CN101338409B - 汽车轮毂盖镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车轮毂盖镀膜方法，依次包括预处理、光固化底涂、离子轰击镀铬、光固化面涂等步骤。本发明采用干法镀取代传统的湿法电镀，采用铬层取代传统的Ni-Cu-Cr三金属涂层。该干法镀法不含有毒物质，没有三废问题，无需三废处理，工艺过程简单，对环境无污染。工人劳动条件好，对工人身体健康影响小。不需要使用铜、镍、铬等贵重金属，只使用少量铝，成本大大降低。工艺简单，工序少，生产成本低。用电量约为电镀的1/5-1/7，用水量约为电镀的1/10-1/20。整体生产成本约为电镀的1/2，具有较高的经济效益。并在光固化面涂原料中加入纳米陶瓷粒子，改进了分散和混合工艺，显著提高了表面耐磨性。
Description
【技术领域】
本发明涉及材料表面处理领域，尤其涉及一种对汽车轮毂盖的镀膜方法。
【背景技术】
汽车轮毂盖的材料为ABS塑料，为提高其表面外观质量以及使用性能，对其采用电镀工艺进行表面处理。
汽车轮毂盖的表面电镀处理流程为：除油→粗化→还原→活化→化学镀镍→电镀焦铜→电镀酸铜→电镀半亮镍→电镀铬。ABS塑料的表面采用电镀处理后，能获得很高的表面质量和良好的使用性能。
但是这种表面电镀工艺存在诸多无法克服的缺陷：
1.电镀废液中含有有毒金属，需要进行三废处理，其治理过程复杂，治理成本高，并且还不能完全杜绝环境污染；
2.需要消耗大量的铜、镍、铬等贵重金属，成本高；
3.塑料电镀的工艺复杂，工序多，生产成本高；
4.用电量大，耗水量大，生产成本高；
5.塑料电镀过程的劳动条件差，对工人身体健康有一定影响。
因此，ABS塑料表面处理的电镀工艺已不能满足环境、成本等因素的需求，急需开发出一种对环境无污染、工艺过程简单、成本低的镀膜方法。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种汽车轮毂盖镀膜方法，来取代电镀，节能，降耗，环保，简化工艺，降低成本，并保证镀层结合力和使用性能良好，外观色泽基本上与电镀轮毂盖一致。
为实现上述目的，本发明提出了一种汽车轮毂盖镀膜方法，依次包括如下步骤：
预处理：先用有机溶剂擦洗，除去工件表面油污和残存的脱模剂，再用静电除尘器或离子化风机进行除尘处理，中和塑料表面的电荷，并使吸附的灰尘脱落；
光固化底涂：先采用喷涂法将光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在50℃烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化；
离子轰击镀铬：光固化底涂后1小时内进入离子轰击装置，将金属铬在真空条件下通电引弧气体和离化，铬离子高速飞向工件，并牢固地沉积在工件表面；
光固化面涂：采用喷涂法将聚酯丙烯酸酯光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在50℃烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化。
作为优选，所述预处理步骤中有机溶剂采用醇类有机溶剂或脂肪烃有机溶剂或醚类有机溶剂。
作为优选，所述预处理步骤中擦洗之后、静电除尘之前还将工件浸泡在处理液中进行侵蚀预处理，然后水洗5min-10min，再干燥，处理液为420g/l的铬酸与200g/l的密度为1.84g/cm3的硫酸的混合溶液。
作为优选，所述光固化底涂步骤中所采用的光固化涂料由以下物质组成且质量比为：聚氨酯丙烯酸酯∶季戊四醇三丙烯酸酯∶丙烯酸苯氧乙酯∶二苯甲酮∶Irgacure651∶异丙醇∶正丁醇＝85∶5∶10∶2∶4∶47∶24。
作为优选，所述光固化底涂步骤中光固化机工作室内装有四支线功率各为80W/cm的紫外灯，灯距120mm。
作为优选，所述紫外灯采用汞灯。
作为优选，所述光固化底涂步骤中烘箱内加热流平时间为5分钟。
