CN103014628B

CN103014628B - 一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法

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Publication number: CN103014628B
Application number: CN201210591582.6A
Authority: CN
Inventors: 余水; 张先超; 李明仁
Original assignee: Xiamen Runner Industrial Corp
Current assignee: Runner Xiamen Corp
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103014628A

Abstract

一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法，涉及一种金属及其合金的表面处理方法。1）对金属基材进行拉丝处理；2）将经过步骤1）处理的金属基材进行超声波真空碳氢除油除蜡处理；3）将经过步骤2）处理的金属基材进行有机硅烷封闭处理并烘干；4）将经过步骤3）处理的金属基材进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行溅射沉积金属层或者多弧沉积金属层；5）在经过步骤4）处理的金属基材旋转浸涂有机涂层，再次对整个金属基材进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得金属基材全干法的拉丝效果。对金属基材实施超声波真空碳氢除油除蜡处理，取代现有的超声波除油除蜡等方式，可减少废水的排放；生产工艺更稳定，良品率更高，颜色更均匀。

Description

一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法

技术领域

本发明涉及一种金属及其合金的表面处理方法，尤其是涉及一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法。适合于卫浴、家电、五金等零件的绿色环保拉丝效果表面处理之领域。

背景技术

现有的卫浴行业的金属基材（铜合金、锌合金、铝合金和铁合金等金属合金）电镀的拉丝常规工艺流程为：除油除蜡，电瓦特镍（或者氰化物镀铜或者多次浸锌），电镀酸铜，电镀镍，然后进行拉丝，再次除油，活化，电镀铬或者最后PVD，其工艺路程长，最大的缺点是会产生大量的废水和重金属污染物。

中国专利200910135647.4公开一种仿铜效果好、铜金属质感强、保光保色时间长且易规模化生产的金属材表面仿铜拉丝工艺。其步骤如下，1）金属材表面常规化学预处理，使金属表面洁净和光滑平整；2）静电喷涂含颜料的透明红户外粉末涂料或纯透明户外粉末涂料；3）以仿铜底色深灰蓝色或黑色直纹的热敏转印纸进行热转印，获得仿铜拉丝效果。

中国专利201110034722公开一种金属表面仿古色的制作方法,其包含金属表面处理步骤、第一喷涂步骤、拉丝步骤、第二喷涂步骤及表面干固步骤;其中第二喷涂步骤所使用的涂料为具有颜色且可透光的粉末涂料,因此可使经拉丝步骤后的金属颜色搭配粉末涂料的颜色而呈现仿古色泽,例如古铜色或古银色;再者表面干固步骤可使粉末涂料均匀化,提高金属表面的保护性及均匀度。

中国专利200910135647公开一种金属材表面仿铜拉丝工艺。1)金属材表面常规化学预处理,使金属表面洁净和光滑平整;2)静电喷涂含颜料的透明红户外粉末涂料或纯透明户外粉末涂料;3)以仿铜底色深灰蓝色或黑色直纹的热敏转印纸进行热转印,获得仿铜拉丝效果;其中,所述仿铜底色深灰蓝色或黑色直纹的热敏转印纸,其上印刷色相深灰蓝或黑的丝状直纹理直丝状条纹,其底色的仿铜色为浅紫红色、紫红色或浅黄色。

中国专利201110043115公开一种镁合金表面处理方法，主要包括以下步骤：(1)将镁合金工件的表面进行拉丝处理；(2)在拉丝处理过的镁合金工件表面真空溅镀一层金属铝薄膜；(3)在镁合金工件的金属镀层上喷涂透明光油。该专利的缺点在于真空溅镀一层金属铝薄膜,铝层的耐蚀性很差，为了获得其他颜色，还需在喷光油层进行调色，存在漆层厚度不均匀而导致表面出现色差，不利用稳定化量产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的金属基材拉丝工艺中存在的缺点与不足，提供一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法。

本发明包括以下步骤：

1）对金属基材进行拉丝处理；

2）将经过步骤1）处理的金属基材进行超声波真空碳氢除油除蜡处理；

3）将经过步骤2）处理的金属基材进行有机硅烷封闭处理并烘干；

4）将经过步骤3）处理的金属基材进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行溅射沉积金属层或者多弧沉积金属层；

