專利名稱：：一種輕金屬材料的表面處理方法
技術領域：
：本發明是關于一種金屬表面的處理方法，尤其是關于一種輕金屬材料的表面處理方法。
背景技術：
：輕金屬，例如鋁、鎂、鈦、鋁合金、鎂合金以及鈦合金等，具有密度小、導電導熱能力強、力學性能優異及可二次加工等優點，因此在國民經濟中得到了廣泛的應用。但是，輕金屬材料本身是一種易腐蝕的材料，因此為了更好地利用輕金屬材料，通常是通過對輕金屬材料進行表面處理的方法來避免金屬材料的腐蝕。例如，可以進行各種化學轉化處理以及陽極氧化處理等。上述方法雖然可以在一定程度上改善輕金屬材料的耐腐蝕性，但是化學轉化處理膜層以及陽極氧化膜層存在膜層薄、耐磨性差、觀賞性差等問題。通過物理氣象沉積法(PVD)，例如電子束蒸發鍍、磁控濺射鍍或離子鍍法等形成金屬鍍層近來受到廣泛使用，其能在各種基材表面上沉積各種金屬鍍層，使基材呈現觀賞價值高的金屬光澤。例如，CN1827839A公開了一種金屬表面處理的方法，該方法包括提供一前置加工過的工件；通過一真空金屬薄膜披覆設備，真空披覆金屬薄膜于該前置加工過的工件；以及涂布防護用的硬膜于該真空披覆金屬薄膜后的工件上。上述發明通過該方法達到了使鎂合金表面呈現出亮麗的金屬光澤的目的。但是，通過PVD方法形成的金屬鍍層存在與基材表面結合力差的缺點，尤其是在輕金屬材料上，而且輕金屬材料表面尤其是通過壓鑄形成的輕金屬材料壓鑄件的表面缺陷多、形狀比較復雜，使得形成的金屬鍍層與其表面的結合力差。上述發明提供的方法雖然還包括對金屬表面進行皮膜化成處理、以及底漆噴涂處理，然后再進行PVD鍍膜，但是效果仍然不是十分理想。其原因是底漆與輕金屬材料表面經化學轉化形成的膜層的親和力較差，無法解決金屬膜層在輕金屬材料表面結合力低的問題。而若僅對輕金屬材料表面進行化學轉化處理，只能在其表面形成一層很薄的膜層，無法掩蓋輕金屬材料表面的缺陷，亦無法解決金屬鍍層結合力低的問題，而且其耐蝕時間較短，外觀裝飾效果不佳。另外，如果單獨使用油漆噴涂，雖然既能改善輕金屬材料的表面缺陷，也可解決漆膜親和力低的問題，但是單獨的底漆層沒有使得輕金屬材料表面發生化學改性，這種簡單的膜層覆蓋，無法保障輕金屬材料高的耐腐蝕性。
發明內容本發明的目的是為了克服現有技術中金屬鍍層與輕金屬材料結合力差的缺點，提供了一種既能提高金屬鍍層與輕金屬材料的結合力，又能提高產品外觀裝飾效果和耐蝕效果的工藝方法。本發明提供了一種輕金屬材料的表面處理方法，該方法包括在輕金屬材料表面形成金屬鍍層，其中，在形成金屬鍍層之前，先在輕金屬材料表面形成微弧氧化膜層。微弧氧化技術是一種新興的表面處理技術，其通過一定條件能在各種金屬表面上形成一層微弧氧化膜，該膜層具有很好的耐磨性以及耐腐蝕性，因此用于耐腐蝕性差、耐磨性差的材料的表面處理。本發明的發明人發現，先通過微弧氧化法對輕金屬表面進行處理，然后再進行金屬鍍膜，得到的輕金屬材料上的金屬膜層結合力非常高，有效解決了現有技術中金屬膜層結合力差的問題。本發明通過先對輕金屬進行微弧氧化處理，再進行金屬鍍膜的方法，大大提高了金屬鍍層與輕金屬材料的表面的結合力。例如，通過本發明提供的方法制備得到的鎂合金材料的金屬膜層的結合力均到達4B以上，而通過現有技術的方法得到的鎂合金材料的金屬膜層的結合力僅為2B。