CN101875111A - 一种喷涂用粉末、喷涂产品、喷涂方法和阳极氧化金属件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面处理技术，尤其涉及一种喷涂用粉末、喷涂产品、金属件和喷涂方法。该喷涂用粉末包括铝、稀土元素；所述喷涂用粉末是通过将原料铝纳米粉材和稀土元素机械研磨造粒而得到；所述喷涂用粉末中的95％以上的颗粒粒径为9.5-10.5微米；以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为97.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-3.00wt％。本发明的喷涂用粉末喷涂后形成的喷涂产品的表面致密，经阳极氧化等处理后，表面色泽均匀，色差ΔE小于0.7，且耐腐蚀性能优良，耐中性盐雾时间大于800小时。本发明的喷涂产品可以广泛的应用于电子产品的外壳。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面处理技术，尤其涉及一种喷涂用粉末、喷涂产品、喷涂方法和阳极氧化金属件。
背景技术
铝及铝合金的阳极氧化膜硬度高、耐磨性、耐腐蚀等性能优良，而且可以被染料着色而呈现丰富的颜色，因而可以显著提高铝材的外观和使用性能。当前，铝及铝合金的阳极氧化工艺已经相当成熟并被广泛应用。但是，对于铜含量在5wt％以上或硅含量在8wt％以上的变形铝合金以及压铸铝合金，直接进行阳极氧化处理，难以得到颜色均匀、性能优良的氧化膜层。此外，不锈钢、镁合金等金属材料无法采用类似铝的阳极氧化工艺直接着色，尽管可以通过诸如电镀、真空气相沉积等方法进行着色处理，颜色仍然十分有限，远不如铝阳极氧化膜颜色丰富。这使得这些材料作为装饰件应用受到极大限制。
发明内容
本发明要解决的问题是硅含量在8wt％以上的变形铝、铜含量在5wt％以上的变形铝和不锈钢、镁合金、锌合金等金属材料无法采用阳极氧化工艺获得色泽均匀、性能稳定的氧化装饰膜层的缺陷，从而提供一种可以在硅含量在8wt％以上的变形铝、铜含量在5wt％以上的变形铝和不锈钢、镁合金、锌合金等金属材料表面进行阳极氧化，得到色泽均匀、性能稳定的氧化装饰膜层的喷涂用粉、喷涂产品、喷涂方法和阳极氧化金属件。
本发明提供一种喷涂用粉末，该喷涂用粉末包括铝、稀土元素；所述喷涂用粉末是通过将原料铝纳米粉材和稀土元素机械研磨造粒而得到；所述喷涂用粉末中的95％以上的颗粒粒径为9.5-10.5微米；以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为97.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-3.00wt％。
本发明还提供一种喷涂产品，包括金属基材层和附着于金属基材层上的喷涂层，所述喷涂层是由本发明所述的喷涂用粉末喷涂形成。
本发明还提供一种喷涂方法，该方法包括用本发明所述的喷涂用粉末喷涂在金属基材的表面形成喷涂层。
本发明还提供一种金属件，该金属件是由本发明那个所述的喷涂产品进行阳极氧化后得到。
本发明的喷涂用粉末喷涂后形成的喷涂产品的表面致密，经阳极氧化后形成的氧化铝膜色泽均匀，色差ΔE小于0.7，且耐腐蚀性能优良，耐中性盐雾时间可大于800小时，本发明所述的金属件可以广泛用于电子产品的外壳。
具体实施方式
本发明提供一种喷涂用粉末，包括铝、稀土元素；所述喷涂用粉末是通过将原料铝纳米粉材和稀土元素机械研磨造粒而得到；所述喷涂用粉末中的95％以上的颗粒粒径为9.5-10.5微米；以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为97.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-3.00wt％。
