汽车零件电镀技术的发展与现状

,G>:F 二元合金镀层。
进、 排气门。进、 排气门的摩擦损失约占发动机 能量损失的 !"。减少损失的措施是减小进、 排气门 的结构尺寸， 使用轻质材料。例如， 采用钛合金代替 耐热钢， 在 &’" I 高温时由于有发动机排出气体， 钛 质排气门会发生激烈的氧化，因此必须进行表面处 理， 通常采用喷钼、 盐浴炉渗氮处理。 最近， 引人注目 的处理方法是等离子体渗炭处理，该工艺对环境影 响小，表面形成的 E9( 硬化层比耐热钢盐浴炉处理 的渗氮层深 ’" !@， 硬度达到 &"" ./， 耐氧化、 耐磨 性与耐热钢气门相同， 其处理成本比盐浴炉的高。 排气筒、消声器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 1"" I以上高温废气的冲刷氧化腐蚀，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。表 1 为各种材料耐排气的性能。
收稿日期： !""!’$!’"! 作者简介： 徐关庆（ ， 汉， 浙江绍兴人， 中国汽车工程学会电镀专业委员会主任， 研究员级高工， 主要从事汽车表面处 $+&*’） 理技术的研究工作。
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徐关庆等： 汽车零件电镀技术的发展与现状
与传统活塞相比，这种活塞缩小了活塞顶面与 活塞销之间的高度， 减小了裙部的面积与壁厚， 将! 道环槽改为 " 道环槽， 而且减少了环槽的宽度， 从而 减小了系统的质量及摩擦损失。但也带来了一些负 面影响， 如系统的散热条件恶化， 易引起活塞环与环 槽之间烧损胶合， 活塞顶部产生热龟裂等。 采取的措 施是在第 # 道环槽以上部位进行硬质氧化处理。氧 化膜的硬度（ 与厚度（ 随活 !$% &’ 左右） !%()% !*） 塞排气量不同而有所不同。 起导向作用的活塞裙部， 由于面积的减小， 与缸壁的摩擦压强增大， 润滑条件 变差， 易造成振动、 噪声和摩擦损失增大。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。 现代的活塞裙部 多采用 +,、 +-. 工艺处理。 图 ! 为各种表面处理工艺与摩擦因数的关系。
表* 表面处理 铸铁 > 磷化膜 镀硬铬 喷钼 氮化处理 表面处理活塞环的性能 适用范围 第二道环 第一道环、 油环 第一道环 第一道环、 油环 第一道环、 油环 第一道环 脱皮 磨耗 对缸体的磨耗性
图+
活塞表面改性处理效果
温度升高有 #" 活塞表面受到高速微粒的冲击， 利于 +/0" 向基体扩散， 距表面 " !* 处在电镜下依 然可以观察到 +/0" 固体润滑层的存在（ 见图 $） ， 因 此具有持久的润滑效果。 无污染和不改变 $" +-. 处理工艺具有成本低、 尺寸等优点。
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摘要： 通过对部分关键汽车零件电镀技术现状及动态的分析， 指出汽车零件电镀技术应满足现代汽车高速 、 高功率、 同时应与环境保护相结合， 改变过去忽视生态环境， 单纯追求高性能、 高附加值的发 紧凑化及 ,-. 技术发展的需要； 展道路。 关键词： 汽车；零件；电镀；技术；发展；现状 中图分类号： /-$)&%& 文献标识码： 0
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注： 表格中的数字愈大， 性能愈好。
汽车工艺与材料
徐关庆等： 汽车零件电镀技术的发展与现状 表! 不同表面处理对环与缸孔的磨损比影响 顶环磨损比 缸孔磨损比 表$ 品种 各种材料耐排气性能
镀层中 # 含量对高温胶合性的影响
除上述工艺以外， 活塞环还采用 ,/C 方法涂覆 或在镀铬表面上犁沟， 并在犁沟中喷涂 (2D 或 E9D， 陶瓷。 连杆。 汽车发动机中连杆的技术进步， 表现在利 用有限元分析， 制造最合理的形状以减小自重。“ 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 技术必须确保整个电镀过程无渗氢发生，且镀层只 限于内孔。 轴瓦。 为了防止镀层中的 :F 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 ,G>:F>(H 三 元 合 金 代 替
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图%
热镀 &’ 层显微照片
图(
)*+&’ 合金层厚度与镀 &’ 时间的关系（ ,-- . ） > # >
徐关庆等： 汽车零件电镀技术的发展与现状
