CN103834901A - 金属产品的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属产品表面处理方法，其包括向洗涤的金属产品表面喷射由乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水混合而成的表面处理溶液或醇类的溶液喷射阶段；对所述溶液喷射阶段处理的金属产品，进行燃烧或不完全燃烧，在金属产品表面形成氧化皮膜层的氧化皮膜层生成阶段。本发明的金属产品表面处理方法由于去除及洗涤金属产品表面的油污等异物后，向金属产品表面喷射由乙醇与丙酮、水混合而成的溶液或者醇类后，以直火方式或热处理方式、在表面形成氧化皮膜层，可以大大缩短热处理所需表面处理时间，可在金属产品表面迅速形成氧化皮膜层。

Description

金属产品的表面处理方法
技术领域
本发明涉及金属产品表面处理方法，尤其涉及一种可在金属产品表面迅速形成氧化皮膜层的金属产品表面处理方法。
背景技术
到现在为止探明的化学元素中，金属约占3/4。金属中有大家熟知的铝（Al）、铁（Fe）、铜（Cu）等，通常是结晶性固体，大部分具有比较简单的结晶结构，原子排列紧凑，对称性高，金属原子最外层电子数是该层最大数量的一半以下。因此金属原子之间很难形成化合物，与最外层电子数为最大数量一半以上的非金属氧原子、硫原子容易结合。
金属材料按用途广泛应用于汽车、航空材料、手机外壳、手提电脑外壳、眼镜架、厨房设备等各种领域。如镁合金、铝及铝合金、钛及钛合金、铁及铁合金、铜及铜合金等按各自的特征广泛应用于各种领域。
为了在金属表面形成氧化皮膜层，现有技术通常通过阳极氧化处理（anodizing）、等离子体电解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation）等表面处理方法，在金属表面形成氧化皮膜层。
比如，为了在镁合金材料产品表面进行氧化处理，通过阳极氧化处理（anodizing）、等离子体电解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation）等表面处理方法，对镁合金产品表面进行表面处理，形成MgO等薄膜层。
详细地说，作为表面处理方法的电解液，主要使用氢氧化钠（NaOH）。从所述氢氧化钠中分离出来的氢氧根（OH-）结合在镁合金产品的表面层。如此形成的氧化皮膜内部，形成有强电流场，形成氧化物，在镁合金产品的表面层形成MgO和Mg（OH）2薄膜层。
但是这种现有技术，在产品表面形成氧化层的时间过长，存在无法迅速处理产品表面的缺点。
另外，现有技术中有在金属产品表面涂抹涂料、形成涂装层，或者以喷溅涂覆法（sputtering）形成金属镀层（metal coating）的技术。但在未处理金属产品表面的情况下，形成涂装层或金属镀层（metal coating）时，金属表面与涂装层之间或金属表面与金属镀层（metal coating）之间的粘接力会降低，存在涂装层或金属镀层（metalcoating）容易脱落的缺点。
发明内容
发明的课题
本发明是为了解决上述问题而提出的发明，其目的在于提供一种向金属产品表面喷射表面处理溶液后，通过直火方式或热处理方式对其进行处理，迅速形成氧化皮膜层的金属产品表面处理方法。
本发明的另一目的在于提供一种可在迅速形成的氧化皮膜层上方，坚固地形成涂装层或金属镀层、电沉积（electro deposition）层的金属产品表面处理方法。
实施方案
本发明提供一种金属产品表面处理方法，去除金属产品表面油脂后，去除、中和及洗涤金属产品表面油脂去除用物质后，对金属产品表面进行处理，其包括向洗涤的金属产品表面喷射由乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水混合而成的表面处理溶液或醇类的溶液喷射阶段；对所述溶液喷射阶段处理的金属产品，进行燃烧或不完全燃烧（incomplete combustion），在金属产品表面形成氧化皮膜层的氧化皮膜层生成阶段。
所述表面处理溶液为混合乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水而成的溶液；且所述乙醇(C2H5OH：ethanol)的混合比例为以水的体积为准1～50倍；所述丙酮(CH3COCH3：acetone)的混合比例为以乙醇(C2H5OH：ethanol)的体积为准0.05～1倍。