本发明的喷涂用粉末，在优选情况下，以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为99.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-1.00wt％。
本发明的喷涂用粉末，在优选情况下，所述机械研磨造粒的方法为，在惰性气体环境下，乙醇介质中，采用高能球磨法对所述的铝粉和稀土元素进行熔结、断裂，使晶粒达到纳米尺寸后除去乙醇介质。
本发明的喷涂用粉末，在优选情况下，所述高能球磨的铝粉和乙醇的质量比为1-2∶5，所述磨球与铝粉的质量比为20-30∶1。
本发明的喷涂用粉末，在优选情况下，所述高能球磨的转速为200-400转/分钟，球磨时间为10-30小时。
本发明的喷涂用粉末，在优选情况下，所述稀土元素是钇、镱、钆、钕、铈、镧中的一种或几种。加入稀土元素可使纳米结构的铝在高能球磨的时候生成类Y(Yb)AlO3相，这种复合氧化物的形成能增强铝涂层的韧性、耐磨性，同时还可有效抑制铝粉被氧化的比重，继而获得高质量的氧化铝膜层。
如本领域的技术人员所公知，一般的铝材中或多或少都含有少量的杂质，所以由于所用原料的限制，本发明所述的喷涂用粉末中还可以含有少量的其他元素，如硅、铜、镍、镁、锰、铬等。
本发明提供一种喷涂产品，包括金属基材层和附着于金属基材层上的喷涂层，所述喷涂层是由本发明所述的喷涂用粉末喷涂形成。
本发明所述的喷涂产品，在优选情况下，所述喷涂层的厚度为50-200微米，该厚度范围可兼顾后续阳极氧化过程中，铝的溶解-氧化所需厚度，又不会因铝涂层过厚影响产品的美观。
本发明所述的喷涂产品，在优选情况下，所述金属基材是压铸铝、镁、镁合金、不锈钢、锌合金、硅含量在8wt％以上的变形铝和铜含量在5wt％以上的变形铝中的一种。
发明还提供一种喷涂方法，该喷涂方法包括用本发明所述的喷涂用粉末喷涂在金属表面形成喷涂层。
本发明所述的喷涂方法，在优选情况，所述喷涂的条件是：喷涂功率为35-80KW，送粉量为1.0-1.8kg/h，喷枪与金属基材的距离为160-230mm，喷涂时间为8-20s。喷涂功率、送粉量、喷枪到工件的距离，均会影响涂层的特征，如喷涂粒子和基体撞击时的速度和温度等。超过上述范围所得涂层的结合力、喷涂效率均会下降，不能达到预期的表面效果、喷涂效率等。
本发明所述的喷涂方法，在优选情况，所述喷涂方法为高速电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂中的一种。
本发明所述的高速电弧喷涂技术，由于该技术本身的特性，要将喷涂用粉末成型为实心铝丝进行喷涂的，高速电弧喷涂的功率更有选为35-40KW，送粉量更优选为1.5-1.8kg/h，喷枪与金属基材的距离更有选为180-200mm，喷涂时间更优选为15-20s。
本发明所述的等离子喷涂方法，直接采用喷涂用粉末进行喷涂，等离子喷涂的功率跟优选为75-80KW，送粉量更有选为1.1-1.6kg/h，喷枪与金属基材的距离更有选为160-180mm，喷涂时间更优选为10-20s。
本发明所述的超音速火焰喷涂方法，直接采用喷涂用粉末进行喷涂，超音速火焰喷涂送粉量更有选为1.0-1.5kg/h，喷枪与金属基材的距离更有选为200-230mm，喷涂时间更优选为8-15s。
本发明还提供一种金属件，所述金属件是本发明所述的喷涂产品进行阳极氧化后得到。
本发明所述的金属件的制备方法为在喷涂产品的喷涂层表面进行阳极氧化处理。所述阳极氧化工艺是本领域技术人员所公知的技术。该工艺为在180-220克/升硫酸水溶液的电解槽液，以电压为11-15伏、电流密度为1-2A/dm2、温度为18-22℃的条件下阳极氧化20-50分钟。
本发明所述的制备金属件的制备方法，在优选情况下，还要对热喷涂得到的热喷涂产品进行磁力研磨和喷砂处理。所述磁力研磨工艺是本领域技术人员所公知的技术。该工艺的转速为50-60转/秒，研磨5-15分钟；所述喷砂工艺是本领域技术人员所公知的技术。该工艺的压力为0.2-0.5千帕，喷砂距离为15-30厘米，喷砂时间为2-5s。
