产企业和电镀厂家组织电镀铝车轮生产的规范,也是国内外贸易中签订合同、交货验收及仲裁质量异议的技术准则,直接关系到我国车轮生产企业、电镀厂家及车辆用户的经济利益、技术进步和汽车运输的安全。因此,建议国内的车轮行业或电镀行业在消化吸收国外先进标准的同时,结合我国的生产状况和市场要求,尽早制订国内的《电镀铝车轮》行业标准,积极适时地与国际市场接轨。

参考文献:

[1] 陈瑞琼, 邢文长. 浅谈汽车铝轮毂电镀[J]. 汽车工艺与材料, 2003 (11): 31-32.

[2] General Motors North America. GMNA GM264M Chromium Plated Aluminum Wheels and Aluminum Wheel Metal Trim [S].

[3] 中国合格评定国家认可委员会. ISO/IEC 17025实验室认可证书附件(No. CNAS L2382)[Z/OL]. [2009-09-18]. http://219.238.178.49/FileServer/ Attach/L02916.doc.

[4] 中国合格评定国家认可委员会. ISO/IEC 17025实验室认可证书附件(No. CNAS L3306)[Z/OL]. [2009-04-30]. http://219.238.178.49/FileServer/ Attach/L03950.doc.

[5] 满红娜. 电镀层内应力的产生和消除方法[J]. 电镀与环保, 2009, 29 (3): 17-19.

[6] 梁星才. 材料和产品大气暴露与人工加速试验相关性的探讨意见(下)[J]. 环境技术, 2001 (5): 19-23, 40.

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