一種鋅合金的表面處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋅合金的表面處理方法，先采用等離子體增強化學氣相沉積致密防腐層，再以物理氣相沉積的方式沉積金屬層作為打底層，為后續電鍍提供具有良好結合力的預鍍層的表面處理方法。本發明通過PECVD及PVD方式沉積鋅合金打底層取代高污染、劇毒的氰化物鋅合金電鍍前處理工藝，減少廢水排放及對環境的污染，可應用于衛浴、電子、家電、汽車等行業的電鍍配件。
【專利說明】一種鋅合金的表面處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬表面處理領域，具體涉及一種鋅合金的表面處理方法。
【背景技術】
[0002]鋅合金是以鋅為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、錫、鉛、鈦等。鋅合金壓鑄件具有材料價廉、熔點低、耗能少、流動性及成型性好、填充充分，壓出來的鑄件表面光整等優點，因此，其表面比較適合拋光、電鍍和噴涂等處理。目前，鋅合金壓鑄件越來越多地應用于汽車、電子、家電、衛浴等領域。
[0003]由于鋅合金成分中含有雜質元素鉛、鎘、錫等，導致鑄件老化而發生變形，長期使用后表現為體積脹大，機械性能特別是塑性顯著下降。由于鋅合金的化學穩定性差，在空氣中容易遭到腐蝕，在強酸、強堿中均會受到強烈的浸蝕，因此目前通過鍍覆電鍍層來達到防腐蝕或者裝飾的目的。
[0004]常規鋅合金件電鍍工藝為:鍍前處理、氰化物預鍍銅、焦磷酸鍍銅、酸性鍍銅、光亮鍍鎳、鍍鉻；其它鋅合金壓鑄件預鍍工藝還有化學鍍銅、羥基乙叉二膦酸(HEDP)鍍銅、銅錫合金電鍍等，但因結合力、成本、廢水處理等不同問題而未能在工業中獲得實際應用。
[0005]由于現有的鋅合金壓鑄件電鍍工藝幾乎均采用氰化鍍銅進行打底及采用焦磷酸鍍銅加厚鍍層，氰化物具有劇毒性及含磷廢水排放對水質的污染；淘汰含氰、含磷電鍍等落后生產工藝為勢之所趨。為落實國家《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》，解決電鍍產業舊技術提升和更新難的問題、實現電鍍生產工藝環保、節能、減排。鋅合金環保型表面處理新工藝技術開發應用勢在必行。
[0006]等離子體增強化學氣相沉積法(PlasmaEn-hanced Chemical Vapor Deposition)是利用輝光放電，在高頻電場下使稀薄氣體電離產生等離子體，這些離子在電場中被加速而獲得能量，可在較低溫度下實現SiO2薄膜的淀積。這種方法的特點是淀積溫度大大降低，一般可從LPCVD中的700°C下`降至最低100°C，且淀積速率快，可準確控制淀積速率(約60nm/min),生成的薄膜結構致密。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種鋅合金的表面處理方法，本發明通過PECVD及PVD方式沉積鋅合金打底層取代高污染、劇毒的氰化物鋅合金電鍍前處理工藝，減少廢水排放及對環境的污染，可應用于衛浴、電子、家電、汽車等行業的電鍍配件。
[0008]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種鋅合金的表面處理方法，其特征在于:先采用等離子體增強化學氣相沉積致密防腐層，再以物理氣相沉積的方式沉積金屬層作為打底層，為后續電鍍提供具有良好結合力的預鍍層的表面處理方法。
[0009]具體步驟如下:
O將壓鑄好的鋅合金進行超聲除蠟處理；除蠟水10-30mL/L，溫度60_70°C，時間IOmin ；
2)超聲熱除油；除油粉20-40g/L，溫度40-60°C，時間4_6min；
3)電解除油:Na2C0310-20g/L，Na2Si0310_20g/L，表面活性劑(烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、直鏈醇硫酸鈉中的一種或多種)5-10mL/L，溫度40-60°C，時間3_5min ；
4)酸活化；無機酸鹽30-50g/L，有機酸10-30 mL/L，溫度30_40°C，時間0.5-lmin ；
5)三價鉻鈍化；三價鉻鹽3g/L，硝酸鹽5-50g/L，有機酸10-30mL/L，pH值2_3，時間0.5-lmin ；
6)熱風烘干；