所述氧化皮膜层生成阶段中，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的200～260℃燃烧器中，进行10～15秒直火处理，在金属产品表面形成氧化皮膜层。另外，所述氧化皮膜层生成阶段中，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的150～200℃热处理器中，进行5～20分钟热处理。
对所述氧化皮膜层生成阶段处理的金属产品进行洗涤干燥后，在形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，以涂装作业、电解着色（Electrochromic element）方式、涂抹（coating）方式形成涂装层、电沉积（electro deposition）层、镀（coating）层。
发明效果
本发明的金属产品表面处理方法由于去除及洗涤金属产品表面的油污等异物后，向金属产品表面喷射由乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水混合而成的溶液或者醇类后，以直火方式或热处理方式、在表面形成氧化皮膜层，可以大大缩短热处理所需表面处理时间，可在金属产品表面迅速形成氧化皮膜层。
另外，由于在形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，以电解着色（Electrochromicelement）方式形成电沉积（electro deposition）层，因此不仅可在金属产品表面形成带色光泽，而且以发纹（Hair-line）表面处理喷洒盐水极限状态测试（high-low biastest）进行检测的结果，表明形成于金属产品表面的电沉积（electro deposition）表面光泽维持很长时间。
由于形成在金属表面的氧化皮膜层具有微小的图案（pattern），可容易提高在氧化皮膜层上形成有镀（coating）层或涂装层的终端产品寿命。
附图说明
图1为以本发明金属产品表面处理方法处理的镁合金产品表面放大示意图。
图2为以本发明金属产品表面处理方法处理的镁合金产品剖面放大示意图。
图3为以本发明金属产品表面处理方法处理，形成有涂装层的镁合金产品剖面放大示意图。
具体实施方式
下面，对本发明的金属产品表面处理方法最佳实施例，进行详细说明。
本发明向金属表面喷射表面处理溶液或醇类后，通过具内部空间、维持一定温度的燃烧器或热处理器，对金属表面进行处理。之前，本发明先去除产品表面的油污或其他污染物。
即，与现有技术相同，本发明去除金属产品表面的油脂后，去除及中和并洗涤金属产品表面油脂去除用物质后，对金属产品进行表面处理。
比如，为了去除产品表面的油污或其他污物，通过脱脂阶段、三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))去除阶段、丙酮（acetone）中和阶段、洗涤阶段，对进出产品进行前处理。
去除产品表面油脂的脱脂阶段中，使用三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))溶液进行处理。
三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))溶液是散发香味的无色透明液体，在车间现场作为金属机械零件脱脂清洗剂、金属表面干燥剂使用，在纤维产业作为洗涤和染色剂、普通溶剂、虫漆（lac）稀释剂、玻璃或光学器件的洗涤剂及皮革除脂剂使用的有机溶剂。
通过三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))可以去除金属产品，比如汽车和航天领域零件、手机外壳、手提电脑外壳、眼镜架、厨房设备等表面沾染的油污等。
在三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))去除阶段中，去除进行所述脱脂阶段后残留于产品表面的三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))。这里通过丙酮（acetone）溶液处理由脱脂阶段处理过的产品，去除产品表面的三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))。
