CN102383101A - 一种复合真空镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合真空镀膜方法，属于表面处理技术领域，依次包括基材表面预处理、表面喷涂及固化、真空镀膜、热固化涂料喷涂及固化的步骤，其中真空镀膜包括磁控溅射镀镍，磁控溅射离子镀混合镀镍铬，阴极电弧离子镀铬。本发明省去了繁重的抛光工序，简化了工艺流程，提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度；其次采用磁控溅射离子镀混合镀膜技术，所得制品膜层致密度高、金属感强；再次，由于金属层及金属混合镀层的制备在同一真空炉里进行，易于操作，保证了膜层良好的结合力，提高了产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合真空镀膜方法，属于材料表面技术领域。
背景技术
铝合金及锌合金以其优良的特性，广泛地应用于航空、航天、建筑、机械设备、桥梁、车辆、船舶、家庭用具、电子设备等各个方面，在我国国民经济中扮演着重要的角色。随着铝合金及锌合金应用的发展，其表面处理技术也相应地处于高速增长期，使得铝合金、锌合金表面处理技术的要求也越来越高。多年来，普通电镀铝合金及锌合金的生产技术已趋成熟，有着很高的表面质量，具有优良的装饰性，耐磨性，耐腐蚀性。
目前铝合金及锌合金的电镀工艺为湿法电镀：毛坯→检验→除油→清洗→除蜡→二次清洗→干燥→整理→装挂件→清洗→碱腐蚀→二次清洗→酸腐蚀→二次清洗→浸三元镀覆层→退镀覆层→二次清洗→再浸三元镀覆层→二次清洗→（镀碱性醮铜）或预镀暗镍→回收→二次清洗→酸活化→清洗→酸性光亮镀铜→清洗→浸酸活化→光亮镀镍→清洗→活化→镀铬→回收→二次清洗→拆挂具→清洗→干燥→检验包装。这种湿法电镀工艺存在诸多不可克服的问题：
（1）电镀废液中含有一定量的有毒有害物质，尤其是氰化物和六价铬，需要进行三废处理，其处理过程复杂，处理成本高，而且仍不能完全的杜绝环境污染；
（2）使用三元镀覆层即“铜/镍/铬”层需要消耗大量的铜、镍、铬等贵重金属；
（3）能耗大，工艺复杂，生产效率低，成本高；
（4）生产条件较差，对工人身体健康有一定的影响。
因此，现有的铝合金及锌合金的电镀工艺已不能满足环境，节能，节水等因素的需求，急需开发一种既环保，使用性能良好，又具有节能，节水，节材，简化工艺流程，提高生产效率的新型生产方法。
真空镀膜是一种新型清洁生产方法，它是在密闭的真空炉里，通过蒸发、溅射、多弧离子镀膜等方法，将金属、化合物或其他镀膜材料沉积到基材表面，形成一层或多层薄膜的加工技术。作为防护装饰镀层，铝合金及锌合金在大气环境中呈钝态，所以传统的黑色金属表面处理技术在其表面的附着力不佳，难以达到满意的保护效果在真空镀膜之前后，通常要用有机涂料进行底涂和面涂，形成“有机涂层/真空镀层/有机涂层”的复合镀层。
申请人在中国专利CN101343740A中公开了一种铝合金轮毂的镀膜工艺，依次包括除油、清洗干燥、预处理、环氧聚酯粉末喷涂及固化、研磨Ⅰ、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚涂料喷涂及固化、研磨Ⅱ、聚丁二烯高温绝缘涂料喷涂及固化、真空阴极电弧离子镀铬和磁控溅射镀铝、聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化步骤，本发明相对于现有的电镀制品，简化了工艺流程、提高了生产效率、减少了对环境的污染，节能、节水并改善了劳动条件，但由于铬镀具有多孔性，使得真空镀铬往往耐蚀性比较差，且与镀铝时的结合不好，从而影响最终制品品质，而且本发明需要繁琐的研磨等工序，生产效率相对较低下。
发明内容
本发明在上述发明的基础上进一步改进优化而来，目的是提供一种工序更简单，成本低、膜层镀敷性好、致密性高的适用于铝合金及锌合金的复合真空镀膜方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复合真空镀膜方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
(1) 对基材表面进行预处理：用金刚砂将基材抛平后，使用除油剂在50℃~70℃下，对基材表面进行除油，再用水清洗干净后烘干；
(2) 表面喷涂及固化：采用静电喷涂法将经过前处理的工件喷底粉，然后去桔皮、喷介质漆，在180℃~220℃温度下固化20~30min后烘干；
(3) 真空镀膜：在兼有真空阴极电弧离子镀和磁控溅射镀两种镀膜方式的真空设备中，采用先磁控溅射镀镍，再磁控溅射离子镀混合镀镍铬，最后用阴极电弧离子镀铬；
