电镀技术在现代汽车中的应用

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电镀技术在现代汽车中的应用

    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咬合，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　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。　　
    -排气筒、消音器　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。   
-减振器连杆 过去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　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。　　
-电镀级塑料新品种　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。工艺介绍FUTUROU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。
    -防腐性电镀 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。镁合金表面处理工艺镁合金由于质量轻，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。

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