5）在经过步骤4）处理的金属基材旋转浸涂有机涂层，再次对整个金属基材进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得本发明所述的金属基材全干法的拉丝效果。

在步骤1）中，所述金属基材为纯铜、铜合金、锌合金、纯铝、铝合金、铁、铁合金和不锈钢中的一种；所述拉丝处理可采用自动或者人工拉丝方式进行拉丝，拉丝机的转速为50～1000r/min；拉丝轮可为尼龙轮、飞翼轮、菜瓜布轮等中的至少一种。

在步骤3）中，所述硅烷封孔处理，烘干的具体方法可在常温下将金属基材浸泡在硅烷封孔液中5～120s后取出，在100～130℃条件下烘干5～30min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：（2～4）∶5∶（91～93）。

在步骤4）中，所述物理气相沉积等离子体改性的工艺条件可为：离子源电流0.3～0.6A，偏压80～150V，占空比40%～80%，氩气流速100～300SCCM，时间3～8min，以达到清洁及化活化表面之目的；所述溅射沉积金属层的工艺条件可为：采用中频脉冲或直流电源，电源电流5～100A，电压200～600V，沉积时间5～30min，偏压100～250V，占空比40%～80%，氩气流速60～200SCCM；所述多弧沉积金属层其工艺为：电源电流70～120A，电压20～30V，沉积时间2～30min，偏压100～250V，占空比40%～80%，氩气流速60～200SCCM；所述沉积金属层可采用纯镍（99.6%~99.99%）、镍铬合金（Ni95Cr5、Ni80Cr20、Ni50Cr50）中的至少一种，本发明可优先纯镍（99.6%~99.99%）金属层。

在步骤5）中，所述旋转浸涂有机涂层的旋转浸涂方式为本领域技术人员所公知的方法，漆层的厚度可为25～50μm；所述保护处理是进行流平、烘干，所述烘干的温度可为100~150℃，烘干的时间为30~60min。

拉丝镍喷漆(BNC)工艺的涂料采用亮光聚氨酯漆（PU）漆，拉丝不锈钢喷漆（SRC）工艺的涂料采用哑光聚氨酯漆（PU）漆。

所述BNC(Brushed Nickel Coating)意指外观类似拉丝镍之表面处理（镀金属膜与涂层），有时也称BNS或者BNP，拉丝镍喷漆(BNC）颜色：L*=70～75，A*=0～1.0，B*=8～10；所述SRC(Spot Resistance Coating)意指外观类似不锈钢拉丝件但又有防水渍之保护涂层，也有人称为SRS或者SRP，拉丝不锈钢喷漆(SRC)颜色：L*=69～73，A*=0～1.0，B*=6.5～8；

其中，L*表示黑白，0为黑色，100为白色，0~100之间为黑色；A*:正值表示红色，负值表示绿色；B*：正值表示黄色，负值表示蓝色。

与现有的卫浴金属基材电镀拉丝工艺相比，本发明具有以下优点：

1）对金属基材实施超声波真空碳氢除油除蜡处理，取代现有的超声波除油除蜡等方式，可减少废水的排放；

2）可以实现高性能、高耐腐蚀稳定量产的金属件，整个工艺流程没有废水、重金属离子的排放，节能环保，而且采用真空镀膜层-高耐蚀金属层进行调色，比采用在油漆中调色，生产工艺更稳定，而且良品率更高，颜色更均匀，更能够满足现有市场认可的拉丝纹路和颜色外观标准。本发明的金属件全干法拉丝效果跟与现有的卫浴件金属件水电镀的金属层的拉丝效果一致。

3）采用双重封闭处理，能够有效的保护金属基材结构复杂件（带凹槽、深孔）部分的耐蚀性能。

具体实施方式

实施例1纯铜水龙头外壳的全干法BNC拉丝表面处理工艺

1）对纯铜水龙头外壳进行拉丝处理；可采用自动拉丝方式进行拉丝，拉丝机的转速为50r/min；拉丝轮为飞翼轮。

2）将经过步骤1）处理的纯铜水龙头外壳进行超声波真空碳氢除油除蜡处理；

3）将经过步骤2）处理的纯铜水龙头外壳进行有机硅烷封闭处理并烘干，具体方法可常温下将纯铜水龙头外壳浸泡在硅烷封孔液中5s后取出，在130℃条件下烘干5min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：4∶5∶91。

