一種復(fù)合鋅合金鍍膜工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合鋅合金真空鍍膜方法，屬于表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，依次包括基材表面預(yù)處理、表面噴涂及固化、真空鍍膜、熱固化涂料噴涂及固化的步驟，其中真空鍍膜包括磁控濺射鍍鎳，磁控濺射離子鍍混合鍍鎳鉻，陰極電弧離子鍍鉻。本發(fā)明省去了繁重的拋光工序，簡(jiǎn)化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；其次采用磁控濺射離子鍍混合鍍膜技術(shù)，所得制品膜層致密度高、金屬感強(qiáng)；再次，由于金屬層及金屬混合鍍層的制備在同一真空爐里進(jìn)行，易于操作，保證了膜層良好的結(jié)合力，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
【專利說明】一種復(fù)合鋅合金鍍膜工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合鋅合金真空鍍膜工藝，屬于材料表面【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋅合金以其優(yōu)良的特性，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、建筑、機(jī)械設(shè)備、橋梁、車輛、船舶、家庭用具、電子設(shè)備等各個(gè)方面，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色。隨著鋅合金應(yīng)用的發(fā)展，其表面處理技術(shù)也相應(yīng)地處于高速增長(zhǎng)期，使得鋁合金、鋅合金表面處理技術(shù)的要求也越來越高。多年來,普通電鍍鋅合金的生產(chǎn)技術(shù)已趨成熟,有著很高的表面質(zhì)量,具有優(yōu)良的裝飾性，耐磨性，耐腐蝕性。
[0003]目前鋅合金的電鍍工藝為濕法電鍍:毛還-檢驗(yàn)-除油-清洗-除臘-二次清洗-干燥-整理-裝掛件-清洗-堿腐蝕-二次清洗-酸腐蝕-二次清洗-浸三元鍍覆層-退鍍覆層-二次清洗-再浸三元鍍覆層-二次清洗_(鍍堿性醮銅)或預(yù)鍍暗鎳-回收-二次清洗-酸活化-清洗-酸性光亮鍍銅-清洗-浸酸活化-光亮鍍鎳-清洗-活化-鍍鉻-回收-二次清洗-拆掛具-清洗-干燥-檢驗(yàn)包裝。這種濕法電鍍工藝
[0004]存在諸多不可克服的問題:
[0005](I)電鍍廢液中含有一定量的有毒有害物質(zhì)，尤其是氰化物和六價(jià)鉻，需要進(jìn)行三廢處理，其處理過程復(fù)雜，處理成本高，而且仍不能完全的杜絕環(huán)境污染；
[0006](2)使用三元鍍覆層即“銅/鎳/鉻”層需要消耗大量的銅、鎳、鉻等貴重金屬；(3)能耗大，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本高；
[0007](4)生產(chǎn)條件較差，對(duì)工人身體健康有一定的影響。
[0008]因此，現(xiàn)有的鋅合金的電鍍工藝已不能滿足環(huán)境，節(jié)能，節(jié)水等因素的需求，急需開發(fā)一種既環(huán)保，使用性能良好，又具有節(jié)能，節(jié)水，節(jié)材，簡(jiǎn)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率的新型生產(chǎn)方法。
[0009]真空鍍膜是一種新型清潔生產(chǎn)方法，它是在密閉的真空爐里，通過蒸發(fā)、濺射、多弧離子鍍膜等方法，將金屬、化合物或其他鍍膜材料沉積到基材表面，形成一層或多層薄膜的加工技術(shù)。作為防護(hù)裝飾鍍層，鋅合金在大氣環(huán)境中呈鈍態(tài)，所以傳統(tǒng)的黑色金屬表面處理技術(shù)在其表面的附著力不佳，難以達(dá)到滿意的保護(hù)效果在真空鍍膜之前后，通常要用有機(jī)涂料進(jìn)行底涂和面涂，形成“有機(jī)涂層/真空鍍層/有機(jī)涂層”的復(fù)合鍍層。
[0010]和磁控濺射鍍鋁、聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料噴涂及固化步驟，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的電鍍制品，簡(jiǎn)化了工藝流程、提高了生產(chǎn)效率、減少了對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)能、節(jié)水并改善了勞動(dòng)條件，但由于鉻鍍具有多孔性，使得真空鍍鉻往往耐蝕性比較差，且與鍍鋁時(shí)的結(jié)合不好，從而影響最終制品品質(zhì)，而且本發(fā)明需要繁瑣的研磨等工序，生產(chǎn)效率相對(duì)較低下。
