CN101293460B

CN101293460B - 一种轻金属材料的表面装饰方法

Info

Publication number: CN101293460B
Application number: CN2007100976343A
Authority: CN
Inventors: 李爱华
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: CN101293460A

Abstract

本发明提供了一种轻金属材料的表面装饰方法，其中，该方法包括在轻金属材料表面形成阳极氧化膜，然后在所述阳极氧化膜上喷涂一种透明或有色的漆层，并进行烤漆，然后使形成漆层的所述轻金属材料露出部分金属，在所述轻金属材料露出的部分金属上通过电泳涂装形成另一种颜色的电泳漆层。通过本发明的方法，能得到色彩丰富、图案精美的轻金属产品。该轻金属产品表面漆膜均匀光滑、外观美丽，且硬度和附着力均符合标准。

Description

一种轻金属材料的表面装饰方法

技术领域

本发明涉及一种表面装饰方法，尤其涉及一种轻金属材料的表面装饰方法。

背景技术

轻金属材料，例如铝、镁、钛、铝合金、镁合金以及钛合金等，具有密度小、导电导热能力强、力学性能优异及可二次加工等优点，因此在国民经济中得到了广泛的应用。但是，轻金属材料本身是一种易腐蚀的材料，因此为了更好地利用轻金属材料，通常通过对轻金属材料进行阳极氧化处理等方法来避免金属材料的腐蚀。

而现代社会除了追求产品本身优异的性能之外，还希望其具备装饰性的外观，以提高其附加价值。文献(铝氧化装饰工艺，沈亚光，电镀与环保，Vol.25，No.5，Sep.2005)介绍了一种电泳涂装方法，该方法在室温条件下，以溶解性好的丙烯酸电泳涂料作为电泳液，将被阳极氧化了的铝制件作为阳极，不锈钢作为阴极，通过直流电，在该铝制件上沉积一层均匀的丙烯酸涂层，烘干后得透明均匀的光亮层。另外，也可以在电泳液中加入色浆，从而获得不同的色彩。

但是，用电泳涂装的方法只能在制件上形成单一色彩，无法获得表面色彩丰富，图案精美的产品。而且该方法得到的制件表面涂层不均匀，表面不够美观，其附加价值不高。其原因是铝制件通过阳极氧化形成氧化膜后，制件表面具有很高的介电性，使得制件导电性不良，而电泳涂装工艺的先决条件是待加工工件是导电的，因此，通过电泳涂装的方法在表面形成有氧化膜的铝制件上形成涂层显然难度较大，而且即使能形成涂层，由于不同位置的氧化膜导电性不一，该涂层的均匀性也很难控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中得到的轻金属材料表面色彩单调、附加价值低的缺陷，提供一种能获得表面具有丰富的色彩或精美的图文、产品附加价值高的轻金属材料的表面装饰方法。

本发明提供了一种轻金属材料的表面装饰方法，其中，该方法包括在轻金属材料表面形成阳极氧化膜，然后在所述阳极氧化膜上喷涂一种透明或有色的漆层，并进行烤漆，然后使形成漆层的所述轻金属材料露出部分金属，在所述轻金属材料露出的部分金属上通过电泳涂装形成另一种颜色的电泳漆层。

本发明通过先在轻金属表面形成阳极氧化膜，再在该阳极氧化膜上喷漆，然后通过机械或激光雕刻的方法在轻金属材料表面形成图文，然后再进行电泳涂装后，能得到色彩丰富、图案精美的轻金属产品。该轻金属产品表面漆膜均匀光滑、外观美丽，且硬度和附着力均符合标准。

因此，本发明的方法制备得到的轻金属产品具有极高的附加价值，极具市场开发前景。

具体实施方式

本发明所述的轻金属材料的表面装饰方法包括在轻金属材料表面形成阳极氧化膜，然后在所述阳极氧化膜上喷涂一种透明或有色的漆层，并进行烤漆，然后使形成漆层的所述轻金属材料露出部分金属，在所述轻金属材料露出的部分金属上通过电泳涂装形成另一种颜色的电泳漆层。