4）将经过步骤3）处理的纯铜水龙头进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行溅射沉积金属层；物理气相沉积等离子体改性的工艺条件可为离子源电流0.3A，偏压80V，占空比40%，氩气流速100SCCM，时间3min，以达到清洁及化活化表面之目的；所述溅射沉积金属层的工艺条件可为采用中频脉冲电源，电源电流5A，电压200V，沉积时间30min，偏压100V，占空比80%，氩气流速60SCCM；沉积金属层的靶材可采用纯镀为99.99%镍靶。

5）在经过步骤4）处理的纯铜水龙头外壳旋转浸涂有机涂层，再次对整个纯铜水龙头外壳进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得拉丝镍喷漆(BNC)的拉丝效果。所述旋转浸涂有机涂层，旋转浸涂方式为本领域技术人员所公知的方法，漆层的厚度可为25μm；进行流平、烘干（在100℃温度下烘干60min）。拉丝镍喷漆(BNC)工艺的涂料采用亮光聚氨酯漆（PU）漆。

所获得的纯铜水龙头外壳，参照卫浴的标准，对其性能进行以下测试标准进行测试：

1.CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)-----8hr;

2.AASS(盐雾测试ASTM G85-9)--------96hr;

3.落砂测试(ASTM D968-09,Method A)-----12liter;

4.水浸测试(ASTM D870-02)--------38±2℃×24hr;

5.耐化学性测试(ASTM D1308-02)--------Na OH6mol/L;

6.铅笔硬度(ASTM D3363-05)----中华铅笔3H;

7.百割测试(ASTM D3359-09)------3B以上。

结果如下：1.CASS8小时OK;2.AASS96小时OK；3.落砂测试OK；4.水浸测试OK，没有颜色变化；5.耐化学性测试OK；6.铅笔硬度中华铅笔3H；7.百割测试5B。

纯铜水龙头外壳的拉丝镍喷漆(BNC)颜色采用美能达分光色差仪|色差计CM-2600d来测量L、A、B值，测量结果如下:L*=73.2，A*=0.35,B*=8.2。

实施例2锌合金水龙头外壳的全干法SRC拉丝表面处理工艺

1）对锌合金水龙头外壳进行拉丝处理；可采用人工拉丝的方式进行拉丝，拉丝机的转速为1000r/min；拉丝轮可为尼龙轮。

2）将经过步骤1）处理的锌合金水龙头外壳进行超声波真空碳氢除油除蜡处理。

3）将经过步骤2）处理的锌合金龙头外壳进行有机硅烷封闭处理并烘干，具体方法可常温下将锌合金水龙头浸泡在硅烷封孔液中120s后取出，在100℃条件下烘干30min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：2∶5∶93。

4）将经过步骤3）处理的锌合金水龙头进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行多弧沉积金属层；物理气相沉积等离子体改性的工艺条件可为离子源电流0.6A，偏压150V，占空比40%，氩气流速300SCCM，时间8min，以达到清洁及化活化表面之目的；多弧沉积金属层其工艺为，电源电流70A，电压20V，沉积时间30min，偏压150V，占空比40%，氩气流速200SCCM；沉积金属层靶材采用纯镀为99.6%镍靶。

5）在经过步骤4）处理的锌合金水龙头外壳旋转浸涂有机涂层，再次对整个锌合金水龙头外壳进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得拉丝不锈钢喷漆(SRC)的拉丝效果。所述旋转浸涂有机涂层，旋转浸涂方式为本领域技术人员所公知的方法，漆层的厚度可为50μm；进行流平、烘干（在150℃温度下烘干30min），拉丝不锈钢喷漆（SRC）工艺的涂料采用哑光聚氨酯漆（PU）漆。

所获的的锌合金水龙头外壳，参照卫浴的标准，对其性能进行以下测试标准进行测试：

1.CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)-----8hr;

2.AASS(盐雾测试ASTM G85-9)--------96hr;

3.落砂测试(ASTM D968-09,Method A)-----16liter;

4.水浸测试(ASTM D870-02)--------38±2℃×24hr;