企业的高。国内汽车塑料件装饰电镀基本是外委加 工， 前后工序各自独立。 这种管理模式必然造成电镀 质量不稳定。 下面介绍一下电镀级塑料新品种及电镀工艺情况。 最近， 海南 +) 塑料的品质对电镀性能影响很大。 汽车试验研究所在整车强化腐蚀试验中发现，国产 塑料电镀前格栅及其他塑料电镀件， 试验 )& 个循环 即发生 ) 级腐蚀； $& 个循环发生 $ 级腐蚀； +& 个循 环镀层剥落。其他非金属制品则发生程度不同的早 期变形、 翘曲， 说明国产非金属材料的抗老化性能亟
表面处理 镀铬 复合镀 复合镀（ 加 () ）
腐蚀率 * "
备注 消 声 器 试 验 （ (42567896
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$0"(2 不锈钢 $#"(2 不锈钢
$） 阿尔西特镀铝板 （ !） 电镀锌板 （
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结果： 1=$. >0# ） 以冷轧钢板厚度 的减少为腐蚀率
在工作过程中， 镀铝板经常发生镀层发黑、 锈蚀 现象。整车耐蚀试验 1" 个循环有 ’ 级腐蚀发生， 耐 蚀性低于不锈钢。 原因是镀层中的 J7 原子在 ’"" I 以上向钢基体扩散形成黑色 K8>J7 合金层。温度愈 高， 时间愈长， 形成的 K8>J7 合金层越厚， 镀层的硬 可抑制 度升高， 耐蚀性下降。 热镀铝中加入 :9 元素， 改善加工性能， 见图 0A 图 $" 。 K8>J7 合金层的生长， 热镀铝板的使用寿命与镀层的厚度、成型工艺和工 作温度有关。 汽车排气筒、 消声器普遍存在的严重腐 蚀问题已引起各汽车厂家的高度重视，目前各种新 方法正在试验之中。
图%
表面位置 黑色部分（ 深度约 ! !*） +/0"： 金属间化合物： #8+/". 、 :;<+/! 白色部分 :; 基体： 黑白斑点部分 :; 基体：
&’() 打入活塞表面的状态
据文献介绍， 降低活塞环摩擦力 1%! ， 可降低中 低速燃料费 2!。为了适应发动机高功率化、 紧凑化 的发展趋势，尤其采用 345 所带来的严酷润滑环 境。传统的镀铬铸铁环无论是本身的强度还是耐磨 性， 都不能满足现代发动机的要求。 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 678./8-807!671 复合镀层（ 见图 图 2） 。 9、
处理前由于毛细管吸附作用， 油被 吸附在谷底部， 摩擦因数增加
图-
环表面复合镀表面形貌
镀层中增加 07!671 含量， 环的耐磨性提高， 缸套 可减少缸套 的磨损量增加。 镀层中增加 ./ 的含量， 的磨损量。镀层中增加 - 含量， 镀层的硬度和脆性
处理后表面形成油膜并保持， 抑制摩擦因数增加
增加， 可减少缸套的胶合， 见表 #(表 ! 。
汽车工艺与材料 ・ 专题综述 ・
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汽Biblioteka Baidu零件电镀技术的发展与现状
徐关庆 $， 王兴华 !
（ 吉林 $% 第一汽车集团公司 技术中心 材料部， 长春 吉林 $#""$$ ； !% 吉林省质量技术监督局 装备中心， 长春
及材料技术密切相关， 又与现代高新技术难解难分。 例如，信息时代的核心元件—— —芯片的基本制造工 艺包含镀层、 制版刻蚀、 掺杂和热处理等； 在现代热 门的纳米材料中， 01!2# 纳米膜可以利用阳极氧化法 制造，其纳米晶结构的镀层可以通过脉冲电镀方法 获得。 汽车可以说是集机械、 电器、 防腐、 装饰和材料 磨损技术为一体的高科技产品。如果不能很好地解 决汽车的防腐、 装饰和磨损问题， 很难想象汽车工业 将如何发展。电镀技术曾经为汽车工业的发展做出 巨大贡献， 但随着工业革命的进步， 电镀造成的环境 污染又给汽车工业的发展蒙上了阴影。 因此，摆在电镀工作者面前一项紧迫的任务是 改变过去忽视生态环境、 单纯追求高性能、 高附加值 的发展道路。为探索既有良好性能又与环境有较好 协调的技术发展道路， 还应该根据企业的经济环境， 制定一套切实可行的既符合国家法令，又有最合理 的“ 性价比” 的电镀技术发展方案。 只有这样， 电镀技 术才能随着汽车工业的发展而长久持续发展。下面 从表面技术的角度谈一谈电镀技术在汽车工业中的 应用情况与发展动态。
图 !" #$%&’ 合金层厚度与镀 &’ 液温度的关系