本发明所述的金属件的制备方法，在优选情况，在阳极氧化后进行染色和封孔处理。所述染色处理的条件为：温度为45-60℃，PH值为5.5-6.5的酸性染液中染色2-10分钟；封孔处理的条件为：温度为80-95℃封孔剂中浸渍10-30分钟后，60-80℃条件下烘烤5-15分钟。
本发明的喷涂用粉末喷涂后形成的喷涂产品的表面致密，经阳极氧化后形成的氧化铝膜色泽均匀，色差ΔE小于0.7，且耐腐蚀性能优良，耐中性盐雾时间可大于800小时，本发明所述的金属件可以广泛用于电子产品的外壳。
下面采用具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明采用高速电弧喷涂、阳极氧化技术制备铸铝基彩色氧化铝的方法。
1、喷涂用粉末的制备
在纳米纯铝粉材中加入稀土元素钆，加入的钆的质量占纳米纯铝粉材和钆的总量的0.02wt％。机械研磨造粒：在氮气环境下，乙醇介质中，将上述掺有0.02wt％稀土钆的粉材，采用高能球磨法进行熔结、断裂，球磨浓度(铝粉∶乙醇)30wt％，球料(钢球∶铝粉)质量比25∶1，转速300转/分钟，球磨时间10小时，使晶粒不断细化达到纳米尺寸，除去乙醇后，纳米粒子靠自身的静电引力团聚，最后筛选为95％的粒径在10.1微米的微米颗粒，再经压延成型为长度为1.5毫米的实心铝丝。
2、喷涂
将尺寸为8.5mm×5.0mm×0.6mm的压铸铝基材选用60目棕刚玉砂粒进行喷砂粗化表面，再进行除油、清洗。采用QS-400型高速电弧喷涂设备(大城县华鑫金属热喷涂工程有限公司)向铸铝基材表面喷涂喷涂用粉末后得到喷涂产品。高速电弧喷涂功率为40KW，送粉量为1.8kg/h，喷枪与金属基材的距离为200mm，喷涂时间为18s，喷涂环境为室温，测得喷涂的厚度为180微米。首先对制得喷涂产品进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
3、阳极氧化
将喷砂后的喷涂产品进行除油除蜡后，浸渍于由浓度为600克/升的磷酸和浓度为200克/升的硫酸组成的溶液中化学抛光10秒后，浸入盛有浓度为200克/升硫酸水溶液的电解槽中，以该工件作为阳极，在电压为14伏、电流密度为1.5A/dm2、温度为20℃的条件下阳极氧化40分钟，每步浸渍完成后须进行用去离子水进行清洗。
将阳极氧化后的基材浸入已配制好的黄色染料(杭州奥野科技实业有限公司生产的Yellow 4G)中染色8分钟，该染料溶液的浓度为5克/升，PH值为6.0，染色的温度为50℃，完成后取出并清洗干净。
将染色后的基材在封孔剂中浸渍30分钟，温度为90℃，完成封孔后用80℃的纯水清洗干净，并在70℃条件下烘烤15分钟，得到产品S1。
对比例1
本对比例用于说明采用阳极氧化技术直接在铸铝表面制备铸铝基彩色氧化铝的方法。
将尺寸为8.5mm×5.0mm×0.6mm的铸铝材料，首先对铸铝材料进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
按实施例1步骤3的方法进行阳极氧化、着色、封孔处理，得到产品CS1。
对比例2
本对比例用于说明直接由微米级铝材制备的喷涂用粉末用于喷涂得到的喷涂产品。
1、喷涂用粉末的制备
将95％颗粒粒径为60微米的球形铝粉和稀土元素钇的混合物。其中，铝含量99.50wt％，钇含量为0.50wt％。
2、喷涂
将尺寸为7.5mm×4.5mm×0.5mm奥氏体不锈钢304基材先选用50目棕刚玉砂粒进行喷砂粗化表面，预先需对非粗化表面实施遮蔽，再进行除油、清洗。采用QS-200型电弧喷涂设备(大城县华鑫金属热喷涂工程有限公司)。喷涂是为室温条件下。喷涂功率28KW，送粉量1.5kg/h，喷枪距离200mm，喷涂时间为15s，得到的喷涂层的厚度为160微米。首先对喷涂产品进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