5.耐化学性测试(ASTM D1308-02)--------Na OH6mol/L;

6.铅笔硬度(ASTM D3363-05)----中华铅笔3H;

7.百割测试(ASTM D3359-09)------3B以上。

结果如下：1.CASS8小时OK；2.AASS96小时OK；3.落砂测试OK；4.水浸测试OK，没有颜色变化；5.耐化学性测试OK；6.铅笔硬度中华铅笔3H；7.百割测试5B。

锌合金龙头外壳的拉丝不锈钢喷漆(SRC)颜色采用美能达分光色差仪|色差计CM-2600d来测量L、A、B值，测量结果如下:L*=70.3,A*=0.75,B*=7.2。

实施例3铝合金升降杆的全干法BNC拉丝表面处理工艺

1）对铝合金升降杆进行拉丝处理；可采用人工拉丝方式进行拉丝，拉丝机的转速为500r/min；拉丝轮可为菜瓜布轮。

2）将经过步骤1）处理的铝合金升降杆进行超声波真空碳氢除油除蜡处理。

3）将经过步骤2）处理的铝合金升降杆进行有机硅烷封闭处理并烘干，具体方法可常温下将铝合金升降杆浸泡在硅烷封孔液中60s后取出，在120℃条件下烘干10min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：3∶5∶92。

4）将经过步骤3）处理的铝合金升降杆进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行溅射沉积金属层；物理气相沉积等离子体改性的工艺条件可为离子源电流0.5A，偏压100V，占空比60%，氩气流速200SCCM，时间5min，以达到清洁及化活化表面之目的；所述溅射沉积金属层的工艺条件可为采用直流电源，电源电流50A，电压450V，沉积时间10min，偏压250V，占空比60%，氩气流速100SCCM；沉积金属层靶材可采用镍铬合金（Ni95Cr5）靶材。

5）在经过步骤4）处理的铝合金升降杆旋转浸涂有机涂层，再次对整个铝合金升降杆进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得拉丝镍喷漆(BNC)的拉丝效果。旋转浸涂有机涂层，旋转浸涂方式为本领域技术人员所公知的方法，漆层的厚度可为30μm；进行流平、烘干（在120℃温度下烘干40min），拉丝镍喷漆(BNC工艺的涂料采用亮光聚氨酯漆（PU）漆。

所获的的铝合金升降杆，参照卫浴的标准，对其性能进行以下测试标准进行测试：

1.CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)-----8hr;

2.AASS(盐雾测试ASTM G85-9)--------96hr;

3.落砂测试(ASTM D968-09,Method A)-----12liter;

4.水浸测试(ASTM D870-02)--------38±2℃×24hr;

5.耐化学性测试(ASTM D1308-02)--------NaOH6mol/L;

6.铅笔硬度(ASTM D3363-05)----中华铅笔3H;

7.百割测试(ASTM D3359-09)------3B以上。

结果如下：1.CASS8小时OK;2.AASS96小时OK；3.落砂测试OK；4.水浸测试OK，没有颜色变化；5耐化学性测试OK；6.铅笔硬度中华铅笔3H；7.百割测试5B。

铝合金升降杆的拉丝镍喷漆(BNC)颜色采用美能达分光色差仪|色差计CM-2600d来测量L、A、B值，测量结果如下:L*=74.2，A*=0.65,B*=9.5。

实施例4铁法兰的全干法SRC拉丝表面处理工艺

1）对铁法兰进行拉丝处理；可采用自动拉丝方式进行拉丝，拉丝机的转速为300r/min；拉丝轮可为尼龙轮。

2）将经过步骤1）处理的铁法兰进行超声波真空碳氢除油除蜡处理。

3）将经过步骤2）处理的铁法兰进行有机硅烷封闭处理并烘干，具体方法可常温下将金属基材浸泡在硅烷封孔液中120s后取出，在130℃条件下烘干30min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：4∶5∶91。

4）将经过步骤3）处理的铁法兰进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行多弧沉积金属层；物理气相沉积等离子体改性的工艺条件可为离子源电流0.3A，偏压120V，占空比40%，氩气流速150SCCM，时间5min，以达到清洁及化活化表面之目的；多弧沉积金属层其工艺为，电源电流90A，电压27V，沉积时间15min，偏压100V，占空比50%，氩气流速120SCCM；沉积金属层靶材可采用镍铬合金（Ni50Cr50）靶材。

