CN103540984A - 一种金属表面颜色渐变的处理方法及由其得到的金属材料 - Google Patents

一种金属表面颜色渐变的处理方法及由其得到的金属材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属表面处理方法，其主要包括以下步骤：阳极氧化处理、渐变喷涂处理、着色处理、去除油墨处理以及封孔处理。本发明通过渐变喷涂，将含有染料的水溶性油墨喷涂于阳极氧化膜层的表面，通过控制工件表面油墨的厚薄（即油墨的量）实现单色渐变效果或者采用多种颜色进行喷涂使工件表面实现多色渐变效果，其可以实现线性渐变、径向渐变、菱形渐变等多种渐变效果，大大改善了金属表面的装饰效果。

Description

一种金属表面颜色渐变的处理方法及由其得到的金属材料
技术领域
 本发明涉及表面处理领域，尤其涉及一种金属表面处理方法。
背景技术
目前金属表面装饰中，渐变色的实现主要是通过在金属工件表面直接喷涂或者印刷来实现的。对于高档数码外壳装饰的渐变又以喷涂最为常见，通过对喷涂设备的控制，得到一种或几种颜色的渐变。其可以实现多种颜色的渐变，并且渐变形式多，但现有的喷涂表面装饰层均为漆膜，由于漆膜与金属结合力较差，使用过程中容易产生脱落现象；同时，由于漆膜的硬度较低使用的过程中很容易产生刮痕，磨损，其表面很容易失去光泽，这些因素的影响使得其在金属数码外壳表面装饰的应用受到了限制。
而对于金属的阳极氧化产品可通过染色处理，使染料分子浸入其阳极氧化膜孔内实现渐变效果。由于表面不同于漆膜，具有更好的金属质感和更好的表面性能。目前传统的染色处理只能实现单色或双色的直线型渐变，如一种颜色由深色到浅色、两种颜色由一种颜色渐变到另一种颜色。但其只能实现直线型的渐变，无法实现由浅色到深色再到浅色的渐变效果、径向的渐变、菱形渐变或者多种颜色同时在一片工件上的渐变。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供一种金属表面颜色渐变的处理方法，其包括以下步骤：
S1：阳极氧化处理：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件表面形成阳极氧化膜层；
S2：渐变喷涂处理：将喷涂液喷涂在所述阳极氧化膜层上，使喷涂液的厚度成连续变化；所述喷涂液为含有染料的水溶性油墨；
S3：着色处理：将步骤S2所得的金属工件静置1-30min以使着色完全；
S4：去除油墨处理：将S3所得的金属工件进行水洗处理，以去除阳极氧化膜层上的水溶性油墨；
S5：封孔处理，将步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
同时，本发明还提供一种金属材料，所述金属材料为经过以上所述的处理方法处理后所得到的金属材料。
本发明通过渐变喷涂，将喷涂液（水溶性油墨和染料的混合物）喷涂于阳极氧化膜层的表面，然后静置，染料分子被吸附进金属工件表面的阳极氧化膜层中的微孔中，实现染色。本发明通过渐变喷涂控制喷涂于金属工件表面油墨的厚薄（即油墨的量）的渐变变化，使得金属工件表面不同位置吸附进阳极氧化膜层微孔中的染料分子的量不同，形成渐变染色，进而实现渐变效果；或者采用多种颜色进行喷涂，在工件表面实现多色渐变效果。通过控制喷涂设备，可以实现线性渐变、径向渐变、菱形渐变等多种渐变效果，大大改善了金属表面的装饰效果。 
 
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种金属表面颜色渐变的处理方法，其包括以下步骤：
S1：阳极氧化处理：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件表面形成阳极氧化膜层；
S2：渐变喷涂处理：将喷涂液喷涂在所述阳极氧化膜层上，使喷涂液的厚度成连续变化；所述喷涂液为含有染料的水溶性油墨；
S3：着色处理：将步骤S2所得的金属工件静置1-30min，以使着色完全；
S4：去除油墨处理：将S3所得的金属工件进行水洗处理，以去除阳极氧化膜层上的水溶性油墨；
S5：封孔处理，将步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
在本发明中，对金属工件没有特殊限定，可以为常规的能够进行阳极氧化处理并在表面形成微孔的金属工件，本发明优选铝金属工件或铝合金工件。
金属工件在进行阳极氧化前优选进行前处理，对于不同的金属工件，前处理工艺对于本领域技术人员所公知的，在此不做详细描述。以铝或铝合金为例，其前处理工艺一般包括：除油除蜡处理、碱蚀处理、中和处理、化学抛光处理、中和处理以及清洗等。