通過本發明提供的方法得到的輕金屬材料具備金屬膜層結合力強以及耐磨性和耐腐蝕性好等優點，并且其特有的金屬光澤使產品的外觀裝飾性更強，從而大大提升了其附加價值。具體實施方式本發明所述的輕金屬材料的表面處理方法包括在輕金屬材料表面形成金屬鍍層，其中，在形成金屬鍍層之前，先在輕金屬材料表面形成微弧氧化膜層。本發明所述微弧氧化膜層通過微弧氧化的方法制得。所述微弧氧化的方法為本領域技術人員所公知。所述微弧氧化的方法包括將輕金屬材料置于盛有電解質溶液的電解槽中，以輕金屬材料為陽極，電解槽作為陰極，進行氧化。所述氧化的條件包括所用電解質溶液為含有堿金屬氫氧化物、堿金屬的硅酸鹽和堿金屬的磷酸鹽的水溶液，其中，堿金屬氫氧化物的含量為1-20克/升、堿金屬的硅酸鹽的含量為5-20克/升、堿金屬的磷酸鹽的含量為2-20克/升；電解電壓為300-800伏特，溫度為20-50。C，時間為5-20分鐘。所述電解條件使所述微弧氧化膜層的厚度為3-10微米。在所述微弧氧化的過程中可以通過磁力攪拌使保持整個體系保持恒溫以及電解液成分的均勻。微弧氧化結束后將工件水洗2-10分鐘，將工件干燥即可。本發明所述金屬鍍層可以由物理氣象沉積法(PVD)形成。所述PVD法，例如可以是電子束蒸發鍍、磁控濺射鍍或離子鍍法等。上述方法的具體操作和條件已為本領域技術人員所公知。例如磁控濺射鍍的條件可以為本底真空度為2.0X10^兆帕、濺射速度為8000-10000埃/分鐘、基片溫度為20-230°C、靶基距離為5-30厘米、陽極電壓為300-600伏特、電流為10-20安培、濺射真空度為0.13-1.3帕斯卡、濺射時間為5分鐘。另外，本發明對所述金屬鍍層的種類沒有特別的限制，可以為本領域技術人員所公知的各種金屬鍍層，優選為鉻、鋁、錫、鎳中的一種或含有它們中的2種或3種的合金鍍層。金屬鍍層的厚度優選為0.2-3.0微米，更優選為0.8-2微米。優選情況下，本發明提供的方法還包括在金屬鍍層上形成面漆層。所述面漆層可以是由各種面漆涂料固化形成的面漆層。例如，可以是由熱固性涂料或由紫外光固化涂料固化形成的面漆層。由于紫外光固化涂料只需在紫外線照射下即可固化形成面漆層，因此，所述面漆層優選為由紫外光固化涂料固化形成的面漆層。通過在金屬鍍層表面形成面漆層，能使金屬鍍層能得到有效地保護，延長金屬鍍層的壽命，使其保持亮麗的光澤，同時也提高了輕金屬材料的耐磨性和抗氧化性。所述紫外光固化涂料可以通過商購得到或通過各種方法制備得到。例如，可以使用力邦UV面漆等的涂料。可以采用現有技術中的各種方法將紫外光固化涂料負載到金屬鍍層上，例如，可以采用噴涂法。負載的量使面漆層的厚度為5-15微米。可以采用各種方法將紫外光固化涂料進行固化，例如，可以采用紫外光源如高壓水銀燈、弧光燈、氙光燈、熒光燈對負載有紫外光固化涂料的輕金屬材料進行照射的方法，紫外光的光強和照射時間以及紫外光與輕金屬材料的照射距離使紫外光固化涂料固化形成面漆層。一般地說，紫外光的光強越強，照射距離越近，面漆層的厚度越小，則使紫外光固化涂料固化所需的照射時間越短；反之照射時間就長。