7)轉移至真空鍍膜設備中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等離子體輝光活化；離子源功率5-10kW，占空比75%，氬氣流速100-300SCCM，爐體內壓力 1.0-2.0Pa，溫度 80-100°C，輝光時間 5-lOmin ；
9)等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)SiO2致密防腐層；爐體溫度80-150°C，反應物質為四甲基硅烷或四乙基硅烷，O2 50-200SCCM,Ar 50-200SCCM，爐體內真空壓力5_20Pa，射頻功率為100-300W，時間5-15min ；
10)物理氣相沉積(PVD)金屬導電層；多弧離子鍍法或濺射鍍膜法；金屬導電層包括金屬底層和金屬表層:金屬底層為鈦、鋯、銀、鉻、鎳、不銹鋼、鎳釩合金中的一種或兩種；金屬表層為鎳、銅中的一種；
11)轉電鍍，有機酸活化；有機酸:20-50mL/L；
12)電鍍無氰、無磷堿銅；以電解銅為陽極，在電流密度為0.4-0.8 A/dm2、溫度為35-40°C、表面張力小于85 dyne/cm的條件下進行；電解液主要組成為:絡合劑40-60 g/L，硫酸銅 12-20 g/L 和潤濕劑 0.1-0.5 g/L ；
13)后續電鍍銅、鎳、鉻等。
[0010]步驟(4)所述的無機酸鹽為硫酸鈉、硫酸氫鈉、氯化鈉中的一種，有機酸為甲基磺酸、檸檬酸、酒石酸、草酸中的一種。
[0011]步驟(5)所述的三價鉻鹽為氯化鉻、硫酸鉻、堿式硫酸鉻中的一種；硝酸鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸銨、硝酸鋅中的一種；有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸中的一種。
[0012]步驟(11)所述的有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸中的一種。
[0013]本發明的顯著優點在于:
(1)采用無磷除蠟、除油工藝；
(2)三價鉻鈍化工藝；
(3)用等離子體輝光放電方式進行鋅合金基材表面鈍化層進行改性；
(4)采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)SiO2致密掩蔽膜；
(5)米用物理氣相沉積(PVD)金屬導電層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的膜層結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1鋅合金面板一種鋅合金的表面處理方法的具體步驟如下:
1)將壓鑄好的鋅合金進行超聲除蠟處理；除蠟水10mL/L，溫度60°C，時間IOmin；
2)超聲熱除油；除油粉20g/L，溫度40°C，時間4min；
3)電解除油:Na2C0310g/L，Na2Si0310g/L，表面活性劑5mL/L，溫度 40°C，時間 3min ；
4)酸活化:無機酸鹽30g/L，有機酸10mL/L，溫度30°C，時間0.5min ；
5)三價鉻鈍化；三價鉻鹽3g/L，硝酸鹽5g/L，有機酸10mL/L，pH值2，時間0.5min ；
6)熱風烘干；
7)轉移至真空鍍膜設備中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等離子體輝光活化；離子源功率5kW，占空比75%，氬氣流速100SCCM，爐體內壓力
1.0Pa，溫度80°C，輝光時間5min ；
9)等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)SiO2致密防腐層；爐體溫度120°C，反應物質為四甲基硅烷，O2 50SCCM, Ar 50SCCM，爐體內真空壓力5Pa，射頻功率為100W，時間5min ；
10)物理氣相沉積(PVD)金屬導電層；金屬導電層包括金屬底層和金屬表層:金屬底層采用濺射鍍不銹鋼，不銹鋼靶功率7kW，氬氣流速200SCCm，爐內壓力0.4Pa，鍍膜時間8min ；金屬表層采用多弧離子鍍鎳，鎳靶電流80A，氬氣流速80SCCm，爐內壓力0.3Pa，鍍膜時間IOmin0
[0016]11)轉電鍍，有機酸活化；有機酸:20mL/L ；
12)電鍍無氰、無磷堿銅；以`電解銅為陽極，在電流密度為0.4A/dm2、溫度為35°C、表面張力小于85 dyne/cm的條件下進行；電解液主要組成為:絡合劑40g/L,硫酸銅12 g/L和潤濕劑0.1 g/L ；