在本发明中，所述阳极氧化处理可以为常规的金属阳极氧化处理，阳极氧化处理一般是指以金属工件为阳极，以电解槽为阴极，将金属工件置于电解液中进行氧化。电解液可以为硫酸、铬酸、草酸等的水溶液中的一种或几种。本发明优选为硫酸阳极氧化，其具体操作为：将金属工件置于浓度为150～210g/L的硫酸溶液中，在5～20V电压下处理10～60min。经过上述硫酸阳极氧化处理后，得到的阳极氧化膜层的厚度为5～20um，其孔隙率较高、耐腐蚀性和耐磨性能更佳。
在本发明中，采用渐变喷涂的方式将喷涂液喷涂在所述阳极氧化膜层上，使喷涂液的厚度成连续变化。此处“连续变化”可以理解为：将金属表面的每个位置用坐标（X，Y）表示，该点喷涂液的厚度Z用函数表示为Z=f（X，Y），函数f（X，Y）为连续函数。
本发明中喷涂液为含有染料的水溶性油墨。在进行渐变喷涂时，如果直接喷涂染料溶液，由于流平作用，喷涂在金属工件表面的染料溶液会形成厚度一致的溶液膜，即喷涂后，金属工件表面各个位置的染料含量一致，吸附进阳极氧化膜层微孔中的染料含量一致，无法实现渐变效果。
本发明的发明人经过研究发现，将染料掺入水溶性油墨中形成喷涂液，在金属工件表面进行喷涂后，其可以吸附在工件表面，且保持具有渐变效果的厚度不变，即可以在金属工件表面实现厚度连续变化的油墨层，静止一段时间，掺入水溶性油墨中的染料能够被吸附进金属工件表面的阳极氧化膜层微孔中，进而实现渐变效果。
发明人分析可能是因为水溶性油墨流动性较差，其吸附在金属工件表面形成油墨层后不会产生扩散或流平，其可以保持油墨层的厚度不变；而染料分子中含有-SO3H和-COOH等阴离子基团，其与阳极氧化膜层存在化学及物理吸附作用，非常容易被吸附进入阳极氧化膜层的微孔中。同时，由于油墨层是水溶性的，在染料分子本充分的吸附进阳极氧化膜层的微孔中后，可以通过简单的水洗步骤，使吸附在金属工件表面的水溶性油墨溶解在水中，进而进行去除，且去除水溶性油墨后，金属工件的表观不会发生变化或变形。故，本发明采用水溶性油墨和染料的混合物进行喷涂，染料分子均匀分散在水溶性油墨中，由于水溶性油墨厚度的连续变化，金属工件表面各个位置的染料分子的量也能呈现连续变化，吸附进阳极氧化膜层的微孔中的染料分子的量也呈连续变化，继而实现渐变效果。
在本发明中，水溶性油墨没有特殊限定，可以为常规的水溶性油墨，本发明中，水溶性油墨包括溶剂和染料，优选为醇类水溶性油墨、短链油脂类水溶性油墨、酮类水溶性油墨。所述醇类水溶性油墨为本领域技术人员所公知，一般是指溶剂为醇类，例如溶剂为丙醇、丁醇等的水溶性油墨；所述短链油脂类水溶性油墨为本领域技术人员所公知，一般是指溶剂为短链油脂类，例如溶剂为甘油的水溶性油墨；所述酮类水溶性油墨为本领域技术人员所公知，一般是指溶剂为酮类，例如溶剂为丙酮、丁酮等的水溶性油墨。
在本发明中，水溶性油墨的主要成分为染料成分、溶剂成分。优选的，以所述水溶性油墨的质量为基准，染料的浓度为10-20wt%，更加有利于染料被吸附进阳极氧化膜层的微孔中。
喷涂液中的染料优选为偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料中的一种或几种。偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料均为本领域技术人员所公知，在此不做赘述。阳极氧化膜层壁呈正电性，所喷涂的喷涂液中的染料分子含有-SO3H和-COOH等阴离子基团，其与阳极氧化膜层存在化学及物理吸附作用，可使水溶性油墨中的染料被吸附进阳极氧化膜层中。喷涂后对工件做静置处理，静置1-30min基本可使得渗透性油墨中的染料分子完全进入阳极氧化膜层中。
在喷涂的过程中，可以根据所需要的渐变效果、形状或图案控制喷涂在阳极氧化膜层不同部位的喷涂液的厚度（即喷墨量），如需要颜色变深时，控制喷涂液的厚度逐渐增加，则吸附进入阳极氧化膜层微孔中的染料的量逐渐增加，颜色逐渐变深；需要颜色变浅时，控制喷涂液的厚度逐渐减少，则吸附进入阳极氧化膜层微孔中的染料的量逐渐增减少，颜色逐渐变浅。
渐变喷涂的喷涂设备采用自动喷涂设备，其喷枪位于横向和纵向两根控制导轨上。通过计算机程序控制导轨电机的运动，使得设备中喷枪可以实现匀速或者匀加速的直线、圆形或者是矩形的运动。同时，通过计算机控制喷枪喷出的喷涂液的量的多少，从而在工金属件表面喷涂上各种厚度和形状的喷涂液层；通过更换喷涂液中染料的颜色种类，可以实现多种颜色的渐变效果。自动喷涂设备喷枪的口径为0.1-0.3毫米，以便制作出细腻的渐变效果。