本發明優選使用常規使用的高壓水銀燈，燈光波長優選為380-420納米；選擇照射距離為1-30厘米，優選為10-20厘米；UY能量為400-1500毫焦/平方厘米，優選為800-1200毫焦/平方厘米。在上述條件下，可以使厚度為5-15微米的面漆層固化。此外，本發明在所述金屬鍍層和微弧氧化膜層之間可以形成一層底漆層也可以不形成所述底漆層。在沒有底漆層直接鍍金屬層的情況下，輕金屬材料的各項性能均很好，但是金屬鍍層的光亮度會大大降低。本發明的發明人進一步研究發現，常規的底漆涂料對微弧氧化膜層具有很好的親和性，在對輕金屬進行微弧氧化處理之后，再進行底漆噴涂，然后再通過PVD法進行金屬鍍膜，能使金屬鍍層的結合力進一步加強。因此，優選情況下，本發明提供的方法還包括在金屬鍍層和微弧氧化膜層之間形成底漆層，所述底漆層的厚度為5-10微米。形成所述底漆層的涂料以及固化方法可以和面漆層的相同。優選情況下，本發明還包括在微弧氧化處理之后，在微弧氧化膜層上進行補土處理，所述補土的方法為本領域技術人員所公知。進一歩優選情況下，本發明提供的方法還包括預先對輕金屬材料進行打磨、拋光、脫脂、堿洗等預處理步驟。本發明提供的方法適用于各種輕金屬材料，例如可以是鋁、鎂、鈦、鋁合金、鎂合金以及鈦合金等。按照本發明的一種優選實施方式，本發明提供的鎂合金材料制的備方法依次包括①對鎂合金底材進行打磨、拋光、脫脂、堿洗；②微弧氧化處理;③填充人工補土劑、研磨；④形成底漆層；⑤形成物理氣象沉積金屬鍍層；⑥形成面漆層。下面的實施例將對本發明作進一步的說明。其中，輕金屬材料選用尺寸為80毫米X50毫米X2毫米的壓鑄鎂合金。實施例1本實施例說明本發明提供的輕金屬材料的表面處理方法。(1)將鎂合金基材進行打磨、拋光、脫脂、堿洗。采用人工打磨的方法對鎂合金基材進行打磨，去掉鎂合金基材多余料頭和毛刺，再用砂紙進行拋光，直到用1200目的砂紙打磨平滑即可，然后用丙酮作為脫脂溶劑對經過打磨、拋光后的鎂合金基材進行清洗，反復2次。脫脂完畢后采用氫氧化鈉含量為30克/升、磷酸鈉含量為40克/升、硅酸鈉為20克/升的堿性溶液對鎂合金底材進行清洗。清洗的溫度為85"C，清洗的時間為10分鐘。然后水洗5分鐘(2)微弧氧化處理將NaOH含量為20克/升、Na2Si03含量為20克/升、Na3P04含量為20克/升的電解質溶液加入到電解槽中，使電解質溶液保持在常溫下即可。以鎂合金基材為陽極，電解槽為陰極，在400伏特的電壓下進行微弧氧化處理，其間用磁力攪拌器對電解質溶液進行攪拌，處理時間為10分鐘。處理結束后，用清水洗滌2分鐘，再將鎂合金基材用離子風槍吹干，得到包括微弧氧化膜的合金，用涂鍍層測厚儀(德國PHYNIX公司，Pocket-Surfix)測得微弧氧化膜的厚度為5微米。(3)修整平面用吉同公司生產的補土劑20克修補鎂合金上的微孔，在16(TC的烤爐中烘烤15分鐘，使其固化，然后用1000#或1500#的砂紙進行打磨。(4)形成底漆層將紫外光固化涂料(阿克蘇UV底漆涂料)噴涂到微弧氧化膜層上，然后用紫外光波長為400納米的高壓水銀燈進行照射，燈與基材的距離為15厘米，UV能量為1000毫焦/平方厘米。得到底漆層。用涂鍍層測厚儀(德國PHYNIX公司，Pocket-Surfix)測得底漆層厚度為8微米。