所述阳极氧化的方法为本领域技术人员所公知。根据不同的轻金属可以采用不同的阳极氧化方法，例如，对于铝以及铝合金可以按照如下方法进行阳极氧化：在150-250克/升的硫酸溶液中，以铝或铝合金材料作为阳极，以铅板作为阴极进行阳极氧化，所述阳极氧化的电压可以是10-40伏，电流密度可以是0.8-1.6A/dm²，时间可以是20-40分钟。所述阳极氧化得到的阳极氧化膜的厚度可以是5-20微米。

所述喷漆的方法为本领域技术人员所公知。在形成有阳极氧化膜的轻金属材料上进行喷漆得到漆层，然后进行烤漆即可。所述漆层可以是透明的或有色的。所述漆层的厚度可以是5-35微米。适当增加漆层厚度，使得漆层除了美观之外同时兼具保护轻金属材料的作用。优选情况下，所述漆层的厚度为10-25微米。所述用于喷漆的涂料可以是常规使用的各种喷漆涂料，该涂料可以商购得到。例如，可以选自维新公司的000508080罩光清漆或PPG公司的XPX60036低温漆。所述烤漆的方法为常规的各种方法，例如在烘箱中烘烤所述轻金属材料的漆层，使其固化即可，所述烤漆的温度为60-200℃，时间为20-120分钟。

本发明提供的方法还可以包括在喷漆之前对轻金属材料进行烘干。所述烘干为常规的烘干方法，例如可以在烘箱中进行所述烘干，所述烘干的温度为70-120℃，时间为20-120分钟。

使形成漆层的所述轻金属材料露出部分金属的方法可以采用任何本领域技术人员公知的方法，例如可以采用机械加工或采用激光雕刻的方法，其中，激光雕刻的方法精度高，容易控制，形成的图文更加精美，因此，本发明优选采用激光雕刻的方法。

所述激光雕刻可以采用各种本领域技术人员公知的激光设备进行，例如固体激光设备、气体激光设备、光纤激光设备。本发明优选使用波长为1064纳米的固体激光设备，并且该设备所使用的电流优选为8-20安、更优选为13-15安，频率优选为3000-5000赫兹、更优选4000赫兹，激光雕刻时的中间延迟为80-120微秒、更优选100微秒。

电泳涂装形成电泳漆层的方法采用本领域技术人员公知的方法。所述电泳漆层可以由阴极电泳漆形成，也可以由阳极电泳漆形成。当所述电泳漆层由阴极电泳漆形成时，形成阴极电泳漆的操作条件为本领域技术人员所公知，优选情况下该操作条件包括，电压为20-60伏，阴极电泳漆的pH为4-6、温度为15-30℃，电泳时间为30-60秒；当所述电泳漆层由阳极电泳漆形成时，形成阳极电泳漆的操作条件为本领域技术人员所公知，优选情况下该操作条件包括，电压为40-100伏，阳极电泳漆的pH为6-8、温度为15-30℃，电泳时间为40-90秒。所述电泳漆层的厚度为5-35微米。一般情况下，本发明所述电泳漆层的厚度控制为与喷涂形成的漆层的厚度相同。

用于所述电泳涂装的电泳漆可以采用市售的任何一种电泳漆，可以是阴极电泳漆，也可以是阳极电泳漆，具体选用时，可根据电泳漆生产厂家的产品说明书以及加工产品的材质的种类进行选择。市售的电泳漆例如，日本清水株式会社的CM阴极电泳漆、AM-1阳极电泳漆、W-2哑光电泳漆；上海浩力森涂料有限公司的DP-8810透彩阴极电泳漆、HS-5000LB彩色双组分阴极电泳漆；浩金国际远东集团有限公司的HDX电泳漆、HSR电泳漆、吉利凯电泳漆、吉利隆电泳漆等。为了形成色彩丰富的图文，所述电泳漆的颜色应与喷漆形成的漆层的颜色不同。

