CN102392246B - 一种金属表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。本发明的金属基体成品具有较高的厚度及硬度，因而耐磨性、耐刮擦性强；PVD镀膜使金属基体成品的耐温度变化性能及防腐良好，且具有良好的金属光泽。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种金属表面处理工艺。
背景技术
现有技术中，金属材料如不锈钢、铜、铁、铝等存在耐磨性差、易出现刮痕、防腐性差的缺点。为了提高金属材料的各种性能，人们经常在金属材料的表面进行镀膜处理。如申请号为200910102234.6的中国发明专利申请公开了一种提高430不锈钢板材防腐性能的制造工艺，其依次采用步骤：开平备料、研磨抛光、清洗、烘干、检验、PVD真空镀膜、贴膜包装；其中PVD真空镀膜工序如下：(A)、将430不锈钢镜面板材装载于真空炉体内，在100~200℃的炉温下抽真空至1.5~1.8×10-2pa，采用多弧离子镀膜技术，在镀件表面先沉积一层纯金属底层，该金属材质为铬；（B）、在金属底层基础上，制备CrN层，镀膜时间为10~20min，真空度保持在2~3×10-1pa，在430不锈钢镜面板材表面再沉积一层约0.2~0.3微米的CrN层；(C)、镀膜结束后进行钝化冷却处理。该发明能提升430不锈钢板材表面防腐性能，具有绿色环保和节能的特点。
但是，上述制造工艺仅能提高不锈钢的防腐性能，未提出解决金属材料的耐磨性差、易出现刮痕的缺点的技术方案，且上述制造工艺及现有技术的镀膜工艺中，由于镀膜的膜层较薄，一般为0.3~3微米，因此，对增加金属材料的厚度及硬度的效果不明显，镀膜后的金属材料仍然存在耐磨性不高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种金属表面处理工艺，该处理工艺容易操作，制得的产品的厚度及硬度较高，耐磨性、耐刮擦性强，耐温度变化性能及防腐良好，且具有良好的金属光泽。
本发明的目的是这样实现的。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。
其中，所述步骤（a）表面清洁具体为：将金属基体进行抛光处理、磨砂处理、喷砂处理、磨光处理中的一种或者一种以上的混合膜层的处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
其中，所述步骤（b）喷涂釉层具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层。制作陶瓷的常用釉料均可应用于本发明中。
其中，所述步骤（b）喷涂釉层中，釉层的厚度为≥20μm。
优选地，所述步骤（b）喷涂釉层中，釉层的厚度为20μm~100μm。
其中，所述步骤（c）烘烤固化中，烘箱的温度为600℃～1000℃，烘烤的时间为3分钟～1小时。
其中，所述步骤（e）PVD镀膜中，PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜、真空离子镀膜或者真空溅射镀膜中的一种。
PVD也就是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术，在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在金属基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
真空蒸发镀膜的原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在金属基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在金属基体表面。
真空溅射镀膜的原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
真空离子镀膜的原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀金属基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于金属基体表面形成薄膜。
其中，所述步骤（e）PVD镀膜中，膜层的厚度为0.3μm~1μm。
其中，所述步骤（e）PVD镀膜中，膜层为金属膜层、氧化物膜层、氮化物膜层或者碳化物膜层中的任意一种或者一种以上的混合膜层。
当膜层为两层或者两层以上时，膜层可以为不同的膜层，如设置一层氧化物膜层和一层氮化物膜层；或者设置不同的金属膜层，如设置一层铝膜层和设置一层铬膜层；使金属加工制品具有不同的金属光泽效果。
所述金属膜层为铝膜层、钛膜层、锆膜层、铬膜层的任意一种；所述氧化物膜层为二氧化钛膜层；所述氮化物膜层为氮化钛膜层、氮化铬膜层、氮化锆膜层、氮铝化钛膜层的任意一种；所述碳化物膜层为碳化钛膜层或者碳氮化钛膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
本发明的有益效果：本发明的一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。本发明通过在金属基体的表面喷涂釉层的步骤，使金属基体成品具有较高的厚度及硬度，因而耐磨性、耐刮擦性强；PVD镀膜进一步提高金属基体成品的耐磨性能、耐温度变化性能及防腐性能，膜层的结合力高，且使其具有良好的金属光泽；本发明相比电镀技术，具有清洁环保的优点，可应用于电子产品、机器设备、汽车、板材、眼镜框架、饰品或日常家居用品等领域，制得的产品长时间使用仍然光亮如新。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。
实施例一。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体依次进行抛光处理、磨砂处理、喷砂处理、磨光处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层。釉层的厚度为20μm。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为600℃，烘烤的时间为3分钟。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜，膜层的厚度为0.3μm，膜层为氮化钛膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