13)后續電鍍銅、鎳、鉻等。
[0017]步驟(4)所述的無機酸鹽為硫酸鈉，有機酸為甲基磺酸。
[0018]步驟(5)所述的三價鉻鹽為氯化鉻；硝酸鹽為硝酸鉀；有機酸為草酸。
[0019]步驟(11)所述的有機酸為草酸。
[0020]所述的除蠟水采用安美特公司提供UniClean Soak BCR除蠟水。
[0021]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0022]實施例2鋅合金把手
一種鋅合金的表面處理方法的具體步驟如下:
1)將壓鑄好的鋅合金進行超聲除蠟處理；除蠟水30mL/L，溫度70°C，時間IOmin；
2)超聲熱除油；除油粉40g/L，溫度60°C，時間6min；
3)電解除油=Na2CO320g/L,Na2SiO3 20g/L，表面活性劑 10mL/L，溫度 60。。，時間 5min ；
4)酸活化:無機酸鹽50g/L，有機酸30mL/L，溫度40°C，時間Imin；
5)三價鉻鈍化；三價鉻鹽3g/L，硝酸鹽50g/L，有機酸30mL/L，pH值3，時間Imin；
6)熱風烘干；
7)轉移至真空鍍膜設備中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等離子體輝光活化；離子源功率10kW，占空比75%，氬氣流速300SCCM，爐體內壓力
2.0Pa，溫度100°C，輝光時間IOmin ；
9)等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)SiO2致密防腐層；爐體溫度100°C，反應物質為四乙基硅烷,O2 200SCCM，Ar 200SCCM，爐體內真空壓力20Pa，射頻功率為300W，時間15min ；10)物理氣相沉積(PVD)金屬導電層；金屬導電層包括金屬底層和金屬表層:金屬底層采用多弧離子鍍鉻，鉻靶電流70A，氬氣流速50SCCm，爐內壓力0.2Pa，鍍膜時間5min ;金屬表層采用濺射鍍銅，銅靶功率8kW，氬氣流速200SCCm，爐內壓力0.4Pa，鍍膜時間lOmin。
[0023]11)轉電鍍，有機酸活化；有機酸:50mL/L ；
12)電鍍無氰、無磷堿銅；以電解銅為陽極，在電流密度為0.8 A/dm2、溫度為40 °C、表面張力小于85 dyne/cm的條件下進行；電解液主要組成為:絡合劑60 g/L,硫酸銅20 g/L和潤濕劑0.5 g/L ；
13)后續電鍍銅、鎳、鉻等。
[0024]步驟(4)所述的無機酸鹽為硫酸氫鈉，有機酸為檸檬酸。
[0025]步驟(5)所述的三價鉻鹽為硫酸鉻；硝酸鹽為硝酸鈉；有機酸為檸檬酸。
[0026]步驟(11)所述的有機酸為檸檬酸。
[0027]所述的除蠟水采用安美特公司提供UniClean Soak BCR除蠟水。
[0028]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0029]實施例3鋅合金龍頭座(復雜結構)
一種鋅合金的表面處理方法的具體步驟如下:
1)將壓鑄好的鋅合金進行超聲除蠟處理；除蠟水20mL/L，溫度65°C，時間IOmin；
2)超聲熱除油；除油粉30g/L，溫度50。。，時間5min；
3)電解除油:Na2C0315g/L,Na2Si0315g/L，表面活性劑 7.5mL/L，溫度 50。。，時間 4min ；
4)酸活化:無機酸鹽40g/L，有機酸20mL/L，溫度35°C，時間Imin；
5)三價鉻鈍化；三價鉻鹽3g/L，硝酸鹽25g/L，有機酸20mL/L，pH值2，時間0.7min ；
6)熱風烘干；
7)轉移至真空鍍膜設備中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等離子體輝光活化；離子源功率7kW，占空比75%，氬氣流速200SCCM，爐體內壓力1.5Pa，溫度90°C，輝光時間7min ；
9)等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)SiO2致密防腐層；爐體溫度90°C，反應物質為四甲基硅烷或四乙基硅烷，O2 120SCCM, Ar 120SCCM，爐體內真空壓力12Pa，射頻功率為200W，時間 15min ；
10)物理氣相沉積(PVD)金屬導電層；金屬導電層包括金屬底層和金屬表層:金屬底層采用濺射鍍鉻，鉻靶功率8kW，氬氣流速200SCCm，爐內壓力0.4Pa，鍍膜時間IOmin ;金屬表層采用濺射鍍銅，銅靶功率IOkW,氬氣流速200SCCm，爐內壓力0.4Pa，鍍膜時間20min ；