为了用水清洗通过丙酮（acetone）溶液处理过的产品，需要中和残留于产品表面的丙酮（acetone），进行丙酮（acetone）中和阶段，通过甲醇（Methanol）对经三氯乙烯(C2HCl3，trichloroethylene(TCE))去除阶段残留于产品表面的丙酮（acetone）进行中和。
甲醇（Methanol：CH3OH）是结构最简单的醇类，又称木醇（methyl alcohol），因通过木材干馏而得、又称木精（wood spirit），用于水杨酸（salicylic acid）等各种羧酸（carboxylic acid）的甲酯（methylester）化或各种甲醚（methyl ether）化，含于各种天然物。
甲醇（Methanol：CH3OH）是无色透明，挥发性液体，易溶于水、乙醇、苯（benzene）、乙醚（ether）等溶剂，添加到汽油（gasoline）中，作为汽车耐寒燃料使用，添加到乙醇中，作为变性乙醇使用。
对残留于产品表面的丙酮（acetone）以甲醇（Methanol）进行中和后，有必要进行洗涤。在洗涤阶段中，对丙酮（acetone）中和阶段处理的产品，用水进行清洗后，去除水分。
本发明中，把经所述洗涤阶段得到洗涤的产品放入燃烧器或热处理器之前，为了更好地处理产品表面，进行溶液喷射阶段，向产品表面喷射表面处理溶液或醇类。
所述溶液喷射阶段中使用的表面处理溶液是由乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水混合而成的溶液。这里，所述乙醇(C2H5OH：ethanol)的混合比例为以水的体积为准1～50倍，所述丙酮(CH3COCH3：acetone)的混合比例为以乙醇(C2H5OH：ethanol)的体积为准0.05～1倍。
所述溶液喷射阶段中，除了可以使用由乙醇(C2H5OH：ethanol)、丙酮(CH3COCH3：acetone)、水构成的表面处理溶液外，也可以向金属产品表面喷射醇类。即便向金属产品表面喷射醇类，也能通过如下方式顺利形成氧化皮膜层。
这里，所述乙醇不仅与火焰的稳定性和去除斑纹能力有关，还可以降低水的表面张力。如果乙醇混合比小于1倍体积水，则不仅因氢氧基（OH-）的不足、无法在金属产品表面顺利形成氧化皮膜层，而且因水的表面张力大、致使喷射到产品表面的表面处理溶液无法均匀分布于产品表面、导致产生斑纹。
如果乙醇的混合比大于50倍体积水，则虽容易形成氧化皮膜层，但不必要地提供过多氢氧基（OH-），还因降低水与乙醇的沸点稳定性，会给形成均匀的氧化皮膜层带来恶劣影响。
作为参考，乙醇(C2H5OH：ethanol，ethyl alcohol)是无色可燃性化合物，作为醇类，常温下无色液体，燃烧时产生浅蓝色火焰，带特有的味道和气味，可形成氢键，熔点为-114.5℃，沸点为78.32℃，可溶于水、其他醇类、乙醚（ether）、酮（ketone）、三氯甲烷（chloroform）等，由于其蒸气具有爆炸性，可作为内燃机的染料使用，多用于溶剂、消毒剂、燃料等。
所述丙酮（acetone）对火焰温度和持续性、乙醇(ethanol)火力的均匀性和表面处理时间的缩短有影像。如果丙酮（acetone）的混合比小于0.05倍体积乙醇(ethanol)，则乙醇的火力不均匀，无法让氧化皮膜层的厚度均匀。如果丙酮（acetone）的混合比大于1倍体积乙醇(ethanol)，则丙酮（acetone）过量，不仅对表面处理时间的缩短产生恶劣影响，还因产生气泡，降低表面的均匀性。
作为参考，丙酮（CH3COCH3：acetone）易溶于水、乙醇（ethanol）、乙醚（ether）等大部分溶剂，常温下挥发性强、易燃，在大部分还原剂的作用下成为异丙醇（isopropylalcohol），与汞化钠（amalgam sodium）反应生成四甲基乙烯乙二醇（Tetramethylethylene glycol），与重铬酸钠（sodium dichromate）及硫酸反应生成醋酸（acetic acid）和二氧化碳，与氨反应生成二丙酮胺（diacetone amine）等丙酮胺（Acetone amine）。
