專利名稱：一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法
技術領域：
本發明涉及在金屬表面獲得金屬復合層的表面處理方法，特別是涉及一種采用全干法在金屬表面獲得仿水電鍍外觀的表面處理方法。
背景技術：
在金屬表面進行傳統水(濕法)電鍍可獲得高防腐、高耐磨、鏡面高光且裝飾極強之產品，此種金屬金屬化(鍍Cu/Ni/Cr金屬膜)應用廣泛，且盛行已久。但水電鍍工藝存在以下缺點(1)耗水耗能大，且產出大量廢水。( 使用有害化學鍍液與添加劑。(3)排放有毒廢氣。(4)耗用金屬量大。( 使用對人體有害的六價鉻。顯然，這一傳統工藝對環境污染及危害頗大，亟需改進。多年來，眾多科研者致力于傳統水電鍍工藝改進，并取得一定的初步成果干法鍍膜工藝已經被開發，其應用已可取代部分金屬電鍍產品。如中國專利CN101338409公開一種汽車輪轂蓋鍍膜方法，依次包括預處理、光固化底涂、離子轟擊鍍鉻、光固化面涂等步驟。該干法鍍法不含有毒物質，沒有三廢問題，無需三廢處理，工藝過程簡單，對環境無污染。工人勞動條件好，對工人身體健康影響小。不需要使用銅、鎳、鉻等貴重金屬，只使用少量鋁，成本大大降低。工藝簡單，工序少，生產成本低。用電量約為電鍍的 1/5 1/7，用水量約為電鍍的1/10 1/20。整體生產成本約為電鍍的1/2，具有較高的經濟效益。并在光固化面涂原料中加入納米陶瓷粒子，改進了分散和混合工藝，顯著提高了表面耐磨性。中國專利CN1468976公開一種適用金屬及非金屬的表面處理方法，主要是有鑒于現有的表面處理方法對環境污染嚴重，且處理后其防腐蝕效果及表面光澤度差，乃研發一種具導電性可供物品定位的固定架，物品定位于固定支架上，先于物品表面上一底膜，再以真空電鍍形成金屬電鍍層，之后，將固定架連同物品直接進行電著披覆，使電鍍層表面形成抗腐蝕性高、耐磨、具光澤性的壓克力層，藉此可有效改善普通表面處理方法存在的問題。 上述干法鍍膜也有采用電泳涂裝做面漆。然而該干法鍍膜技術仍存在以下問題與缺點1)所用清洗及除油步驟仍大都使用化學藥劑，并排出廢水。2)表面有色有機涂層直接暴露于外，耐候及耐水性較為差。3)最外層為有機物，而非金屬膜，故硬度較差，缺乏金屬質感。4)需要噴涂底漆與面漆，良品率不高，且VOC排放量高，不環保。
發明內容
本發明的目的在于針對現有的干法鍍膜所存在缺點，提供一種可提升金屬表面處理產品的功能和品質，可降低生產成本，可提高效率，整個工藝流程無需使用任何水液，節水環保的采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法。本發明包括以下步驟1)將金屬坯件進行干法清潔與活化；在步驟1)中，所述金屬坯件可選自鐵、鋁、鎂、鋅、銅、錫和鎳等中的一種或合金；所述干法清潔的具體方法如下先用干布擦拭金屬坯件表面，去除油脂及灰塵，然后利用高溫火焰處理金屬坯件表面的油脂，達到除油除脂的目的，再通過靜電除塵，去除吸附在金屬坯件表面的灰塵及燃燒產生的顆粒；所述活化的具體方法如下通過高溫火焰處理的外延接觸金屬坯件表面，使其瞬間達到1000°C的高溫，使金屬坯件外表面具有大量極性鍵，易于漆膜形成良好結合力。所述高溫火焰處理，可采用瓦斯作為燃燒氣體，所述處理的時間可為0 5min。2)在活化后的金屬坯件上噴涂有機涂層；在步驟幻中，所述有機涂層的厚度可為5 60 μ m;所述有機涂層可為有色有機涂層，所述有色可選自金色、銀色、銅色、鎳色、黑色、紅色、黃色等中的一種顏色；所述噴涂有機涂層的方法可為電泳、粉末噴涂、液體噴涂、浸涂、淋涂等中的一種方法；所述熱固化交聯溫度70 180°C，時間為10 60min。3)將步驟2)得到的金屬坯件放入物理氣相沉積(PVD)爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得
最終廣品。在步驟3)中，所述金屬陶瓷復合膜的厚度可為0. 05 5 μ m ；所述金屬可采用銅、 鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦等單一金屬或多種金屬合金，或銅、鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦等金屬的化合物；所述鍍金屬陶瓷復合膜的方法可為將金屬坯件轉掛至PVD (物理氣相沉積)爐內，接通離子源，通保護氣體，在固化后噴漆膜層進行離子輝光活化；關閉離子源，打開電弧靶、濺射靶或蒸發電源，進行鍍金屬陶瓷復合膜；所述保護氣體可采用氮氣、氬氣或氧氣等；所述離子輝光活化的時間可為1 IOmin ；所述真空鍍金屬膜的時間可為1 30min。由于本發明的膜層結構采用一層有機涂層，一層金屬層，稱之為雙層復合鍍膜；通過有機涂層起到流平、遮蓋坯件表面缺陷、提高光澤度等作用，再通過PVD(物理氣相沉積) 鍍高硬耐磨金屬陶瓷復合膜，起到耐磨增硬的作用，達到與現有的傳統水(濕法)電鍍相同外觀效果的產品。經測試，由本發明制得的金屬化金屬制品不僅具有防腐、耐磨、耐候、耐溫和多彩性等優點，而且表面堅硬平滑，可與傳統水(濕法)電鍍金屬產品品質相媲美，祛除傳統水 (濕法)電鍍中的粗化、活化水洗過程，不使用任何有害電鍍藥液，尤其是不采用有毒的六價鉻。同時，過程中金屬耗用量小，廢氣極少，又完全無廢水排放，故是一種經濟且綠色環保的新型鍍膜技術。本發明開拓了廣譜金屬表面金屬化領域，鍍出產品功能優異且外觀優良， 非常適用于衛浴、電子、家電與汽車等行業。
圖1為本發明實施例的40倍雙層鍍膜剖面圖。在圖1中，各標記為1為金屬陶瓷復合膜，2為有機涂層，3為金屬基材。