11)轉電鍍，有機酸活化；有機酸:35mL/L；
12)電鍍無氰、無磷堿銅；以電解銅為陽極，在電流密度為0.6 A/dm2、溫度為37°C、表面張力小于85 dyne/cm的條件下進行；電解液主要組成為:絡合劑50 g/L,硫酸銅16g/L和潤濕劑0.3g/L ；
13)后續電鍍銅、鎳、鉻等。
[0030]步驟(4)所述的無機酸鹽為氯化鈉，有機酸為酒石酸。
[0031]步驟(5)所述的三價鉻鹽為堿式硫酸鉻；硝酸鹽為硝酸銨；有機酸為酒石酸。
[0032]步驟(11)所述的有機酸為酒石酸。
[0033]所述的除蠟水采用安 美特公司提供UniClean Soak BCR除蠟水。[0034]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0035]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍 。
【權利要求】
1.一種鋅合金的表面處理方法，其特征在于:先采用等離子體增強化學氣相沉積致密防腐層，再以物理氣相沉積的方式沉積金屬層作為打底層，為后續電鍍提供具有良好結合力的預鍍層的表面處理方法。
2.根據權利要求1所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:具體步驟如下: 1)將壓鑄好的鋅合金進行超聲除蠟處理； 2)超聲熱除油； 3)電解除油； 4)酸活化； 5)三價鉻鈍化； 6)熱風烘干； 7)轉移至真空鍍膜設備中，抽真空至IXlO-2Pa; 8)等離子體輝光活化； 9)等離子體增強化學氣相沉積SiO2致密防腐層； 10)物理氣相沉積金屬導電層； 11)轉電鍍，有機酸活化； 12)電鍍無氰、無磷堿銅； 13)后續電鍍銅、鎳、鉻等。
3.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(4)所述的酸活化，主要采用無機酸鹽和有機酸混合；其中無機酸鹽為硫酸鈉、硫酸氫鈉、氯化鈉中的一種；有機酸為甲基磺酸、檸檬酸、酒石酸、草酸中的一種。
4.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(5)所述的三價鉻鈍化，主要采用三價鉻鹽、硝酸鹽和有機酸混合；其中三價鉻鹽為氯化鉻、硫酸鉻、堿式硫酸鉻中的一種；硝酸鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸銨、硝酸鋅中的一種；有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸中的一種。
5.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(8)的離子源為霍爾離子源或考夫曼離子源；離子源功率2-5kW，占空比75%，氬氣流速100-300SCCM，爐體內壓力 1.0-2.0Pa，溫度 80-100°C，輝光時間 5-lOmin。
6.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(9)中真空爐體溫度為 80-150°C。
7.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(9)中主要反應物質為四甲基硅烷或四乙基硅烷；其它氣體:02和Ar ;爐體內真空壓力為5-20Pa，射頻功率為 100-300W，時間為 5-15min。
8.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(10)主要采用多弧離子鍍膜法或濺射鍍膜法；其中金屬導電層包括金屬底層和金屬表層:金屬底層為鈦、鋯、銀、鉻、鎳、不銹鋼、鎳釩合金中的一種或兩種；金屬表層為鎳、銅中的一種。
9.根據權利要求2所述的鋅合金的表面處理方法，其特征在于:步驟(11)所述的有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸中 的一種。
【文檔編號】C23C14/18GK103820792SQ201410107140
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】李震林, 林志敏, 余澤峰 申請人:廈門建霖工業有限公司