[0011]本發(fā)明在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化而來，目的是提供一種工序更簡(jiǎn)單，成本低、膜層鍍敷性好、致密性高的適用于鋅合金的復(fù)合真空鍍膜方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的:一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:依次包括以下步驟:
[0013](I)對(duì)基材表面進(jìn)行預(yù)處理:用金剛砂將基材拋平后，使用除油劑在50°C、70°C下，對(duì)基材表面進(jìn)行除油，再用水清洗干凈后烘干；
[0014](2)表面噴涂及固化:采用靜電噴涂法將經(jīng)過前處理的工件噴底粉，然后去桔皮、噴介質(zhì)漆，在180°C _220°C溫度下固化20-30min后烘干；
[0015](3)真空鍍膜:在兼有真空陰極電弧離子鍍和磁控濺射鍍兩種鍍膜方式的真空設(shè)備中，采用先磁控濺射鍍鎳，再磁控濺射離子鍍混合鍍鎳鉻，最后用陰極電弧離子鍍鉻；
[0016](4)熱固化涂料噴涂及固化:先靜電除塵，采用空氣噴涂法噴涂，再在150°C、170°C范圍內(nèi)固化20-30min，最后烘干。
[0017]上述步驟(2)中的靜電噴涂法即在噴槍頭部接高壓負(fù)極，被涂鋁合金基材接地為正極，鋁合金基材與噴槍電極之間施加高壓直流電，形成強(qiáng)大的靜電場(chǎng)。底粉微粒所受到的電場(chǎng)力與靜電場(chǎng)的電壓和涂料微粒的帶電量成正比，而與噴槍和工件間的距離成反比，當(dāng)電壓足夠高時(shí)，噴槍端部附近區(qū)域形成空氣電離區(qū)，空氣激烈地離子化和發(fā)熱，使噴槍端部銳邊或極針周圍形成一個(gè)暗紅色的暈圈，在黑暗中能明顯看見，這是空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電。底粉經(jīng)噴嘴霧化后噴出，被霧化的微粒通過槍口的極針或噴盤、噴杯的邊緣時(shí)因接觸而帶電，當(dāng)經(jīng)過電暈放電所產(chǎn)生的氣體電離區(qū)時(shí)，將再一次增加其表面電荷密度。這些帶負(fù)電荷的微粒的靜電場(chǎng)作用下，向基材表面運(yùn)動(dòng)，并被沉積在基材表面上形成均勻的涂膜。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述基材為鋁合金或鋅合金。
[0019]作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述除油劑由堿金屬鹽和/或堿金屬堿及表面活性劑組成，進(jìn)一步地，所述除油劑由堿金屬鹽、堿金屬堿及表面活性劑組成，其中堿金屬鹽為30-60g/L，堿金屬堿為l_2g/L，表面活性劑為l-2g/L。該除油劑能有效除去基材表面的油污，為下一步表面噴涂及固化做好準(zhǔn)備，有利于表`面噴涂物的附著。
[0020]作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述步驟⑴中的堿金屬鹽為Na2CO3、K2CO3、Na3P04、K3PO4中的一種或多種；表面活性劑為十二烷基硫酸鈉和/或脂肪酸二乙醇酰胺，可以有效清除基材表面的油污。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述步驟(2)中的底粉是聚酯粉和環(huán)氧樹脂共聚涂料，采用耐高溫的聚酯粉和環(huán)氧樹脂共聚涂料作為底粉，涂料易回收、污染小，其與鋁合金或鋅合金基材結(jié)合牢固，且有利于復(fù)合真空鍍膜。
[0022]本發(fā)明上述步驟(2)具體為:將基材掛入真空設(shè)備的工件架上，并控制工件架與抽真空靶的距離為150mm、200mm，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.0X 10_3Pa后，開啟節(jié)流閥，工件架以3r/min-6r/min的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，然后充入工作氣體氬氣，使真空度維持在