本发明的有益效果：本发明采用干法镀取代传统的湿法电镀，采用铬层取代传统的Ni-Cu-Cr三金属涂层。该干法镀层不含有毒物质，没有三废问题，无需三废处理，工艺过程简单，对环境无污染。工人劳动条件好，对工人身体健康影响小。不需要使用铜和镍，只使用少量铬，成本大大降低。工艺简单，工序少，生产成本低。用电量约为电镀的1/5-1/7，用水量约为电镀的1/10-1/20。整体生产成本约为电镀的1/2，具有较高的经济效益。并在光固化面涂原料中加入纳米陶瓷粒子，改进了分散和混合工艺，显著提高了表面耐磨性。镀层的结合力、使用性能和外观色泽都基本上与电镀轮毂盖一致。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明汽车轮毂盖镀膜方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
实施例一：
如图1所示，汽车轮毂盖镀膜方法，依次包括如下步骤：
预处理1：先用有机溶剂擦洗，除去工件表面油污和残存的脱模剂，再用静电除尘器或离子化风机进行除尘处理，中和塑料表面的电荷，并使吸附的灰尘脱落。
汽车轮毂盖通常用ABS(丁二烯-苯乙烯-丙烯晴共聚物)塑料制造。ABS塑料虽然结晶度低，极性大，可以直接涂装，但附着力不高，因而要通过预处理来提高附着力和涂层质量。
首先要彻底清除表面油污和残存的脱膜剂。脱膜剂(硬脂酸锌、硅油)的残存容易引起涂层缩孔和附着不良等缺陷，所以要清除掉。脱脂方法很多，较常使用的是有机溶剂，对ABS塑料而言，常采用醇类有机溶剂或脂肪烃有机溶剂或醚类有机溶剂。
ABS塑料在脱脂后，为进一步提高涂层质量，可考虑采用较稀的铬酸处理液侵蚀(化学氧化处理)或其他化学预处理。具体操作为：将工件浸泡在处理液中进行侵蚀预处理，然后水洗5min-10min，再干燥，处理液为420g/l的铬酸与200g/l的密度为1.84g/cm3的硫酸的混合溶液。
另外，塑料是电的不良导体，表面容易聚集静电，吸附粉尘，因而需要用静电除尘器或离子化风机将塑料表面的静电和粉尘清除。
光固化底涂2：先采用喷涂法将光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在500C烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化。烘箱内加热流平时间最佳为5分钟。
在塑料真空镀膜之前，先用适合的涂料“打底”，可以防止真空镀膜时塑料中的挥发性杂质逸出，以免影响镀膜质量。塑料表面有一定的凹凸不平，用几十纳米或更厚的底涂层，可以显著减少不平度，从而提高真空镀层的反射和镜面效果。合适的底涂还是真空镀层与塑料基底两者之间良好的过渡层，避免真空镀层热膨胀系数与塑料差异过大而造成的表面缺陷，如过大的内应力裂纹和剥落等，并且提高了镀层的结合力和力学性质。对于一些耐热性差的塑料，底涂可以起到一定的防护作用，保护塑料免遭热变形。
本发明采用光固化底涂技术。光固化涂料主要指在250纳米至420纳米波长的紫外光照射下迅速交联固化成膜的一类涂料。它与一般的溶剂型涂料相比，有着较多优点：①溶剂含量少，在光固化时溶剂挥发甚少，这有利于环保。②固化速度快，通常在室温下10秒以内完成固化，做到了高效率。③固化温度低，在涂装时除一些光固化涂料需在几十度下保持少许时间进行流平外，其余都在室温下完成，这对耐热性较差的塑料很有利。④固含量很高，几乎达到100％，固体完成后涂层体积收缩率很小，并且在以后真空镀膜时涂层不会逸出挥发性物质，从而有利于真空镀层药铺良好的结合力和高度光亮性。⑤耗能少，约为热固化时耗能量的10％至30％。⑥涂装设备较为简单，生产管理较为容易，生产质量易稳定，可靠性好，并且适合于流水化或半流水作业。
光固化涂料主要由低聚物、活性稀释剂和光引发剂三部分组成，此外，可按需要，加入少许助剂如流平剂、稳定剂、促进剂、染料、颜料等。
对于光固化涂料，光引发剂是必需的。它的分子在紫外光照射下，经历化学作用后产生能够引发单体聚合的活性碎片，可以是自由基、阳离子、阴离子或离子自由基。其中使用较为广泛的是自由基集合光引发剂和阳离子聚合光引发剂。具体种类很多。自由基聚合光引发剂按产生活性自由基的作用的作用机理不同，主要分为裂解型光引发剂(亦称I型光引发剂)和夺氢型光引发剂(亦称II型光引发剂)两大类。例如二苯甲酮是一种II型光引发剂，有一定的吸光能力，与其配合的是氢供体(亦称助引发剂)，如叔胺。二苯甲酮吸收光能，在激发态与叔胺发生双分子作用，产生活性自由基。