3、阳极氧化
进行阳极氧化。按实施例1的步骤3的阳极氧化方法进行氧化、着色，所不同的是，以电压为13伏、电流密度为1A/dm2、温度为19℃的条件下阳极氧化30分钟得到产品CS2。
实施例2
本实施例用于说明本发明先采用等离子喷涂，然后用阳极氧化技术制备不锈钢基表面彩色氧化铝的方法。
1、喷涂用粉末的制备
在纳米纯铝粉材中加入稀土元素钕，加入的钕的质量占纳米纯铝粉材和钕的总量的0.05wt％。机械研磨造粒：在氮气环境下，乙醇介质中，将上述掺有0.05wt％稀土钕的粉材，采用高能球磨法进行熔结、断裂，球磨浓度(铝粉∶乙醇)20wt％，球料(钢球∶铝粉)质量比20∶1，转速300转/分钟，球磨时间20小时，使晶粒不断细化达到纳米尺寸，除去乙醇后，纳米粒子靠自身的静电引力团聚，最后筛选为97％的粒径在9.8微米的微米颗粒。
2、喷涂
将尺寸为7.5mm×4.5mm×0.5mm奥氏体不锈钢304素材先选用40目棕刚玉砂粒进行喷砂粗化表面，再进行除油、清洗。采用QN-DLZ80型等离子喷涂设备(东莞市强耐喷涂表面工程有限公司)，等离子喷涂功率80KW，送粉量1.5kg/h，喷枪距离160mm，喷涂时间为20s，测得喷涂厚度200微米。喷涂环境为室温。首先对喷涂产品进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
3、阳极氧化
按实施例1中的步骤3阳极氧化方法进行氧化、着色，所不同的是，以电压为13伏、电流密度为1A/dm2、温度为19℃的条件下阳极氧化30分钟得到产品S2。
实施例3
本实施例用于说明本发明先采用超音速火焰喷涂，然后用阳极氧化技术在铸镁表面制备彩色氧化铝膜的方法。
1、热喷用粉末的制备
在纯铝的纳米粉材中加入稀土元素钇，加入的钇的质量占纳米纯铝粉材和钇的总量的2.5wt％。机械研磨造粒：在氮气环境下，乙醇介质中，将上述掺有2.5wt％稀土钇的粉材，采用高能球磨法进行熔结、断裂，球磨浓度(铝粉∶乙醇)40wt％，球料(钢球∶铝粉)质量比30∶1，转速400转/分钟，球磨时间30小时，使晶粒不断细化达到纳米尺寸，除去乙醇后，纳米粒子靠自身的静电引力团聚，最后筛选为95％的粒径在10.5微米的微米颗粒。
2、喷涂
选用压铸镁合金，尺寸为8.0mm×4.5mm×0.6mm，用50目棕刚玉进行喷砂粗化表面，预先需对非粗化表面实施遮蔽，再进行除油、清洗。采用采用QN-CYS10型超音速火焰喷涂设备(东莞市强耐喷涂表面工程有限公司)，喷涂环境为室温。送粉量1.0kg/h，喷枪距离230mm，喷涂时间为8s，得到喷涂产品的厚度为50微米。首先对喷涂产品进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
3、阳极氧化
进行阳极氧化。按实施例1中的步骤3的方法进行阳极氧化，所不同的是以电压为12伏、电流密度为1A/dm2、温度为18℃的条件下阳极氧化20分钟得到产品S3。
实施例4
本实施例用于说明本发明先采用超音速火焰喷涂，然后用阳极氧化技术制备锌合金基彩色氧化铝的方法。
1、喷涂用粉末的制备
在纯铝的纳米粉材中加入稀土元素钇，加入的钇的质量占纳米纯铝粉材和钇的总量的1.00wt％。机械研磨造粒：在氮气环境下，乙醇介质中，将上述掺有1.00wt％稀土钇的粉材，采用高能球磨法进行熔结、断裂，球磨浓度(铝粉∶乙醇)30wt％，球料(钢球∶铝粉)质量比25∶1，转速200转/分钟，球磨时间10小时，使晶粒不断细化达到纳米尺寸，除去乙醇后，纳米粒子靠自身的静电引力团聚，最后筛选为95％的粒径在9.5微米的微米颗粒。
2、喷涂
将尺寸为8.0mm×4.5mm×0.8压铸锌合金素材，选用50目棕刚玉砂粒进行喷砂粗化表面，再进行除油、清洗。采用QN-CYS10型超音速火焰喷涂设备(东莞市强耐喷涂表面工程有限公司)，喷涂环境为室温。送粉量1.3-1.5kg/h，喷枪距离210mm，喷涂时间为13s，得到喷涂产品的厚度为100微米。首先对喷涂产品进行磁力研磨，磁力研磨条件为采用功率为1.5千瓦的磁力研磨机，转速60转/秒，研磨15分钟，再选择60目陶瓷珠进行喷砂处理，喷砂压力0.5千帕，喷砂距离20厘米，喷砂时间为5s。然后采用Surtonic25(北京泰亚赛福公司)粗糙度仪测定经喷砂后的产品的粗糙度。