(5)形成金屬鍍層采用磁控濺射設備進行金屬鍍膜，磁控濺射設的工藝參數如下本底真空度2.0xl(^帕以下；轉速5/分鐘；基片溫度50°C;靶基距離12厘米；陰極和陽極之間的電壓400伏特；電流12安培；濺射真空度0.5帕斯卡；濺射時間5分鐘/片；靶材為鋁。得到鋁金屬層。用涂鍍層測厚儀(德國PHYNIX公司，Pocket-Surfix)測得鋁金屬層的厚度為2.0微米。(6)形成面漆層將紫外光固化涂料(力邦UV面漆)噴涂到金屬鍍層上，然后用紫外光波長為400納米的高壓水銀燈進行照射，燈距為15厘米，UV能量為1000毫焦/平方厘米。得到面漆層。用涂鍍層測厚儀(德國PHYNIX公司，Pocket-Surfix)測得面漆層厚度為IO微米。通過上述步驟最終得到鎂合金材料Al。對比例1本對比例說明現有技術提供的輕金屬材料的表面處理方法。按照實施例1的方法對鎂合金基材進行表面處理，不同的是，所述步驟(2)為將JASCO公司生產的皮膜液161克PZ-610A、1克PZ-610B、3.5克PZ-610C、15克活化劑M3-410和30克調整劑MD-420混合均勻，然后將步驟(1)得到的鎂合金基材在上述混合物中進行化成，化成的溫度為60°C，時間為30秒，化成后用清水洗凈，取出，在150'C下烘烤25分鐘。最終得到鎂合金材料D1。實施例2按照實施例1的方法對鎂合金基材進行表面處理，不同的是，在進行微弧氧化處理后，直接進行磁控濺鍍金屬鍍層。最終得到鎂合金材料A2。實施例3按照實施例1的方法對鎂合金基材進行表面處理，不同的是，在進行微弧氧化處理后，直接進行磁控濺鍍金屬鍍層。并且不噴涂面漆層。最終得到鎂合金材料A3。實施例4本實施例說明本發明提供的鎂合金材料的性能。按照下述方法分別對實施例1得到的鎂合金材料Al進行結合力測試、RCA紙帶耐磨測試、鉛筆硬度測試和鹽霧測試，結果如表l所示。(1)結合力測試(ASTMD3359-93)儀器百格刀L500001;檢驗方法ASTMD3359，間距1毫米，拉起角度90°，膠帶3M600(2)RCA紙帶耐磨測試使用型號為F350008的RCA紙帶耐磨儀，在175克力下磨擦鎂合金材料表面涂層，鎂合金材料表面涂層磨至露底時，記錄橡膠輪轉動的圈數；(3)鉛筆硬度測試(ASTMD3363-74)儀器鉛筆硬度計F130027檢驗方法ASTMD3363，負荷750克，鉛筆三菱UNI(4)鹽霧測試將鎂合金材料樣品置于鹽霧箱內，在35r下用5±0.5重量％的氯化鈉鹽水噴涂樣品8小時后，取出并置于另外一個溫度為22.5°C、相對濕度為47.3。/。RH的恒溫恒濕箱中，放置8小時后，觀察樣品，記錄樣品表面的腐蝕面積占鍍層總面積的百分含量(鍍層總面積按金屬鍍層計算)。對比例2按照實施例4的方法對對比例1的鎂合金材料Dl進行性能測試。結果如表1所示。實施例5-6這些實施例說明本發明提供的鎂合金材料的性能。按照實施例4的方法對實施例2-3的鎂合金材料Al-A2進行性能測試。結果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表1可以看出，本發明實施例1-3制得的鎂合金材料Al-A3的金屬鍍層與基材表面的結合力均到達4B以上，對比例1制得的鎂合金材料D1的金屬鍍層與基材表面的結合力僅為2B，因此，本發明提供的方法能大大提高了金屬鍍層與輕金屬材料的表面的結合力。