实施例二。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体进行抛光处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为50μm。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为800℃，烘烤的时间为10分钟。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空离子镀膜，膜层的厚度为0.5μm，膜层为两层，包括一层金属膜层和一层氮化物膜层，具体为一层钛膜层和一层氮化钛膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
实施例三。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体进行磨砂处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为100μm。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为950℃，烘烤的时间为30分钟。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空溅射镀膜，膜层的厚度为0.8μm，膜层为两层金属膜层，包括一层钛膜层和一层锆膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
实施例四。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体进行喷砂处理、磨光处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为200μm。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为1000℃，烘烤的时间为40分钟。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜，膜层的厚度为1μm，膜层为氮铝化钛膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
实施例五。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体进行磨光处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为500μm。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为1000℃，烘烤的时间为50分钟。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜，膜层的厚度为1μm，膜层为三层，包括一层金属膜层、一层氮化物膜层和一层氧化物膜层，具体为一层铬膜层、一层氮化锆膜层和一层二氧化钛膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
实施例六。
一种金属表面处理工艺，包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；具体为：将金属基体进行磨光处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层。
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为1mm以上。
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；烘箱的温度为1000℃，烘烤的时间为1小时。
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；二次清洗为超声波清洗。
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，制得金属基体成品。PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜，膜层的厚度为1μm，膜层为铝膜层。
一种上述金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
将上述六个实施例制得的金属基体成品进行测试，结果如下：
表1 金属基体成品性能测试表
从上面的金属基体成品性能测试表可以看出，金属基体成品的硬度达到1500HV以上，硬度高；结合力达到90N~100N，膜层不会脱落，摩擦系数达到0.3~0.6，耐磨性、耐刮擦性强；在高低温-20℃～1000℃/100次的环境下，金属基体成品无变化，耐温度变化性能好；经盐雾测试结果表明其防腐性能良好。
以上所述实施方式，只是本发明的较佳实施方式，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种金属表面处理工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：
（a）表面清洁：将待处理的金属基体进行表面清洁，除去金属基体表面的附着物；表面清洁具体为：将金属基体进行抛光处理、磨砂处理、喷砂处理、磨光处理中的一种或者一种以上的混合膜层的处理，然后进行超声波清洗，除去金属基体表面的油、蜡及氧化层；
（b）喷涂釉层：用喷枪或喷雾器将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层；釉层的厚度为20μm；
（c）烘烤固化：将喷涂釉层的金属基体置于烘箱中烘烤，使釉层固化；
（d）二次清洗：将喷涂釉层的金属基体进行二次清洗；
（e）PVD镀膜：将喷涂釉层的金属基体进行PVD镀膜，在釉层的表面形成膜层，膜层的厚度为0.3μm~1μm，制得金属基体成品；膜层为金属膜层、氧化物膜层、氮化物膜层或者碳化物膜层中的任意一种或者一种以上的混合膜层。
2.根据权利要求1所述的一种金属表面处理工艺，其特征在于：所述步骤（b）喷涂釉层具体为：在万级无尘室中，用静电喷枪将釉料雾化喷到金属基体的表面，形成釉层。
3.根据权利要求1所述的一种金属表面处理工艺，其特征在于：所述步骤（c）烘烤固化中，烘箱的温度为600℃～1000℃，烘烤的时间为3分钟～1小时。
4.根据权利要求1所述的一种金属表面处理工艺，其特征在于：所述步骤（e）PVD镀膜中，PVD镀膜具体为真空蒸发镀膜、真空离子镀膜或者真空溅射镀膜中的一种。
5.一种应用权利要求1~4任意一项所述的金属表面处理工艺制得的金属基体成品。
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