待提高。 18A 塑料是一种广泛用于电镀的塑料， 因 为该塑料中的 8 组分（ 丁二烯） 可溶于电镀的粗化 液中， 使塑料表面呈微孔状， 具有亲水性， 通过“ 纽 扣” 效应， 获得结合力良好的电镀层。因此， 18A 塑 料中 8 组分的含量、 分布形态和形状对电镀的效果 影响很大。 电镀级的 18A 塑料中 8 组分以球状均匀 分布， 含量以 )0! ,$$! 为好， 但由于 8 组分的存在 使 18A 塑料耐老化性变差。最近日本研究采 用 乙 烯5 丙烯树脂与丙烯酸酯树脂混合，取代 18A 塑料 电镀性 中的 8 组分。该塑料具有良好的注塑性能、 能及与 1"A 和 11A 塑料相同的耐候性。该塑料已 用于汽车大型零件上， 见图 )) 、 图 )$ 。
注： 试验条件为排量 $ =""A1 """ @B， 高铅汽油， 最高 转 速 全 负荷。 发生胶合面压 * +,-
冷轧钢板
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小 中 大 镀铬
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注： （ 镀铝 "%0 ? * @!， （ 双面镀锌 !"? * !" ? * @!。 $） !）
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试验条件： #% A 直列 ! 缸 1 气门发动机部分负荷运行时。 图. 各种表面处理工艺与摩擦因数的关系 图, 环表面氮化及复合镀照片
从图中不难看出， 采用高压空气喷涂 +/0" 微粉 （ 处理（ 的效果最佳， 其原因如下。 "## !*） +-.） 表面微 !" 活塞表面受到 +/0" 微粒的高速冲击， 观面貌发生变化， 形成如图 1 所示的油膜层。
%0 1 . 2( 为佳。筒状阳极的设计及镀后的抛光对质
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量都有影响。
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汽车装饰件 汽车的造型装饰及舒适性是衡量汽车制造水平
的一项重要指标。从降低汽车制造成本、 减小质量的 观点出发， 现代汽车的装饰件多采用塑料件。塑料虽 然具有质轻、 耐蚀和易加工等优点， 但装饰性、 耐候性 较差， 无法满足高档汽车装饰需要。“ 奔驰” 、 “ 宝马” 、 “ 林肯” 、 “ 红旗” 等高档轿车的塑料前格栅、 装饰条、 标 牌， 其耐候性和亮丽的外表正是通过防腐装饰性电镀 获得的。 高档汽车塑料装饰电镀件的耐蚀性、 抗热震性、 装饰性都要求极高。 大众公司 34567%$0 . 8 标准规 定： 或 9=(@> 9:!$& !(、 ;<!)& !(、 9=(/>&?0 !( （ ； 温度交变试验通过 * &?% !(） 91AA 试验通过 +0 B； 个循环，整个表面必须具有一个均匀的高度光亮的 外观，即在一个很大的装饰电镀表面不允许有一个 细小的缺陷存在。 所以说， 汽车塑料件装饰电镀是一 种最复杂的电镀工艺。从产品设计、 塑料材质、 注塑 工艺及模具工况， 到电镀工艺、 卡具工况， 每一个环 节都会影响电镀的品质。可以说汽车塑料件装饰电 镀是一项系统工程。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， 还是合格率都比国内
78 二元合金及电镀 78 处理。但上述这些电镀层已
不能满足现代发动机高速、高功率化、紧凑化及
,-. 技术发展的需要。 图 $ 、图 ! 为日本近期研制的 09(0 高硅铝合
金活塞结构及实物照片。
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电镀技术在汽车行业中的应用与发展
传动系统 活塞、活塞环和连杆是汽车发动机 # 大运动部
件，其摩擦损失约占发动机全部损失的 &"!34"! 。
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悬挂系统 减振器连杆是减振器悬挂系统关键零件。过去
减振器连杆采用普通硬铬电镀工艺，耐蚀性不能满 足要求。 目前普遍采用 !""#$% 微裂纹镀铬工艺， 镀 层 厚 度 为 $&’% !( 与 )&’* !(。 一 般 要 求 裂 纹 数 对保证减振器连杆耐蚀性及润滑性 +&&,-&& 条 . /(， 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影响， 一般控制在
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电镀技术总体发展方向与形势
电镀技术源于传统技术， 与腐蚀、 摩擦、 热处理
减小活塞、 活塞环和连杆的质量， 改善其摩擦环境， 对降低发动机振动、噪声及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、 磷化处 理， 连杆螺栓进行氧化处理， 连杆轴瓦采用电镀 56’