其中，實施例2與實施例3制得的鎂合金材料A2和A3相比鎂合金材料Al的金屬鍍層結合力要差，說明底漆層能進一步提高金屬鍍層與基材表面的結合力。此外，由于PVD鍍膜本身耐磨性以及硬度較差，因此，實施例3中在沒有面漆層的情況下，雖然金屬鍍層結合力較強，但是，耐磨性以及硬度不好。因此，本發明優選在面漆層上噴涂面漆層，以得到金屬鍍層結合力、耐磨性、硬度、耐腐蝕性都好的輕金屬材料。權利要求1.一種輕金屬材料的表面處理方法，該方法包括在輕金屬材料表面形成金屬鍍層，其特征在于，在形成金屬鍍層之前，先在輕金屬材料表面形成微弧氧化膜層。2、根據權利要求1所述的方法，其中，所述微弧氧化膜層的的形成方法包括將輕金屬材料置于盛有電解質溶液的電解槽中，以輕金屬材料為陽極，電解槽作為陰極，將輕金屬材料氧化，所述氧化條件使得到的微弧氧化膜層的厚度為3-10微米。3、根據權利要求2所述的方法，其中，所用電解質溶液為含有堿金屬氫氧化物、堿金屬的硅酸鹽、堿金屬的磷酸鹽的水溶液，堿金屬氫氧化物的含量為1-20克/升、堿金屬的硅酸鹽的含量為5-20克/升、堿金屬的磷酸鹽的含量為2-20克/升；電解電壓為300-800伏特，溫度為20-5(TC，時間為5-20分鐘。4、根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括在金屬鍍層上形成面漆層，所述面漆層的厚度為5-15微米。5、根據權利要求4所述的方法，其中，所述面漆層由紫外光固化面漆涂料或熱固化面漆涂料形成。6、根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括在金屬鍍層和微弧氧化膜層之間形成底漆層，所述底漆層的厚度為5-10微米。7、根據權利要求6所述的方法，其中，所述底漆層由紫外光固化底漆涂料或熱固化底漆涂料形成。8、根據權利要求l、4或6所述的方法，其中，所述金屬鍍層為鉻、鋁、錫中的一種或含有它們中的2種或3種的合金的鍍層，鍍層的厚度為0.2-2微米。9、根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬鍍層由物理氣象沉積法形成。10、根據權利要求1所述的方法，其中，所述輕金屬為鎂、鋁、鈦、鎂合金、鋁合金或鈦合金。全文摘要一種輕金屬材料的表面處理方法，該方法包括在輕金屬材料表面形成金屬鍍層，其中，在形成金屬鍍層之前，先在輕金屬材料表面形成微弧氧化膜層。本發明通過先對輕金屬進行微弧氧化處理，再進行金屬鍍膜的方法，大大提高了金屬鍍層與輕金屬材料的表面的結合力。例如，通過本發明提供的方法制備得到的鎂合金材料的金屬膜層的結合力均到達4B以上，而通過現有技術的方法得到的鎂合金材料的金屬膜層的結合力僅為2B。此外，本方法是一種高品質的表面處理工藝，對材料的耐蝕性和外觀裝飾性均有很大提高。文檔編號C25D11/02GK101210335SQ20061017260公開日2008年7月2日申請日期2006年12月30日優先權日2006年12月30日發明者清宮,源鐘,陳曉梅申請人:比亞迪股份有限公司