本发明提供的方法还包括在所述轻金属材料上形成电泳漆层后，将所述电泳漆层固化。将所述漆层固化的方法可以采用本领域技术人员公知的各种方法，例如在烘箱中烘烤所述轻金属材料的漆层，使其固化即可，所述烘烤温度为120-200℃，烘烤时间为20-120分钟。

另外，虽然本发明所述喷漆形成的漆层的附着力较强，但是，随着时间推移，漆层在使用中会磨损脱落，此时，由于漆膜的脱落会露出氧化膜层，这会破坏产品整体的图文色彩。因此，优选情况下，本发明所述的方法还包括在喷漆之前，对表面形成有阳极氧化膜的轻金属材料进行染色。所述染色的颜色与喷漆形成的漆层的颜色相同或相似，从而即使漆膜脱落也不会影响产品的整体图文色彩。所述染色的方法为本领域技术人员所公知。例如，可以将轻金属材料浸泡在0.5-10克/升的染色液中，该染色液的pH值为4-8，染色时间可以是1-30分钟。所述染色液由染料稀释得到，所述染料可以商购得到，例如可以是科莱恩公司或朗盛公司产的的茜素红(R)，溶靛素金黄(IGK)，酸性绿等。另外，在所述喷漆形成的漆层的颜色为透明的时候，所述染色的颜色可以是根据所需来进行自由选择。

此外，本发明所述轻金属可以是铝、镁、钛、铝合金、镁合金以及钛合金中的任意一种。

另外，按照本发明所述的方法实施一次可以在轻金属材料上得到表面具有两种颜色的装饰效果。而为了在轻金属材料上得到两种以上的颜色的装饰效果，可以重复进行本发明的方法即可。

下面，以材质为6061的铝合金工件为例，按照如下的流程对本发明的一种优选实施方式进行具体描述：

装挂→化学除油→水洗→碱浸蚀→水洗→出光→水洗→纯水洗→阳极氧化→水洗→染色→水洗→纯水洗→烘干→下挂→喷漆→烤漆→激光雕刻→二次装挂→化学除油→水洗→中和→水洗→纯水洗→电泳涂装→水洗→纯水洗→烘干→二次下挂

所述装挂是将工件固定于阳极氧化导电挂钩上。

所述化学除油是将工件浸泡在盛有化学除油剂的槽中，至洗净工件表面油渍为止，操作条件为：化学除油剂水溶液30-80克/升、温度30-80℃、时间30-300秒。化学除油剂可选用任何一种市售的化学除油剂，例如万代化工公司的206除油粉，普莱特化学公司的CY-201除油粉等。

所述碱浸蚀是将工件在温度为50-70℃、浓度为60-80克/升的NaOH溶液中浸泡5-30秒，以除去铝合金表面的氧化物。

所述出光是将工件在浓度为200-800毫升/升的HNO₃溶液中浸泡5-20秒，以除去铝合金表面的氧化物。

所述阳极氧化是在150-250克/升的硫酸溶液中，以工件作为阳极，以铅板作为阴极进行阳极氧化，所述阳极氧化的电压可以是10-40伏，电流密度可以是0.8-1.6A/dm²，时间可以是20-40分钟

所述染色是将工件浸泡在染料浓度为0.5-10克/升的染色液中，该染色液的pH值为4-8，染色时间可以是1-30分钟。所述染色液由染料稀释得到，所述染料可以商购得到，例如可以是科莱恩公司，朗盛公司产的各种有机染料。

所述染色后喷漆前的烘干是将工件在烘箱中进行烘干，所述烘干的温度为70-120℃，时间为20-120分钟。

所述下挂是将工件从阳极导电挂钩上取下。

所述喷漆是在阳极氧化膜上喷涂漆层，所述漆层的厚度为10-25微米。

所述烤漆是在烘箱中烘烤所述轻金属材料的漆层，使其固化即可，所述烘烤温度为60-200℃，烘烤时间为20-120分钟。

所述激光雕刻是采用激光雕刻机在工件表面雕刻出需要的图案或文字，操作条件为：激光雕刻机的激光波长为1064纳米，电流8-20安，频率为3000-5000赫兹，填充角度为45度、135度，填充间距为0.05毫米，中间延迟为80-120微秒。