(4) 热固化涂料喷涂及固化：先静电除尘，采用空气喷涂法喷涂，再在150℃~170℃范围内固化20~30min，最后烘干。
上述步骤（2）中的静电喷涂法即在喷枪头部接高压负极，被涂铝合金基材接地为正极，铝合金基材与喷枪电极之间施加高压直流电，形成强大的静电场。底粉微粒所受到的电场力与静电场的电压和涂料微粒的带电量成正比，而与喷枪和工件间的距离成反比，当电压足够高时，喷枪端部附近区域形成空气电离区，空气激烈地离子化和发热，使喷枪端部锐边或极针周围形成一个暗红色的晕圈，在黑暗中能明显看见，这是空气产生强烈的电晕放电。底粉经喷嘴雾化后喷出，被雾化的微粒通过枪口的极针或喷盘、喷杯的边缘时因接触而带电，当经过电晕放电所产生的气体电离区时，将再一次增加其表面电荷密度。这些带负电荷的微粒的静电场作用下，向基材表面运动，并被沉积在基材表面上形成均匀的涂膜。
作为本发明的优选，所述基材为铝合金或锌合金。
作为本发明的优选，所述除油剂由碱金属盐和/或碱金属碱及表面活性剂组成，进一步地，所述除油剂由碱金属盐、碱金属碱及表面活性剂组成，其中碱金属盐为30~60 g/L，碱金属碱为1~2 g/L，表面活性剂为1~2 g/L。该除油剂能有效除去基材表面的油污，为下一步表面喷涂及固化做好准备，有利于表面喷涂物的附着。
作为本发明的优选，所述步骤（1）中的碱金属盐为Na2CO3、K2CO3、Na3PO4、K3PO4中的一种或多种；表面活性剂为十二烷基硫酸钠和/或脂肪酸二乙醇酰胺，可以有效清除基材表面的油污。
作为本发明的优选，所述步骤（2）中的底粉是聚酯粉和环氧树脂共聚涂料，采用耐高温的聚酯粉和环氧树脂共聚涂料作为底粉，涂料易回收、污染小，其与铝合金或锌合金基材结合牢固，且有利于复合真空镀膜。
本发明上述步骤（2）具体为：将基材挂入真空设备的工件架上，并控制工件架与抽真空靶的距离为150mm~200mm，抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后，开启节流阀，工件架以3r/min~6r/min的速率转动，然后充入工作气体氩气，使真空度维持在0.15Pa ~0.25Pa，然后开启磁控溅射电源在电压为450V ~550V，电流为20A~30A下，靶数1块，镀镍1min~2min，再开启电弧离子电源，控制电压为15V~25V，电流为60A~80A，靶数6块，镀铬3min ~5min，然后关闭磁控溅射电源，让电弧离子镀铬1 min~2min。
铬是一种具有银白色光泽的金属，无毒，化学性质很稳定，有延展性，含杂质时硬而脆，它是重要的战略物资之一，由于具有质硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀等特性，在冶金工业、耐火材料和化学工业中得到了广泛的应用。真空镀铬层是一种更好的防护-装饰镀层，本发明选择复合真空镀膜，膜层镀敷性好。我们选用先磁控溅射镀镍，其与底粉具有较好的结合，再磁控溅射离子镀混合镀镍铬，最后用阴极电弧离子镀铬，可获得具有良好的金属光泽和致密性更好的镀层。
作为本发明的优选，所述复合真空镀膜层厚度为0.2μm -1.0μm。
所述步骤（4）中的空气喷涂法喷涂压力为0.2MPa~0.5MPa，喷涂厚度为10μm ~15μm。空气喷涂是目前油漆涂装施工中采用得比较广泛的一种涂饰工艺。它是利用压缩空气的气流，流过喷枪喷嘴孔形成负压，负压使漆料从吸管吸入，经喷嘴喷出，形成漆雾，漆雾喷身到被涂饰零部件表面上形成均匀的漆膜。空气喷涂可以产生均匀的漆，涂层细腻光滑；对于零部件的较隐蔽部件（如缝隙、凹凸），也可均匀地喷涂。
丙烯酸酯—异氰酸酯热固化涂料喷涂及固化：先静电除尘，再采用空气喷涂法喷涂工件，压力为0.3MPa~0.4MPa，喷嘴口径为1.0mm~1.5mm，喷涂厚度为10μm ~15μm。固化温度为150℃~170℃，时间为20~30min，烘干。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下突出优点及有益效果：
1、采用磁控溅射离子镀混合镀膜技术，获得了膜层致密度高，表面亮白色，金属感强，具有良好的物理性能和稳定的化学性能，其性能优于传统的电镀铝合金/锌合金制品，由于采用真空干法镀取代传统的湿法电镀，表面的金属层通过真空镀膜的方法沉积，避免了六价铬等有毒金属物质的出现，减少了对环境的污染，显著降低了能耗、水耗及贵重金属的消耗。
2、本发明由于油漆的流平作用，省去了繁重的抛光工序，大大降低了成本，简化了工艺，提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度。