另外，丙酮（acetone）是一种溶剂广泛应用于塑料或纤维素（cellulose）涂料的制造，也用于溶解并储藏乙炔（acetylene），还作为有机合成原料使用。由丙酮（acetone）生成的代表性化合物为作为溶剂、天拿水（Thinner）等使用的双丙酮醇（diacetonealcohol）。实际生活中，由于丙酮（acetone）易溶于水及有机溶剂，用于清洗无法用水清洗的油漆（paint）等物质。
之后，把经所述溶液喷射阶段处理的产品，通过氧化皮膜层生成阶段进行处理，在产品表面形成氧化皮膜层。在氧化皮膜层生成阶段中，对经所述溶液喷射阶段处理的金属产品进行燃烧或不完全燃烧（incomplete combustion），在金属产品表面形成氧化皮膜层。
作为一例，所述氧化皮膜层生成阶段中，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的200～260℃燃烧器中，进行10～15秒直火处理，在金属产品表面形成氧化皮膜层。如果温度低于200℃，则不仅延长表面处理时间，而且产品表面不容易生成氧化皮膜层。如果温度高于260℃，则产品表面状态会不均匀。
当然，由于燃烧器的热源直接到达产品表面，因此如燃烧时间短于10秒、则不易产生氧化膜，如燃烧时间长于15秒、则容易降低表面质量。
作为另一例，所述氧化皮膜层生成阶段中，不做所述直火处理，而是以热处理方式让涂抹在产品表面的表面处理溶液或醇类不完全燃烧。这里，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的150～200℃热处理器中，进行5～20分钟热处理。如果温度低于150℃，则不能维持不完全燃烧状态，不仅延长表面处理时间，还不容易在产品表面生成氧化皮膜层。如果温度高于20℃，则效率比直火处理低，会浪费不必要的温度和时间。
所述热处理方式虽然与直火处理方式相比，处理时间更长，但可以更好地去除产品表面的表面处理溶液或醇类。由于热处理器的热源间接到达产品表面，因此如热处理时间短于5分钟、则不容易形成氧化皮膜层，而由于20分钟内可以完全去除表面处理溶液、因此热处理时间不必超过20分钟。
本发明中，所述金属产品的材料为镁合金、铝及铝合金、钛及钛合金、铁及铁合金、铜及铜合金。如果材料为镁合金、则会生成MgO和Mg(OH)2氧化皮膜层，如果材料为铝及铝合金、则会生成Al2O3氧化皮膜层，如果材料为钛及钛合金、则会生成TiO2氧化皮膜层，如果材料为铁及铁合金、则会生成Fe3O4氧化皮膜层，如果材料为铜及铜合金、则会生成Cu2O氧化皮膜层。
比如去除镁合金产品表面的油脂后，去除及中和并洗涤镁合金产品表面去除油脂用物质，预处理镁合金产品。
之后，通过所述溶液喷射阶段，向镁合金产品表面喷射所述表面处理溶液后，通过所述氧化皮膜层生成阶段以直火方式燃烧镁合金产品表面。这时，如图1、图2所示，在镁合金产品表面，会迅速生成氧化皮膜层。这里，所形成的氧化皮膜层具有微小图案（pattern）。
图1、图2是在镁合金产品表面形成氧化皮膜层的示意图。这里，同样可以在铝及铝合金、钛及钛合金、铁及铁合金、铜及铜合金产品表面，以本发明的表面处理方法，形成氧化皮膜层。
由于氧化皮膜层形成有微小图案（pattern），因此可更坚固地形成后述的电沉积（electro deposition）层或镀（coating）层、涂装层。
详细地说，以所述方法在产品表面形成氧化皮膜层后，可以通过洗涤干燥阶段和电解着色（Electrochromic element）阶段，在氧化皮膜层上形成电沉积（electrodeposition）层。这里，在所述洗涤干燥阶段中，对所述氧化皮膜层生成阶段处理过的金属产品进行洗涤后、对其进行干燥。对金属产品进行洗涤干燥后，通过电解着色（Electrochromic element）阶段，在氧化皮膜层上形成电沉积（electro deposition）层。
所述洗涤干燥阶段中，使用乙醇进行洗涤为宜。洗涤后，充分干燥乙醇为宜。
所述电解着色（Electrochromic element）阶段中，通过公知的电解着色（Electrochromic element）方式形成电沉积（electro deposition）层。如图3所示，进行洗涤干燥阶段后，在形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，以电解着色（Electrochromic element）方式形成电沉积（electro deposition）层。这一技术是广泛公知的技术，这里省略其详细说明。