所述二次装挂是将经过以上加工的工件装挂于阴极导电挂钩上，使预先留出的导电部位与导电挂钩的触点相接触，继续完成后面的工序。

所述中和是用3-5％的稀硫酸或10-20％的稀盐酸中和工件表面的从除油剂中带出的碱液，操作条件为室温下、中和时间1-10秒。

所述电泳涂装可以采用阴极电泳漆或阳极电泳漆。采用阴极电泳漆时，在盛有阴极电泳漆的电解槽中，以工件为阴极，在电压为20-60伏，阴极电泳漆的pH为4-6、温度为15-30℃，电泳时间为20-60秒的操作条件下电泳涂漆；采用阳极电泳漆时，在盛有阳极电泳漆的电解槽中，以工件为阳极，在电压为40-100伏，阳极电泳漆的pH为6-8、温度为15-30℃，电泳时间为40-90秒的操作条件下电泳涂漆。

所述电泳涂装后烘干是将工件在烘箱中进行烘烤，所述烘烤温度为120-200℃，烘烤时间为20-120分钟。

所述二次下挂是将工件从阴极导电挂钩上取下。

所述水洗是为了除去工件表面的附着物。

所述纯水洗是避免将不干净的水带入下道工序造成污染。

下面通过实施例对本发明的方法作进一步说明。下述本实施例中，采用阴极电泳漆进行电泳涂漆，工件为材质为5052的铝合金。

实施例1

本实施例说明由本发明提供的轻金属材料的表面装饰方法。

将工件固定于阴极导电挂钩上，然后将工件浸泡在盛有含30克/升化学除油剂(万代化工公司的206除油粉)的化学除油水溶液中，在60℃的温度下，浸泡200秒，至洗净工件表面油渍为止，然后用清水洗净工件。再将该工件用60℃的、浓度为70克/升的NaOH溶液中浸泡20秒，用清水洗净工件。然后将该工件在浓度为400毫升/升的HNO₃溶液中浸泡15秒，用清水洗净工件，再用纯水洗净工件。

然后，将工件作为阳极，以铅板作为阴极，在200克/升的硫酸溶液中进行阳极氧化。进行阳极氧化中，所述电源电压为逐渐上升至20伏，所述阳极氧化的电流密度为1.5A/dm²，时间为30分钟。最终得到厚度为15微米的阳极氧化膜。

将形成有阳极氧化膜的工件用水清洗，再用纯水清洗，然后在80℃的烘箱中烘烤40分钟。将工件从阴极导电挂钩上取下。用喷枪(日本岩田公司的W-61-1型)进行喷漆(维新公司的000508080罩光清漆)，然后在150℃下进行烤漆，时间为30分钟。形成厚度为15微米的漆层。

采用大族激光有限公司的激光雕刻机(DP-H50型)对上述喷漆得到的工件进行激光雕刻，该激光雕刻机的激光波长为1064纳米，电流为14安，频率为4000赫兹，以填充角度为45度、135度，填充间距为0.05毫米，中间延迟为100微秒，在工件表面雕刻出字母“M”的图案，并露出工件的铝合金表面。

再将该经激光雕刻的工件装挂于阴极导电挂钩上，然后将工件浸泡在盛有含30克/升化学除油剂(万代化工公司的206除油粉)的化学除油水溶液中，在60℃的温度下，浸泡200秒，至洗净工件表面油渍为止，然后用清水洗净工件。在室温下，用浓度为3重量％的稀硫酸中和工件表面的从除油粉水溶液中带出的碱液，中和时间为5秒，然后用清水洗净工件，接着用纯水洗净工件。

采用日本清水株式会社的CM阴极电泳漆，在电解槽中，将该阴极电泳漆与蓝色的色浆(日本清水株式会社产，型号为BLUE，颜色为蓝色)混合均匀，将上述除油并清洗过的工件作为阴极，阴极电泳漆的pH为4.5，在温度为23℃，电压为35伏的操作条件下，电泳40秒。形成厚度为15微米的电泳漆层。