3、由于金属层及金属混合镀层的制备在同一真空炉里进行，易于操作，同时避免了额外的工序，保证了膜层良好的结合力，提高了产品的质量。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种复合真空镀膜方法，以产品尺寸为长120mm×宽80mm×厚8mm的铝合金片为例说明如下：
（1）对铝合金片的表面进行预处理：采用布轮上涂覆牛皮胶蘸取280#金刚砂将铝片基本抛平后，使用除油剂进行除油，除油剂可以为碱金属盐、表面活性剂，也可以为碱金属碱和表面活性剂，还可以为碱金属盐、碱金属碱及表面活性剂，本实施例使用碱金属盐、碱金属碱及表面活性剂即Na2CO3：30g/L，Na3PO4：30g/L，NaOH：1g/L，表面十二烷基硫酸钠：1g/L，在70℃下除油后再用水清洗干净，最后烘干；
（2）表面喷涂及固化：采用静电喷涂法将经过前处理的工件喷聚酯粉和环氧树脂共聚涂料作为底粉），厚度为60μm，去桔皮，喷介质漆，在180℃固化温度下固化20min后烘干；
（3）复合真空镀膜：在兼有真空阴极电弧离子镀和磁控溅射镀两种镀膜方式的真空设备中，采用先磁控溅射镀镍，再磁控溅射离子镀混合镀镍铬，最后用阴极电弧离子镀铬；具体的步骤为：
把铝合金片挂入真空炉中，靶/基距为150mm；
预抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后，节流阀开，工件架以6r/min的速率转动，充入工作气体氩气，将真空度维持在0.15Pa，先开启磁控溅射电源，电压为500V，电流为30A，靶数1块，靶材为镍靶，镀膜时间为2min，再开电弧离子电源，电压为15V，电流为60A，靶数6块，靶材为铬靶，镀膜时间为5min，然后关闭磁控溅射电源，让电弧离子镀铬1min。镀膜完成后镀层厚度为0.2μm；
（4）丙烯酸酯-异氰酸酯热固化涂料喷涂及固化：先静电除尘，再采用空气喷涂法喷涂工件，压力为0.2MPa，喷嘴口径为1.0mm，喷涂厚度为10μm，固化温度为150℃，时间为20min，烘干。
经上述表面处理后，铝合金片镀层的主要性能如下：
（1）色泽：亮白色；
（2）硬度：1H；
（3）附着力（百格）：100%；
（4）耐盐雾性（CASS实验）：≥120h；
（5）耐热性能：170℃/2h，镀层无脱落，无变点；
（6）耐温变性能：85℃/1h→－20℃/30min为一个循环，4次循环后，镀层无脱落，无变点。
实施例2
如图1所示，一种复合真空镀膜方法，以产品尺寸为长100mm×宽60mm×厚6mm的锌合金片为例说明如下：
（1）对锌合金片的表面进行预处理：方法与实施例1相同，不同在于使用的除油剂为K2CO3：30g/L，K3PO4：30g/L，KOH：1g/L，脂肪酸二乙醇酰胺：2g/L，在50℃下除油；
（2）表面喷涂及固化：与实施例1不同之处在于固化温度为220℃，固化时间为30min；
（3）复合真空镀膜：把锌合金片挂入真空炉中，靶/基距为200mm，预抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后，节流阀开，工件架以3r/min的速率转动，充入工作气体氩气，将真空度维持在0.25Pa，先开启磁控溅射电源，电压为450V，电流为20A，靶数1块，靶材为镍靶，镀膜时间为1min，再开电弧离子电源，电压为25V，电流为60A，靶数6块，靶材为铬靶，镀膜时间为3min，然后关闭磁控溅射电源，让电弧离子镀铬2min。镀膜完成后镀层厚度为1.0μm；
（4）丙烯酸酯-异氰酸酯热固化涂料喷涂及固化：先静电除尘，再采用空气喷涂法喷涂工件，压力为0.5MPa，喷涂厚度为15μm，固化温度为170℃，时间为30min，烘干。
经上述表面处理后，锌合金片镀层的主要性能如下：
（1）色泽：亮白色；
（2）硬度：2H；
（3）附着力（百格）：100%；
（4）耐盐雾性（CASS实验）：≥240h；
（5）耐热性能：170℃/2h,镀层无脱落，无变点；
（6）耐温变性能：85℃/1h→－20℃/30min为一个循环，5次循环后，镀层无脱落，无变点。
实施例3
如图1所示，一种复合真空镀膜方法，以产品尺寸为长100mm×宽60mm×厚6mm的铝合金片为例，本实施例中表面喷涂及固化、复合真空镀膜、热固化涂料喷涂及固化步骤同实施例1，对铝合金片基材表面进行预处理步骤中除油剂为Na2CO3：50g/L，十二烷基硫酸钠：1g/L脂肪酸二乙醇酰胺：1 g/L，在60℃下除油。
经上述表面处理后，铝合金片镀层的主要性能如下：
（1）色泽：亮白色；
（2）硬度：1H；
（3）附着力（百格）：100%；
（4）耐盐雾性（CASS实验）：≥120h；