低聚物和活性稀释剂合为“感光组成”，约占整个光固化涂料配方质量的90％以上。低聚物又称预聚物，是光固化涂料配方的基体树脂，在很大程度上决定了涂层的基本性能。低聚物的分子量通常为几百至几千，分子量过大会造成涂料黏度太高。光固化涂料中的低聚物具有在光照下可进一步反应或聚合的基因。目前自由基聚合机理的光固化涂料有不饱和聚酯、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、丙烯酸酯官能化的聚丙烯酸酯树脂等低聚物可供选择。阳离子聚合机理的光固化涂料有各种环氧树脂、环氧官能化聚硅氧烷树脂、具有乙烯基醚官能团的树脂等低基物。对于真空镀膜来说，目前底涂使用的光固化涂料，普遍采用聚氨酯丙烯酸作为低聚物原料，它是利用多异氰酸酯的NCO基因与多元醇羟基的反应，并利用含羟基的丙烯酸酯引入光活性基因。聚氨酯丙烯酸酯的英文缩写为PUA，可使涂层具有良好的柔顺性和一定的黏附力。
活性稀释剂是用来降低老固化涂料黏度，并且通常能参加固相反应的单体或低聚物。它多为含有可聚合官能团的小分子(习惯上称为单体)，按每个分子所含反应性基团的多少，分为单官团活性活性稀释剂、双官能团活性稀释剂和多官能团活性稀释剂。单官能团活性稀释剂的(甲基)丙烯酸酯类为主，如异冰片基丙烯酸酯(IBOA)、β-羧乙基丙烯酸酯(β-CEA)等。双官能团活性稀释剂的固化速度较快，成膜交联密度增大，同时保持良好的稀释性，因而双官能团(甲基)丙烯酸酯类单体较广泛应用于光固化涂料，如二缩丙二醇双丙烯酸酯(DPGDA)、三缩丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)等。多官能团活性稀释剂含有3个或更多的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯活性基团，使涂料光固化速度加快，涂层硬度高而脆性大，挥发性低，黏度较大，因而主要用来调节性能，而不是降低黏度，如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等。其他四到六官能团的单体有季茂四醇四丙烯酸酯(PETTA)等。
涂装工艺包括涂布和固化两部分。涂布有多种方法，本发明采用喷涂法将光固化涂料均匀地涂布在工件表面。固化采用光固化法，并且以紫外光源作为固化光源。生产上采用汞灯做紫外光源。汞灯为透明石英管，其内封装有汞、惰性气体、灯丝及两端电极，通电加热灯丝时，管内的汞蒸发受到激发，跃迁到激发态，然后从激发态回到基态时便发射紫外光。按管内汞蒸发压力大小可分为低压、中压和高压三类汞灯。低压汞灯的功率较小，一般只有几十瓦，生产上很少使用。中压汞灯的管内汞蒸气压为105pa，在紫外区主要发射波长为365nm，其次是313nm、303nm，使用寿命约为1000小时至1500小时。高压汞灯的管内汞蒸气压为105pa至106pa，发射强的紫外光和可见光，输出功率可达普通中压汞灯的十倍，灯管温度可达6000C，而电极温度高达20000C，需要冷却保护，使用寿命约为75小时至100小时。汞灯光强度常用线功率表示。即单位灯管长度的灯输出功率，单位是W/cm.，目前使用的中压汞灯的线功率多为80和120W/cm，最大达240W/cm，而高压汞灯的线功能为50W/cm至1000W/cm.。生产上通常将多根汞灯一起放于灯箱中，汞灯周围装有光反射罩，并且有水冷装置，工作室大部分封闭，以免紫外光伤及人体，尤其是眼睛。涂后工件在进入光固机之前，要在室温及几十度温度下搁置一些时间，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化。
本实施例中光固化涂料由以下物质组成且质量比为：聚氨酯丙烯酸酯∶季戊四醇三丙烯酸酯∶丙烯酸苯氧乙酯∶二苯甲酮∶Irgacure651∶异丙醇∶正丁醇＝85∶5∶10∶2∶4∶47∶24。
离子轰击镀铬3：光固化底涂后1小时内进入离子轰击装置，将金属铬在真空条件下通电引弧气体和离化，铬离子高速飞向工件，并牢固地沉积在工件表面；
离子轰击镀铬是将金属铬在真空条件下通电引弧气体和离化，铬离子高速飞向工件，并且牢固地沉积在工件表面，这种真空镀铬方法的显著特点是没有电镀的三废问题。尤其是消除了六价铬等危害。其镀层的颜色和光泽，大致与电镀铬相同，而硬度、耐磨性、耐蚀性等使用性能良好，配以合适的底涂与面涂之后，可与电镀镍铜铬三金属镀层相当，同时避免了铜、镍等较为贵重金属的使用，铬的消耗量也很少。