用清水洗净之后，再用纯水洗净。在烤箱中烘烤电泳漆层，在175℃的烘烤温度下，烘烤50分钟，使漆层固化。从阴极导电挂钩上取下涂有漆层的工件，得到具有蓝色“M”图案和金属底色的工件产品A1。目视并用手触摸工件表面均匀光滑。

实施例2

按照实施例1的方法对工件进行装饰，不同的是，所述喷漆形成的漆层的厚度为10微米。所述电泳涂装的时间为25秒，形成的电泳漆层的厚度为10微米。最终得到工件产品A2。该工件产品A2具有蓝色“M”图案和金属底色，目视并用手触摸工件表面均匀光滑。

实施例3

按照实施例1的方法对工件进行装饰，不同的是，在形成阳极氧化膜后，将该工件浸泡在染料(科莱恩公司产的酸性绿)浓度为5克/升的染色液中，该染色液的pH值为5，染色时间为15分钟。进行上述染色后，再将工件用水清洗，再用纯水清洗，然后在80℃的烘箱中烘烤40分钟。将工件从阴极导电挂钩上取下。用喷枪(日本岩田公司的W-61-1型)进行喷漆(PPG公司的XPX60036低温漆，颜色为透明色)，然后在70℃下进行烤漆，时间为30分钟。形成厚度为15微米的漆层。最终得到工件产品A3。该工件产品A3具有蓝色“M”图案和绿色底色，目视并用手触摸工件表面均匀光滑。

实施例4-6

本实施例用于评价实施例1-3制得的工件产品A1-A3的性能。

1、硬度测试

铅笔硬度测试(ASTMD3363-74)

仪器：铅笔硬度计F130027

检验方法：ASTM D3363，负荷：750克，铅笔：三菱UNI

2、附着力测试(ASTM D3359)

用百格刀在漆层表面划100个1毫米×1毫米的正方形格，用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上，不留一丝空隙，然后以最快速度垂直揭起，观察划痕边缘处有无脱漆，测试漆层的完好率。

按照上述测试方法对实施例1-3所得到的工件产品A1-A3进行硬度测试和附着力测试，并将测试数据列于表1中。

表1

从表1可以看出，本发明实施例1-3制得的工件产品A1-A3上的漆膜具有良好的硬度和附着力。

Claims

1.一种轻金属材料的表面装饰方法，其特征在于，该方法包括在轻金属材料表面形成阳极氧化膜，然后在所述阳极氧化膜上喷涂一种透明或有色的漆层，并进行烤漆，然后使形成漆层的所述轻金属材料露出部分金属，在所述轻金属材料露出的部分金属上通过电泳涂装形成另一种颜色的电泳漆层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述喷涂形成的漆层和电泳涂装形成漆层的厚度各自为5-35微米。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述喷涂形成的漆层和电泳涂装形成漆层的厚度各自为10-25微米。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电泳漆层由阴极电泳漆或阳极电泳漆形成，所述电泳漆层由阴极电泳漆形成时，电泳的条件包括，电压为20-60伏，阴极电泳漆的pH为4-6、温度为15-30℃，电泳时间为20-60秒；所述电泳漆层由阳极电泳漆形成时，电泳的条件包括，电压为40-100伏，阳极电泳漆的pH为6-8、温度为15-30℃，电泳时间为40-90秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，使形成电泳漆层的工件露出部分金属的方法采用激光雕刻的方法进行，所述激光雕刻的操作条件包括，激光雕刻设备的波长为1064纳米、电流为8-20安、频率为3000-5000赫兹，激光雕刻时的中间延迟为80-120微秒。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳极氧化膜的厚度为5-20微米。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在喷漆之前，对表面形成有阳极氧化膜的轻金属材料进行染色。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烤漆的温度为60-200℃，时间为20-120分钟。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在所述轻金属材料上形成电泳漆层后，将该轻金属材料进行烘烤，所述烘烤温度为120-200℃，烘烤时间为20-120分钟。