具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例1 一種鐵件風口鍍鉻
1)將鐵件沖壓的風口先用干布擦拭后進行火焰處理再進行靜電除塵，其中火焰處理時間anin。2)噴一層50 μ m厚熱固化交聯粉末涂料。用預熱溫度(120°C X5min)，再經流平 (150°C X5min)，再經固化(180°C X15min)。3)將噴涂粉末涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 50SCCM,活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜Cr (電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓70V，通入30SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa,鍍膜時間 Imin)，接著鍍一層厚度為0. 5um氮化鉻陶瓷膜(電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓70V，通入100SCCM Ar2 100SCCM N2，真空壓力0. 4Pa，鍍膜時間IOmin)，接著再鍍一層金屬膜Cr (電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓70V，通入30SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間2min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕8h ；(B)冷熱沖擊循環8個循環；(C)落砂沖擊 18L落砂；(D)結合力(百割)5A ；(E)水浸 38 °C 24h ；(F)鉛筆硬度(三菱)3H;(G) RCA 耐磨測試 2500 回。圖1給出本發明實施例的40倍雙層鍍膜剖面圖。在圖1中，各標記為1為金屬陶瓷復合膜，2為有機涂層，3為金屬基材。實施例2 —種不銹鋼鎖蓋鍍仿金1)將不銹鋼沖壓的鎖蓋先用干布擦拭后進行火焰處理再進行靜電除塵，其中火焰處理時間:3min。2)噴一層40 μ m厚熱固化交聯黃色粉末涂料。用預熱溫度(120°C X5min)，再經流平(150°C X5min)，再經固化(180°C X 15min)。3)將噴涂粉末涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 50SCCM,活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜rLx、電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間lmin)，接著再鍍一層0. 3um氮化鋯膜(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入 200SCCM N2，真空壓力0. 4Pa，鍍膜時間3min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕 24h ；(B)冷熱沖擊循環 8個循環；(C)落砂沖擊18L落砂；(D)結合力(百割)5A ；(E)水浸 38 °C 24h ；(F)鉛筆硬度(三菱)2H；
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(G) RCA 耐磨測試 2500 回。實施例3 —種鋁合金仿鎳色把手1)將鋁合金把手先用干布擦拭后進行火焰處理再進行靜電除塵，其中火焰處理時間 2min。2)電泳一層30 μ m厚白色涂料。用預熱溫度(110 V X5min)，再經流平 (130°C X5min)，再經固化(140°C X20min)。3)將電泳涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 50SCCM，活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜 Zr(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間lmin)，接著再鍍一層0. 6um氮化鋯膜(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入 Arl00SCCM80SCCM N2，真空壓力 0. 3Pa，鍍膜時間 6min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕16h;(B)冷熱沖擊循環8個循環；(C)落砂沖擊 18L落砂；(D)結合力(百割)5A ；(E)水浸 38 °C 24h ；(F)鉛筆硬度(三菱)3H;(G) RCA 耐磨測試 2500 回。