0.15Pa-0.25Pa，然后開啟磁控濺射電源在電壓為450V、550V，電流為20A、30A下，靶數(shù)I塊，鍍鎳Imin-2min，再開啟電弧離子電源，控制電壓為15V-25V，電流為60A-80A，靶數(shù)6塊，鍍鉻3min-5min,然后關(guān)閉磁控派射電源,讓電弧離子鍍鉻lmin_2min。
[0023]鉻是一種具有銀白色光澤的金屬，無毒，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，有延展性，含雜質(zhì)時(shí)硬而脆，它是重要的戰(zhàn)略物資之一，由于具有質(zhì)硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，在冶金工業(yè)、耐火材料和化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。真空鍍鉻層是一種更好的防護(hù)一裝飾鍍層，本發(fā)明選擇復(fù)合真空鍍膜，膜層鍍敷性好。我們選用先磁控濺射鍍鎳，其與底粉具有較好的結(jié)合，再磁控濺射離子鍍混合鍍鎳鉻，最后用陰極電弧離子鍍鉻，可獲得具有良好的金屬光澤和致密性更好的鍍層。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述復(fù)合真空鍍膜層厚度為0.2 μ m-1.0 μ m。所述步驟⑷中的空氣噴涂法噴涂壓力為0.2MPa-0.5MPa，噴涂厚度為10μπι-15μπι?？諝鈬娡渴悄壳坝推嵬垦b施工中采用得比較廣泛的一種涂飾工藝。它是利用壓縮空氣的氣流，流過噴槍噴嘴孔形成負(fù)壓，負(fù)壓使漆料從吸管吸入，經(jīng)噴嘴噴出，形成漆霧，漆霧噴身到被涂飾零部件表面上形成均勻的漆膜?？諝鈬娡靠梢援a(chǎn)生均勻的漆，涂層細(xì)膩光滑；對(duì)于零部件的較隱蔽部件(如縫隙、凹凸)，也可均勻地噴涂。
[0025]丙烯酸酯一異氰酸酯熱固化涂料噴涂及固化:先靜電除塵，再采用空氣噴涂法噴涂工件，壓力為0.3MPa、0.4MPa，噴嘴口徑為1.0mmU.5mm，噴涂厚度為10μπι-15μπι。固化溫度為150°C _170°C，時(shí)間為20-30min，烘干。
[0026]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0027]1、采用磁控濺射離子鍍混合鍍膜技術(shù)，獲得了膜層致密度高，表面亮白色，金屬感強(qiáng)，具有良好的物理性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的電鍍鋁合金/鋅合金制品，由于采用真空干法鍍?nèi)〈鷤鹘y(tǒng)的濕法電鍍，表面的金屬層通過真空鍍膜的方法沉積，避免了六價(jià)鉻等有毒金屬物質(zhì)的出現(xiàn)，減少了對(duì)環(huán)境的污染，顯著降低了能耗、水耗及貴重金屬的消耗。
[0028]2、本發(fā)明由于油漆的流平作用，省去了繁重的拋光工序，大大降低了成本，簡(jiǎn)化了工藝，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
[0029]3、由于金屬層 及金屬混合鍍層的制備在同一真空爐里進(jìn)行，易于操作，同時(shí)避免了額外的工序，保證了膜層良好的結(jié)合力，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
實(shí)施例
[0030]實(shí)施例1
[0031]—種復(fù)合真空鍍膜方法，以產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)120mmX寬80mmX厚8mm的招合金片為例說明如下:
[0032](I)對(duì)鋁合金片的表面進(jìn)行預(yù)處理:采用布輪上涂覆牛皮膠蘸取280#金剛砂將鋁片基本拋平后，使用除油劑進(jìn)行除油，除油劑可以為堿金屬鹽、表面活性劑，也可以為堿金屬堿和表面活性劑,還可以為堿金屬鹽、堿金屬堿及表面活性劑,本實(shí)施例使用堿金屬鹽、堿金屬堿及表面活性劑即Na2CO3:30glL, Na3PO4:30glL, NaOH:lglL，表面十二烷基硫酸鈉:lg/L，在70°C下除油后再用水清洗干凈，最后烘干；
[0033](2)表面噴涂及固化:采用靜電噴涂法將經(jīng)過前處理的工件噴聚酯粉和環(huán)氧樹脂共涂料作為底粉)，厚度為60 μ m,去桔皮，噴介質(zhì)漆，在180°C固化溫度下固化20min后烘干;
[0034](3)復(fù)合真空鍍膜:在兼有真空陰極電弧離子鍍和磁控濺射鍍兩種鍍膜方式的真空設(shè)備中，采用先磁控濺射鍍鎳，再磁控濺射離子鍍混合鍍鎳鉻，最后用陰極電弧離子鍍鉻；具體的步驟為:
[0035]把鋁合金片掛入真空爐中，靶/基距為150mm ；
[0036]預(yù)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.0X 10-3Pa后,節(jié)流閥開，工件架以6r/min的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，充入工作氣體氬氣，將真空度維持在0.15Pa，先開啟磁控濺射電源，電壓為500V，電流為30A，靶數(shù)I塊，靶材為鎳靶，鍍膜時(shí)間為2min，再開電弧離子電源，電壓為15V，電流為60A，靶數(shù)6塊，靶材為鉻靶，鍍膜時(shí)間為5min，然后關(guān)閉磁控濺射電源，讓電弧離子鍍鉻Imin。鍍膜完成后鍍層厚度為0.2 ii m ;
[0037](4)丙烯酸酯一異氰酸酯熱固化涂料噴涂及固化:先靜電除塵，再采用空氣噴涂法噴涂工件，壓力為0.2MPa，噴嘴口徑為1.0mm，噴涂厚度為10 ym，固化溫度為150°C，時(shí)間為20min,烘干。
[0038]經(jīng)上述表面處理后，鋁合金片鍍層的主要性能如下:
[0039](I)色澤:亮白色；
[0040](2)硬度:IH ；
[0041](3)附著力(百格):100% ;
[0042](4)耐鹽霧性(CASS 實(shí)驗(yàn))120h ；[0043](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點(diǎn):
[0044](6)耐溫變性能:85°C /lh-20°C 130min為一個(gè)循環(huán)，4次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點(diǎn)。
[0045]實(shí)施例2
[0046]一種復(fù)合真空鍍膜方法，以產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)IOOmmX寬60mmX厚6mm的鋅合金片為例說明如下:
[0047](I)對(duì)鋅合金片的表面進(jìn)行預(yù)處理:方法與實(shí)施例1相同，不同在于使用的除油劑為 K2CO3:30g/L, K3PO4:30g/L, KOH:lg/L，脂肪酸二乙醇酰胺:2g/L，在 50°C下除油；
[0048](2)表面噴涂及固化:與實(shí)施例1不同之處在于固化溫度為220°C，固化時(shí)間為30min ；
[0049](3)復(fù)合真空鍍膜:把鋅合金片掛入真空爐中，靶/基距為200mm，預(yù)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.0X10-3Pa后，節(jié)流閥開，工件架以3r/min的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，充入工作氣體氬氣，將真空度維持在0.25Pa，先開啟磁控濺射電源，電壓為450V，電流為20A，靶數(shù)I塊，靶材為鎳靶，鍍膜時(shí)間為Imin，再開電弧離子電源，電壓為25V，電流為60A，靶數(shù)6塊，靶材為鉻靶，鍍膜時(shí)間為3min，然后關(guān)閉磁控濺射電源，讓電弧離子鍍鉻2min。鍍膜完成后鍍層厚度為L(zhǎng)Oum;
[0050](4)丙烯酸酯一異氰酸酯熱固化涂料噴涂及固化:先靜電除塵，再采用空氣噴涂法噴涂工件，壓力為0.5MPa，噴涂厚度為15iim，固化溫度為170°C，時(shí)間為30min，烘干。
[0051]經(jīng)上述表面處理后，鋅合金片鍍層的主要性能如下:
[0052](I)色澤:亮白色；
[0053](2)硬度:2H ；
[0054](3)附著力(百格):100% ;
[0055](4)耐鹽霧性(CASS實(shí)驗(yàn)):≥240h ；
[0056](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點(diǎn):
[0057](6)耐溫變性能:85°C /lh-20°C 130min為一個(gè)循環(huán)，5次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點(diǎn)。
[0058]實(shí)施例3[0059]一種復(fù)合真空鍍膜方法，以產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)IOOmmX寬60mmX厚6mm的鋁合金片為例，本實(shí)施例中表面噴涂及固化、復(fù)合真空鍍膜、熱固化涂料噴涂及固化步驟同實(shí)施例1，對(duì)鋁合金片基材表面進(jìn)行預(yù)處理步驟中除油劑為Na2CO3:50glL，十二烷基硫酸鈉:IglL脂肪酸二乙醇酰胺:lg/L，在60°C下除油。
