一種復合鋅合金鍍膜工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合鋅合金真空鍍膜方法，屬于表面處理【技術領域】，依次包括基材表面預處理、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，簡化了工藝流程，提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度；其次采用磁控濺射離子鍍混合鍍膜技術，所得制品膜層致密度高、金屬感強；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行，易于操作，保證了膜層良好的結合力，提高了產品的質量。
【專利說明】一種復合鋅合金鍍膜工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合鋅合金真空鍍膜工藝，屬于材料表面【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋅合金以其優(yōu)良的特性，廣泛地應用于航空、航天、建筑、機械設備、橋梁、車輛、船舶、家庭用具、電子設備等各個方面，在我國國民經(jīng)濟中扮演著重要的角色。隨著鋅合金應用的發(fā)展，其表面處理技術也相應地處于高速增長期，使得鋁合金、鋅合金表面處理技術的要求也越來越高。多年來,普通電鍍鋅合金的生產技術已趨成熟,有著很高的表面質量,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-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，尤其是氰化物和六價鉻，需要進行三廢處理，其處理過程復雜，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，工藝復雜，生產效率低，成本高；
[0007](4)生產條件較差，對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，簡化工藝流程，提高生產效率的新型生產方法。
[0009]真空鍍膜是一種新型清潔生產方法，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。作為防護裝飾鍍層，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在其表面的附著力不佳，難以達到滿意的保護效果在真空鍍膜之前后，通常要用有機涂料進行底涂和面涂，形成“有機涂層/真空鍍層/有機涂層”的復合鍍層。
[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)明相對于現(xiàn)有的電鍍制品，簡化了工藝流程、提高了生產效率、減少了對環(huán)境的污染，節(jié)能、節(jié)水并改善了勞動條件，但由于鉻鍍具有多孔性，使得真空鍍鉻往往耐蝕性比較差，且與鍍鋁時的結合不好，從而影響最終制品品質，而且本發(fā)明需要繁瑣的研磨等工序，生產效率相對較低下。
[0011]本發(fā)明在上述發(fā)明的基礎上進一步改進優(yōu)化而來，目的是提供一種工序更簡單，成本低、膜層鍍敷性好、致密性高的適用于鋅合金的復合真空鍍膜方法。

【發(fā)明內容】
[0012]本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的:一種復合真空鍍膜方法，其特征在于:依次包括以下步驟:
[0013](I)對基材表面進行預處理:用金剛砂將基材拋平后，使用除油劑在50°C、70°C下，對基材表面進行除油，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，形成強大的靜電場。底粉微粒所受到的電場力與靜電場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，當電壓足夠高時，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暗紅色的暈圈，在黑暗中能明顯看見，這是空氣產生強烈的電暈放電。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、噴杯的邊緣時因接觸而帶電，當經(jīng)過電暈放電所產生的氣體電離區(qū)時，將再一次增加其表面電荷密度。這些帶負電荷的微粒的靜電場作用下，向基材表面運動，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合牢固，且有利于復合真空鍍膜。
[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，當真空度達到6.0X 10_3Pa后，開啟節(jié)流閥，工件架以3r/min-6r/min的速率轉動，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，化學性質很穩(wěn)定，有延展性，含雜質時硬而脆，它是重要的戰(zhàn)略物資之一，由于具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，在冶金工業(yè)、耐火材料和化學工業(yè)中得到了廣泛的應用。真空鍍鉻層是一種更好的防護一裝飾鍍層，本發(fā)明選擇復合真空鍍膜，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壓，負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。空氣噴涂可以產生均勻的漆，涂層細膩光滑；對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，時間為20-30min，烘干。
[0026]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下突出優(yōu)點及有益效果:
[0027]1、采用磁控濺射離子鍍混合鍍膜技術，獲得了膜層致密度高，表面亮白色，金屬感強，具有良好的物理性能和穩(wěn)定的化學性能，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取代傳統(tǒng)的濕法電鍍，表面的金屬層通過真空鍍膜的方法沉積，避免了六價鉻等有毒金屬物質的出現(xiàn)，減少了對環(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，簡化了工藝，提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度。
[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行，易于操作，同時避免了額外的工序，保證了膜層良好的結合力，提高了產品的質量。
實施例
[0030]實施例1
[0031]—種復合真空鍍膜方法，以產品尺寸為長120mmX寬80mmX厚8mm的招合金片為例說明如下:
[0032](I)對鋁合金片的表面進行預處理: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，噴介質漆，在180°C固化溫度下固化20min后烘干;
[0034](3)復合真空鍍膜: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]預抽真空，當真空度達到6.0X 10-3Pa后,節(jié)流閥開，工件架以6r/min的速率轉動，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，鍍膜時間為5min，然后關閉磁控濺射電源，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 實驗)120h ；[0043](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點:
[0044](6)耐溫變性能:85°C /lh-20°C 130min為一個循環(huán)，4次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點。
[0045]實施例2
[0046]一種復合真空鍍膜方法，以產品尺寸為長IOOmmX寬60mmX厚6mm的鋅合金片為例說明如下:
[0047](I)對鋅合金片的表面進行預處理:方法與實施例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:與實施例1不同之處在于固化溫度為220°C，固化時間為30min ；
[0049](3)復合真空鍍膜:把鋅合金片掛入真空爐中，靶/基距為200mm，預抽真空，當真空度達到6.0X10-3Pa后，節(jié)流閥開，工件架以3r/min的速率轉動，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，鍍膜時間為3min，然后關閉磁控濺射電源，讓電弧離子鍍鉻2min。鍍膜完成后鍍層厚度為LOum;
[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實驗):≥240h ；
[0056](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點:
[0057](6)耐溫變性能:85°C /lh-20°C 130min為一個循環(huán)，5次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點。
[0058]實施例3[0059]一種復合真空鍍膜方法，以產品尺寸為長IOOmmX寬60mmX厚6mm的鋁合金片為例，本實施例中表面噴涂及固化、復合真空鍍膜、熱固化涂料噴涂及固化步驟同實施例1，對鋁合金片基材表面進行預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 實驗)120h ；
[0065](5)耐熱性能:170°C 12h，鍍層無脫落，無變點:
[0066](6)耐溫變 性能:85°C /lh-20°C /30min為一個循環(huán)，4次循環(huán)后，鍍層無脫落，無變點。
【權利要求】
1.一種復合真空鍍膜方法，其特征在于:依次包括以下步驟: (1)對基材表面進行預處理:用金剛砂將基材拋平后，使用除油劑在50°C、70°C下，對基材表面進行除油，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范圍內固化20-30min，最后烘干。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種復合真空鍍膜方法，其特征在于:所述基材為鋁合金或鋅合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種復合真空鍍膜方法，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)權利要求3所述的一種復合真空鍍膜方法，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)權利要求1 所述的一種復合真空鍍膜方法，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)權利要求1所述的一種復合真空鍍膜方法，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，當真空度達到6.0X 10-3Pa后，開啟節(jié)流閥，工件架以3r/min-6r/min的速率轉動，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，然后關閉磁控濺射電源，讓電弧離子鍛絡 lmin-2min。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種復合真空鍍膜方法，其特征在于:所述復合真空鍍膜層厚度為 0.2 u m-1.0 u mo
8.根據(jù)權利要求1所述的一種復合真空鍍膜方法，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)權利要求1或8所述的一種復合真空鍍膜方法，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)權利要求3所述的一種復合真空鍍膜方法，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】C23C14/16GK103668071SQ201210352712
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權日:2012年9月21日
【發(fā)明者】袁萍 申請人:無錫慧明電子科技有限公司