本发明中，所述电解着色（Electrochromic element）阶段的电沉积（electrodeposition）层厚度为10～24μm为宜。该厚度是考虑表面光泽、耐久性及处理费用而得到的最佳厚度。这里，在金属产品表面、形成氧化皮膜层，在氧化皮膜层上均匀地形成电沉积（electro deposition）层，以此实现金属产品表面的光泽。
对所述氧化皮膜层生成阶段处理的金属产品进行洗涤干燥后，在形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，以涂装作业、电解着色（Electrochromic element）方式、涂抹（coating）方式形成涂装层、电沉积（electro deposition）层、镀（coating）层。
对在产品表面形成氧化皮膜层及电沉积（electro deposition）层的样品，以发纹（Hair-line）表面处理喷洒盐水极限状态测试（high-low bias test），以24小时间隔，测试500小时的结果，表明形成于金属产品表面的电沉积（electro deposition）层表面光泽维持良好的状态。
另外，对所述溶液喷射阶段处理过的产品，以氧化皮膜层生成阶段形成氧化皮膜层后，以此通过洗涤干燥阶段和涂装阶段处理，在氧化皮膜层上形成涂装层。
如上所述，在产品表面形成氧化皮膜层后，通过洗涤干燥阶段，对金属产品进行洗涤、干燥。通过所述洗涤干燥阶段对金属产品进行洗涤干燥后，进行涂装作业，在形成于金属产品表面的氧化皮膜层上形成涂装层。
比如，作为涂装作业有烘漆喷涂（baking finish）、聚四氟乙烯上胶（Tefloncoating）、陶瓷喷涂（ceramic coating）、粉末喷涂（Powder coating）。这种涂装作业是通过公知的粉末喷涂（Powder coating）等方式，在氧化皮膜层上形成涂装层的作业。由于粉末喷涂（Powder coating）是公知技术，这里省略其说明。
所述涂装阶段中使用如烘漆（baking）系列涂料、环氧树脂（epoxy resin）涂料、珐琅（enamel）涂料、粉末涂料等涂料，通过如分体涂装等方式，在氧化皮膜层上形成涂装层。
决定涂装层的厚度时考虑表面光泽和耐久性、处理费用决定为宜。考虑到涂装层的光泽和耐久性能，涂装工序有必要细分。
即，把经所述洗涤干燥阶段得到洗涤干燥的金属产品放在传送带上，通过静电消除探头或静电消除喷嘴对产品表面进行预处理后，为了提高耐腐蚀性，通过底漆喷涂（Undercoat coating）作业进行底漆喷涂（Undercoat coating）后，进行初步间接干燥。之后，为了提高涂装层的耐久性，进行面漆喷涂（finish paint coating）作业，再次进行间接干燥。之后，通过清除（clear）工序，提高光泽，完全干燥形成于产品表面的涂装层。
这里，构成涂装层的涂料，在形成于金属产品表面氧化皮膜层的微小图案（pattern）作用下，坚固地结合在氧化皮膜层上，涂装层的耐久性会得到加强。即，氧化皮膜层的微小图案（pattern）可以加强涂装层的耐久性。
通过所述洗涤干燥阶段，对产品洗涤干燥后，通过干镀（Dry Coating）方式，在氧化皮膜层上形成金属材料的镀（coating）层。
即，干镀（Dry Coating）方式有电子束真空蒸镀（e-beam vacuum evaporation）方式和离子电镀（ion plating）方式，阴极真空喷镀（sputtering）方式，等离子体增强化学汽相沉积(PECVD：Plasma-enhanced chemical vapor deposition)方式等。这种以干镀（Dry Coating）方式在氧化皮膜层上形成金属材料镀（coating）层的干镀（DryCoating）阶段中，通过已公知的阴极真空喷镀（sputtering）方式等干镀（Dry Coating）方式形成镀（coating）层，使用铝(Al)和锡(Sn)、钛(Ti)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、不锈钢(SUS)、硅(Si)中的某一种形成镀（coating）层。而阴极真空喷镀（sputtering）方式等干镀（Dry Coating）方式是公知技术，这里省略其说明。