离子轰击可以有多种设计装置。生产上可利用现有的阴极电弧离子镀装置，其电弧形式是在冷阴极表面上形成阴极电弧斑点。这种装置的基本结构是：真空室中有一个或多个作为蒸发离化源的阴极以及放置工件的阳极(相对于地来说也处于负电位)。其中蒸发离化源通常由靶(形状有圆形，矩形和柱状)、磁体有固定和运动两种永磁体)、引弧机构和冷却系统等组成。离子轰击镀铬时为真空状态而不充入工作气体与反应气体，电弧被引燃后阴极表面出现许多不连续而随机运动的斑点，由斑点处发射铬离子飞向工件。
本实施例中用阴极电弧离子镀设备进行离子轰击镀膜。镀膜工艺参数如下：
铬靶(Φ60mm) 4个
靶与工件间距 400mm
真空度 1.7×10-2pa
靶流 80A
靶压 21V
镀膜时间 3min。
光固化面涂4：采用喷涂法将聚酯丙烯酸酯光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在500C烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化。
工件经底涂和离子轰击镀铬后要进行面涂。对面镀层的基本要求是：与镀铬层有良好的接触性能；成膜性能优良；有适合的黏度和流平性；与底涂层有一定的相溶性；可见光透明；有良好的硬度、耐磨性、耐划伤性和耐蚀性；防潮、防水和抗老化性能优异。
聚酯丙烯酸酯的综合性能良好，其中耐划伤性能较为突出，在真空镀膜面涂中受到重视。聚酯丙烯酸酯的英文简写为PEA，是在饱和聚酯的基础上进行丙烯酸酯化引入光活性基团。其黏度比聚氨酯丙烯酸酯低得很多，光固化速率受影响，表面痒阻聚较明显.现有多种方法如胺改性、主链上引入醚键等来改善这种状况，取得良好的效果。
光固化面涂4的工艺与光固化底涂2基本相同。
实施例二：
本实施例中预处理1、光固化底涂2、光固化面涂4三个步骤的处理与实施例相同。
离子轰击镀铬3步骤中应阴极电弧离子镀设备进行离子轰击镀铬，工艺参数如下：
铬靶(Φ60mm) 18个
靶与工件间距 400mm
真空度 1×10-1pa
靶流 40A
靶压 20V
时间 2min。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
预处理(1)：先用有机溶剂擦洗，除去工件表面油污和残存的脱模剂，再用静电除尘器或离子化风机进行除尘处理，中和塑料表面的电荷，并使吸附的灰尘脱落；
光固化底涂(2)：先采用喷涂法将光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在50℃烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化；所述光固化底涂(2)步骤中所采用的光固化涂料由以下物质组成且质量比为：聚氨酯丙烯酸酯∶季戊四醇三丙烯酸酯∶丙烯酸苯氧乙酯∶二苯甲酮∶Irgacure651∶异丙醇∶正丁醇＝85∶5∶10∶2∶4∶47∶24，
离子轰击镀铬(3)：光固化底涂后1小时内进入离子轰击装置，将金属铬在真空条件下通电引弧气体和离化，铬离子高速飞向工件，并牢固地沉积在工件表面；
光固化面涂(4)：采用喷涂法将聚酯丙烯酸酯光固化涂料均匀地涂布在工件表面，放在50℃烘箱中保持3-7分钟加热流平，然后由输送带送入光固化机工作室，经紫外光照射而固化。
2.如权利要求1所述的汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：所述预处理(1)步骤中有机溶剂采用醇类有机溶剂或脂肪烃有机溶剂或醚类有机溶剂。
3.如权利要求1所述的汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：所述预处理(1)步骤中擦洗之后、静电除尘之前还将工件浸泡在处理液中进行侵蚀预处理，然后水洗5min-10min，再干燥，处理液为420g/l的铬酸与200g/l的密度为1.84g/cm3的硫酸的混合溶液。
4.如权利要求1所述的汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：所述光固化底涂(2)步骤中光固化机工作室内装有四支线功率各为80W/cm的紫外灯，灯距120mm。
5.如权利要求4所述的汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：所述紫外灯采用汞灯。
6.如权利要求1所述的汽车轮毂盖镀膜方法，其特征在于：所述光固化底涂(2)步骤中烘箱内加热流平时间为5分钟。
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