通过对喷涂设备的调节控制，可以实现多种渐变的效果，如单色渐变效果、双色及多色渐变效果。渐变效果主要通过控制喷枪在工件表面喷涂的渐变的油墨厚度来实现。越厚的油墨中含有的染料分子多，则对应的阳极氧化膜层可吸附更多的染料分子，阳极氧化膜层的颜色较深；反之喷涂较薄的油墨中含有的染料分子较少，对应阳极氧化膜层的颜色则较浅，从而实现颜色的渐变效果。通过在工件表面喷涂两种或者两种以上的油墨，可以实现双色及多色渐变的效果。同时，也可通过程序控制，在阳极氧化膜层表面形成具有渐变效果的特定图案或形状。
为了提高水溶性油墨层与阳极氧化膜层的亲和性，促进着色的进行，本发明优选对经过阳极氧化处理的工件进行充分的水洗，并进行干燥处理。干燥处理不限于使用洁净的压缩空气吹干，或者使用烤箱烘干，烘干的温度为40-100℃，直至表面无明显的水滴残留。这样利于后续水溶性渗透性油墨与阳极氧化膜层亲密的接触，有利于着色的进行。
本发明中，由于渐变喷涂的喷涂液中油墨为水溶性的，在着色完全后，可以通过简单的水洗步骤去除油墨层。在充分水洗后，对金属工件进行封孔处理，本发明对所述封孔处理没有特殊限定，可以为常规的金属阳极氧化膜封孔方法；例如，采用镍封孔剂进行封孔处理。镍封孔剂可以采用本领域技术人员所公知的镍封孔剂，本发明优选为醋酸镍。封孔溶液的浓度一般为6-10g/L，溶液温度为95-98℃，控制封孔的时间为15-40分钟。
另外，本发明还提供一种金属材料，所述金属材料为经过以上所述的处理方法处理后所得到的金属材料。
本发明通过渐变喷涂，将水溶性油墨和染料的混合物喷涂于阳极氧化膜层的表面，通过控制喷涂于工件表面的喷涂液的厚薄（即喷涂液的量）实现渐变效果，或者采用多种颜色进行喷涂，在工件表面实现多色渐变效果。其可以实现线性渐变、径向渐变、菱形渐变等多种渐变效果，大大改善了金属表面的装饰效果。
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1 
将铝金属工件置于浓度50g/L的合金除油粉中，温度60±10℃下进行除油除蜡处理4分钟，然后在浓度为60g/L，温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s，再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面。
然后将铝合金工件阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化溶液中硫酸的浓度为180g/L，铝离子浓度为6g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为15V，氧化时间为40分钟。
采用自动喷涂设备制作单色径向渐变的样品，在工件表面喷涂含有染料的水溶性油墨，其中染料的主要成分为奥野生产的型号为419的蓝色染料，染料在水溶性油墨中的浓度为10wt%。喷涂完成后静置15分钟，然后进行充分水洗。
然后将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野生产的Top seal DX-500，溶液浓度为8g/L，封孔处理30分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理，即可得到成品。通过肉眼观察所得的成品，其颜色渐变效果均良好，渐变图案连续、清晰。
实施例2
将铝金属工件置于浓度50g/L的合金除油粉中，温度60±10℃下进行除油除蜡处理4分钟，然后在浓度为60g/L，温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s，再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面。
然后将铝合金工件阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化溶液中硫酸的浓度为160g/L，铝离子浓度为5g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为13V，氧化时间为35分钟。
采用自动喷涂设备制作单色径向渐变的样品，在工件表面喷涂含有染料的水溶性油墨，其中染料的主要成分为奥野公司生产的型号为102的红色染料，染料在水溶性油墨中的浓度为15wt%。喷涂完成后静置15分钟，然后进行充分水洗。
然后将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野生产的Top seal DX-500，溶液浓度为8g/L，封孔处理30分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理，即可得到成品。通过肉眼观察所得的成品，其颜色渐变效果均良好，渐变图案连续、清晰。