当然，该干镀（Dry Coating）阶段中，可从铝(Al)和锡(Sn)、钛(Ti)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、不锈钢(SUS)、硅(Si)中选择某两种以上，在氧化皮膜层上形成多层金属镀（coating）层，或者可以用不同材料的金属形成多种纹样。而金属镀（coating）层的厚度应考虑表面光泽和耐久性、处理费用，选择最佳厚度为宜。
综上所述，本发明可以迅速形成具微小图案（pattern）的氧化皮膜层，通过氧化皮膜层的微小图案（pattern）、可以加强镀（coating）层的耐久性，通过产品的镀（coating）层可以表现出不同金属材料质感。

Claims (7)

1.一种金属产品表面处理方法，去除金属产品表面油脂后，去除、中和及洗涤金属产品表面油脂去除用物质后，对金属产品表面进行处理，其特征在于：包括
向洗涤的金属产品表面喷射由乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水混合而成的表面处理溶液或醇类的溶液喷射阶段；
对所述溶液喷射阶段处理的金属产品，进行燃烧或不完全燃烧（incompletecombustion），在金属产品表面形成氧化皮膜层的氧化皮膜层生成阶段。
2.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
所述溶液喷射阶段使用的表面处理溶液为混合乙醇(C2H5OH：ethanol)与丙酮(CH3COCH3：acetone)、水而成的溶液；且所述乙醇(C2H5OH：ethanol)的混合比例为以水的体积为准1～50倍；所述丙酮(CH3COCH3：acetone)的混合比例为以乙醇(C2H5OH：ethanol)的体积为准0.05～1倍。
3.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
所述氧化皮膜层生成阶段中，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的200～260℃燃烧器中，进行10～15秒直火处理，在金属产品表面形成氧化皮膜层。
4.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
所述氧化皮膜层生成阶段中，把所述溶液喷射阶段处理的金属产品放入具内部空间的150～200℃热处理器中，进行5～20分钟热处理。
5.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
包括对所述氧化皮膜层生成阶段处理的金属产品，以乙醇(C2H5OH：ethanol)进行清洗后，对此进行干燥的洗涤干燥阶段；
在所述洗涤干燥阶段处理后的形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，以电解着色（Electrochromic element）方式形成电沉积（electro deposition）层的电解着色（Electrochromic element）阶段。
6.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
包括对所述氧化皮膜层生成阶段处理的金属产品进行洗涤后，对此干燥的洗涤干燥阶段；
在所述洗涤干燥阶段处理后的形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，通过涂装作业形成涂装层的涂装阶段。
7.根据权利要求1所述的金属产品表面处理方法，其特征在于：
包括对所述氧化皮膜层生成阶段处理的金属产品进行洗涤后，对此干燥的洗涤干燥阶段；
在所述洗涤干燥阶段处理后的形成于金属产品表面的氧化皮膜层上，通过干镀（DryCoating）方式形成镀（coating）层的干镀（Dry Coating）阶段。
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