（5）耐热性能：170℃/2h，镀层无脱落，无变点；
（6）耐温变性能：85℃/1h→－20℃/30min为一个循环，4次循环后，镀层无脱落，无变点。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出任何修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种复合真空镀膜方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
(1) 对基材表面进行预处理：用金刚砂将基材抛平后，使用除油剂在50℃~70℃下，对基材表面进行除油，再用水清洗干净后烘干；
(2) 表面喷涂及固化：采用静电喷涂法将经过前处理的工件喷底粉，然后去桔皮、喷介质漆，在180℃~220℃温度下固化20~30min后烘干；
(3) 真空镀膜：在兼有真空阴极电弧离子镀和磁控溅射镀两种镀膜方式的真空设备中，采用先磁控溅射镀镍，再磁控溅射离子镀混合镀镍铬，最后用阴极电弧离子镀铬；
(4) 热固化涂料喷涂及固化：先静电除尘，采用空气喷涂法喷涂热固化涂料，再在150℃~170℃范围内固化20~30min，最后烘干。
2.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述基材为铝合金或锌合金。
3.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述除油剂由碱金属盐和/或碱金属碱及表面活性剂组成。
4.根据权利要求3所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述步骤（1）中的碱金属盐为Na2CO3、K2CO3、Na3PO4 、K3PO4中的一种或多种；表面活性剂为十二烷基硫酸钠和/或脂肪酸二乙醇酰胺。
5.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述步骤（2）中的底粉是聚酯粉和环氧树脂共聚涂料。
6.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述步骤（2）中具体为：将基材挂入真空设备的工件架上，并控制工件架与抽真空靶的距离为150mm~200mm，抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后，开启节流阀，工件架以3r/min~6r/min的速率转动，然后充入工作气体氩气，使真空度维持在0.15Pa ~0.25Pa，然后开启磁控溅射电源在电压为450V ~550V，电流为20A~30A下，靶数1块，镀镍1min~2min，再开启电弧离子电源，控制电压为15V~25V，电流为60A~80A，靶数6块，镀铬3min ~5min，然后关闭磁控溅射电源，让电弧离子镀铬1 min~2min。
7.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述复合真空镀膜层厚度为0.2μm -1.0μm。
8.根据权利要求1所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述步骤（4）中的空气喷涂法喷涂压力为0.2MPa~0.5MPa，喷涂厚度为10μm ~15μm。
9.根据权利要求1或8所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述热固化涂料为丙烯酸酯-异氰酸酯涂料。
10.根据权利要求3所述的一种复合真空镀膜方法，其特征在于：所述除油剂由碱金属盐、碱金属碱及表面活性剂组成，其中碱金属盐为30~60 g/L，碱金属碱为1~2 g/L，表面活性剂为1~2 g/L。
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Denomination of invention: A composite vacuum coating method Granted publication date: 20130612 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech Zone Green sub branch Pledgor: HUZHOU BIAOLI ENERGY SAVING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012194 |
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