實施例4 一種鋁合金光亮鉻輪轂1)將鋁合金輪轂先用干布擦拭后進行火焰處理再進行靜電除塵，其中火焰處理時間 4min。2)電泳一層40 μ m厚白色涂料。用預熱溫度(110 V X5min)，再經流平 (1400C X5min)，再經固化(180°C X20min)。3)將電泳涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 50SCCM，活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜 Cr(電弧鍍膜條件鉻靶電流100A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間 lmin)，接著再鍍一層Ium氮化鉻和氮化鉻復合膜(電弧鍍膜條件鉻靶電流100A，鋯靶電流100A，偏壓70V，通入ArlOOSCCM 40SCCM N2，真空壓力0. 3Pa，鍍膜時間5min)，接著再鍍一層0. 5um鉻(電弧鍍膜條件鉻靶電流100A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa， 鍍膜時間5min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕 48h ；(B)冷熱沖擊循環 8個循環；(C)落砂沖擊18L落砂；(D)結合力(百割)5A ；(E)水浸 38 °C 24h ；
(F)鉛筆硬度(三菱):3H；(G) RCA 耐磨測試 3000 回。以上功能測試包括1、抗腐蝕功能測試CASS 試驗(ASTM B368-09)；2、抗磨耗功能測試落砂試驗(ASTMD968-05)。3、結合力測試 1)百割測試(ASTM D3359-02)；2) 7令熱循環試驗(ASMEA112. 18. 1-2005/CSAB125. 1-05)。4、耐水測試水浸測試(ASTMD870-02)。5、耐劃傷性測試1)鉛筆硬度測試(ASTM D3363-05)；2)耐劃傷性測試(ASTM D5178-9)。
權利要求
1.一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于包括以下步驟1)將金屬坯件進行干法清潔與活化；2)在活化后的金屬坯件上噴涂有機涂層；3)將步驟幻得到的金屬坯件放入物理氣相沉積爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得最終產品。
2.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述金屬坯件選自鐵、鋁、鎂、鋅、銅、錫和鎳中的一種或合金。
3.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述干法清潔的具體方法如下先用干布擦拭金屬坯件表面，去除油脂及灰塵，然后利用高溫火焰處理金屬坯件表面的油脂，達到除油除脂的目的，再通過靜電除塵， 去除吸附在金屬坯件表面的灰塵及燃燒產生的顆粒。
4.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述活化的具體方法如下通過高溫火焰處理的外延接觸金屬坯件表面，使其瞬間達到1000°C的高溫，使金屬坯件外表面具有大量極性鍵。
5.如權利要求3或4所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述高溫火焰處理，是采用瓦斯作為燃燒氣體，所述處理的時間為0 5min。
6.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述有機涂層的厚度為5 60 μ m。
7.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述有機涂層為有色有機涂層，所述有色選自金色、銀色、銅色、鎳色、黑色、 紅色、黃色中的一種顏色。
8.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述噴涂有機涂層的方法為電泳、粉末噴涂、液體噴涂、浸涂、淋涂中的一種方法。
9.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟2)中，所述熱固化交聯溫度70 180°C，時間為10 60min。
10.如權利要求1所述的一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述金屬陶瓷復合膜的厚度為0. 05 5 μ m ；所述金屬采用銅、鎳、鉻、鋁、 不銹鋼、鋯或鈦單一金屬或多種金屬合金，或銅、鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦的化合物；所述鍍金屬陶瓷復合膜的方法為將金屬坯件轉掛至物理氣相沉積爐內，接通離子源，通保護氣體，在固化后噴漆膜層進行離子輝光活化；關閉離子源，打開電弧靶、濺射靶或蒸發電源，進行鍍金屬陶瓷復合膜；所述保護氣體采用氮氣、氬氣或氧氣；所述離子輝光活化的時間為1 IOmin ；所述真空鍍金屬膜的時間為1 30min。
全文摘要
一種采用全干法在金屬表面雙層復合鍍膜的方法，涉及在金屬表面獲得金屬復合層的表面處理方法。將金屬坯件進行干法清潔與活化；在活化后的金屬坯件上噴涂有機涂層；將金屬坯件放入物理氣相沉積爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得最終產品。經測試，不僅具有防腐、耐磨、耐候、耐溫和多彩性等優點，而且表面堅硬平滑，可與傳統水(濕法)電鍍金屬產品品質相媲美，祛除傳統水(濕法)電鍍中的粗化、活化水洗過程，不使用任何有害電鍍藥液，尤其是不采用有毒的六價鉻。同時，過程中金屬耗用量小，廢氣極少，又完全無廢水排放。可提升金屬表面處理產品的功能和品質，可降低生產成本，可提高效率，整個工藝流程無需使用任何水液，節水環保。
文檔編號C23C14/06GK102218393SQ201110143619
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者吳子豹, 李明仁, 王應泉 申請人:寧波威霖住宅設施有限公司