3阳极氧化
进行阳极氧化处理。按实施例1中的步骤3的方法进行阳极氧化，所不同的是以电压为13伏、电流密度为1.0A/dm2、温度为19℃的条件下阳极氧化30分钟得到产品S4。
测试方法
1.喷涂产品的粗糙度
采用Surtonic25测量热喷铝涂层表层的粗糙度。测量参数Ra，取样长度0.25-2.5mm，评定长度0.8-8mm。测试结果见表1。
2.喷涂层的厚度
采用标乐ISOMET5000线性精密切割机对试样进行截取，用自动磨抛机对试样进行磨抛，在蔡司Axio Imager金相显微镜下对试样组织进行观察。该方法是将产品切割后观察截面，根据明暗度不同来反应涂层厚度，比普通的膜厚测量仪要精确。测试结果见表1。
3.氧化铝膜颜色
采用色差仪(上海智理科学仪器有限公司，SP64)判定色泽均匀性，色差仪使用D65标准照明体，400-700nm的可见光波，对各氧化铝表面进行颜色测量。测试结果见表1。
4.氧化铝膜耐腐蚀性测试
在盐雾箱内35±2℃，PH＝6.5-7.5条件下，用压缩空气将氯化钠水溶液雾化，使之沉降在产品表面，测量在含盐空气中暴露或使用样品时对样品的影响。测试结果见表1。
表1
从上述表中数据可见，实施例1-4所获喷涂层的表面致密，阳极氧化、着色处理后的色泽均匀性非常好，色差ΔE小于0.7，且耐腐蚀性能优良。对比例1中对压铸金属直接进行阳极氧化，所得氧化膜颜色不均匀，ΔE值为2.23。本发明的产品的粗糙度为0.5-3μm，而对比例2中直接采用微米级的铝材制备喷涂用粉末，所得涂层粗糙度Ra为5μm。
综上所述本发明的产品具有色彩均匀，性能稳定，非常适合应用于各种电子产品的外壳。
Claims (11)
1.一种喷涂用粉末，包括铝、稀土元素；
所述喷涂用粉末是通过将原料铝粉和稀土元素机械研磨造粒而得到；
所述喷涂用粉末中的95％以上的颗粒粒径为9.5-10.5微米；
以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为97.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-3.00wt％。
2.根据权利要求1所述的喷涂用粉末，以喷涂用粉末的质量为基准，所述铝的含量为99.00wt％-99.99wt％，所述稀土元素的含量为0.01wt％-1.00wt％。
3.根据权利要求1所述的喷涂用粉末，所述机械研磨造粒的方法为，在惰性气体环境下，乙醇介质中，采用高能球磨法对所述的铝粉和稀土元素进行熔结、断裂，使晶粒达到纳米尺寸后除去乙醇介质。
4.根据权利要求3所述的喷涂用粉末，所述高能球磨的铝粉和乙醇的质量比为1-2∶5，所述磨球与铝粉的质量比为20-30∶1。
5.根据权利要求3所述的喷涂用粉末，所述高能球磨的转速为200-400转/分钟，球磨时间为10-30小时。
6.根据权利要求1所述的喷涂用粉末，所述稀土元素是钇、镱、钆、钕、铈、镧中的一种或几种。
7.一种喷涂产品，包括金属基材层和附着于金属基材层上的喷涂层，所述喷涂层是由权利要求1所述的喷涂用粉末喷涂形成。
8.根据权利要求7所述的喷涂产品，所述喷涂层的厚度为50-200微米。
9.根据权利要求7所述的喷涂产品，所述金属基材是压铸铝合金、镁、镁合金、不锈钢、锌合金、硅含量在8wt％以上的变形铝和铜含量在5wt％以上的变形铝中的一种。
10.一种喷涂方法，将权利要求1所述的喷涂用粉末喷涂在金属基材表面形成喷涂层。
11.一种金属件，所述金属件是由权利要求7-9任意一项所述的喷涂产品进行阳极氧化后得到。
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