5）在经过步骤4）处理的铁法兰旋转浸涂有机涂层，再次对整个铁法兰进行保护处理，以提升耐蚀性，从而获得拉丝不锈钢喷漆(SRC)颜色的拉丝效果。所述旋转浸涂有机涂层，旋转浸涂方式为本领域技术人员所公知的方法，漆层的厚度可为40μm；进行流平、烘干（在140℃温度下烘干35min），拉丝不锈钢喷漆（SRC）工艺的涂料采用哑光聚氨酯漆（PU）漆。

所获的拉丝不锈钢喷漆(SRC)颜色铁法兰，参照卫浴的标准，对其性能进行以下测试标准进行测试：

1.CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)-----8hr;

2.AASS(盐雾测试ASTM G85-9)--------96hr;

3.落砂测试(ASTM D968-09,Method A)-----12liter;

4.水浸测试(ASTM D870-02)--------38±2℃×24hr;

5.耐化学性测试(ASTM D1308-02)--------NaOH6mol/L;

6.铅笔硬度(ASTM D3363-05)----中华铅笔3H;

7.百割测试(ASTM D3359-09)------3B以上。

结果如下：1.CASS8小时OK;2.AASS96小时OK；3.落砂测试OK；4.水浸测试OK，没有颜色变化；5.耐化学性测试OK；6.铅笔硬度中华铅笔4H；7.百割测试5B。

铁法兰拉丝不锈钢喷漆(SRC)颜色采用美能达分光色差仪|色差计CM-2600d来测量L、A、B值，测量结果如下:L*=72.6，A*=0.45,B*=7.8。

Claims

1.一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对金属基材进行拉丝处理；

2)将经过步骤1)处理的金属基材进行超声波真空碳氢除油除蜡处理；

3)将经过步骤2)处理的金属基材进行有机硅烷封闭处理并烘干；所述硅烷封孔处理，烘干的具体方法是在常温下将金属基材浸泡在硅烷封孔液中5～120s后取出，在100～130℃条件下烘干5～30min；硅烷封孔液的配方为：KH-560(缩水甘油醚氧丙基三甲硅烷)、去离子水、乙醇的体积比为：(2～4)∶5∶(91～93)；

4)将经过步骤3)处理的金属基材进行物理气相沉积等离子体改性后，再进行溅射沉积金属层或者多弧沉积金属层；所述物理气相沉积等离子体改性的工艺条件为：离子源电流0.3～0.6A，偏压80～150V，占空比40％～80％，氩气流速100～300SCCM，时间3～8min；所述溅射沉积金属层的工艺条件为：采用中频脉冲或直流电源，电源电流5～100A，电压200～600V，沉积时间5～30min，偏压100～250V，占空比40％～80％，氩气流速60～200SCCM；所述多弧沉积金属层其工艺为：电源电流70～120A，电压20～30V，沉积时间2～30min，偏压100～250V，占空比40％～80％，氩气流速60～200SCCM；所述沉积金属层采用纯镍金属层、镍铬合金层中的至少一种；所述纯镍的纯度为99.6％～99.99％；所述镍铬合金层选自Ni95Cr5层、Ni80Cr20层、Ni50Cr50层中的至少一种；

5)在经过步骤4)处理的金属基材旋转浸涂有机涂层，再次对整个金属基材进行保护处理，以提升耐蚀性，获得所述的金属基材全干法的拉丝效果。

2.如权利要求1所述的一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法，其特征在于在步骤1)中，所述金属基材为纯铜、铜合金、锌合金、纯铝、铝合金、铁、铁合金和不锈钢中的一种。

3.如权利要求1所述的一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法，其特征在于在步骤1)中，所述拉丝处理采用自动或者人工拉丝方式进行拉丝，拉丝机的转速为50～1000r/min；拉丝轮为尼龙轮、飞翼轮、菜瓜布轮中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种金属基材全干法拉丝表面处理的方法，其特征在于在步骤5)中，所述有机涂层的厚度为25～50μm；所述保护处理是进行流平、烘干，所述烘干的温度为100～150℃，烘干的时间为30～60min。