实施例3
将铝金属工件置于浓度50g/L的合金除油粉中，温度60±10℃下进行除油除蜡处理4分钟，然后在浓度为60g/L，温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s，再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面。
然后将铝合金工件阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化溶液中硫酸的浓度为200g/L，铝离子浓度为10g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为16V，氧化时间为30分钟。
取出工件进行充分水洗，然后采用烤箱烘干，烤箱温度为85℃，烘干处理6分钟。
采用自动喷涂设备制作单色径向渐变的样品，在工件表面喷涂含有染料的水溶性油墨，其中染料的主要成分为奥野公司生产的型号为Green GM的绿色染料，染料在水溶性油墨中的浓度为20wt%。喷涂完成后静置20分钟，然后进行充分水洗。
然后将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野生产的Top seal DX-500，溶液浓度为8g/L，封孔处理30分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理，即可得到成品。通过肉眼观察所得的成品，其颜色渐变效果均良好，渐变图案连续、清晰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，因此，只要运用本发明的说明书内容所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属表面颜色渐变的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：阳极氧化处理：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件表面形成阳极氧化膜层；
S2：渐变喷涂处理：将喷涂液喷涂在所述阳极氧化膜层上，使喷涂液的厚度成连续变化；所述喷涂液为含有染料的水溶性油墨；
S3：着色处理：将步骤S2所得的金属工件静置1-30min，以使着色完全；
S4：去除油墨处理：将S3所得的金属工件进行水洗处理，以去除阳极氧化膜层上的水溶性油墨；
S5：封孔处理，将步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述水溶性油墨包括溶剂和染料，以所述水溶性油墨的质量为基准，所述染料的含量为10-20wt%。
3. 根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述染料为偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料中的一种或几种。
4. 根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述水溶性油墨为醇类水溶性油墨、短链油脂类水溶性油墨、酮类水溶性油墨中的一种或几种。
5. 根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述溶剂为丙醇、丁醇、甘油、丙酮或丁酮。
6. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述阳极氧化处理为：将金属工件置于浓度为150～210g/L的硫酸溶液中，电压为5～20V，时间为10～60min。
7. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤S2前还包括对步骤S1所得的工件进行水洗干燥处理。
8. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述封孔处理为采用镍封孔剂进行封孔处理。
9. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述金属工件为铝工件或铝合金工件。
10. 一种金属材料，其特征在于，所述金属材料为经过权利要求1至权利要求9任意一项所述的处理方法处理后所得到的金属材料。
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