[0060]經(jīng)上述表面處理后，鋁合金片鍍層的主要性能如下:
[0061](I)色澤:亮白色；
[0062](2)硬度:1H:
[0063](3)附著力(百格):100% ;
[0064](4)耐鹽霧性(CASS 實(shí)驗(yàn))120h ；
[0065](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點(diǎn):
[0066](6)耐溫變 性能:85°C /lh-20°C /30min為一個(gè)循環(huán)，4次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:依次包括以下步驟: (1)對(duì)基材表面進(jìn)行預(yù)處理:用金剛砂將基材拋平后，使用除油劑在50°C、70°C下，對(duì)基材表面進(jìn)行除油，再用水清洗干凈后烘干； (2)表面噴涂及固化:采用靜電噴涂法將經(jīng)過前處理的工件噴底粉，然后去桔皮、噴介質(zhì)漆，在180°C、22(TC溫度下固化20-30min后烘干； (3)真空鍍膜:在兼有真空陰極電弧離子鍍和磁控濺射鍍兩種鍍膜方式的真空設(shè)備中，采用先磁控濺射鍍鎳，再磁控濺射離子鍍混合鍍鎳鉻，最后用陰極電弧離子鍍鉻； (4)熱固化涂料噴涂及固化:先靜電除塵，采用空氣噴涂法噴涂熱固化涂料，再在150°C、170°C范圍內(nèi)固化20-30min，最后烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述基材為鋁合金或鋅合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述除油劑由堿金屬鹽或堿金屬堿及表面活性劑組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述步驟(1)中的堿金屬鹽為Na2C03、K2C03、Na3P04、K3P04中的一種或多種；表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或脂肪酸二乙醇酰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述步驟(2)中的底粉是聚酯粉和環(huán)氧樹脂共聚涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述步驟(2)中具體為:將基材掛入真空設(shè)備的工件架上，并控制工件架與抽真空靶的距離為150mm、200mm，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.0X 10-3Pa后，開啟節(jié)流閥，工件架以3r/min-6r/min的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，然后充入工作氣體氬氣，使真空度維持在0.15Pa、0.25Pa，然后開啟磁控濺射電源在電壓為450V-550V,電流為20A-30A下，靶數(shù)I ±夾，鍍鎳lmin_2min，再開啟電弧離子電源，控制電壓為15V、25V，電流為60A-80A，靶數(shù)6塊，鍍鉻3min_5min，然后關(guān)閉磁控濺射電源，讓電弧離子鍛絡(luò) lmin-2min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述復(fù)合真空鍍膜層厚度為 0.2 u m-1.0 u mo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述步驟(4)中的空氣噴涂法噴涂壓力為0.2MPa、0.5MPa，噴涂厚度為10 u m-15 u m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述熱固化涂料為丙烯酸酯一異氰酸酯涂料。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合真空鍍膜方法，其特征在于:所述除油劑由堿金屬鹽、堿金屬堿及表面活性 劑組成，其中堿金屬鹽為30-60g/L,堿金屬堿為l_2g/L,表面活性劑為 l-2g/L。
【文檔編號(hào)】C23C14/16GK103668071SQ201210352712
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】袁萍 申請(qǐng)人:無錫慧明電子科技有限公司