CN104357842B - 一种环保龙头及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造及表面处理领域，具体涉及一种无重金属析出的环保龙头及其制备方法，包括以下加工步骤：步骤（1）、由重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜；步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物，使金属龙头的内、外表面形成有机膜。通过重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面，进行物理气相沉积，然后进行化学气相沉积，利用化学气相沉积的良好渗透性，在龙头的内外表面沉积了一层有机膜，这层有机膜起到隔绝屏蔽作用，使水与金属不接触，从而获得无重金属析出的金属龙头，本发明的制备方法简单，生产成本低。

Description

一种环保龙头及其制备方法
技术领域
本发明涉及制造及表面处理领域，具体涉及一种无重金属析出的环保龙头及其制备方法。
背景技术
现有的金属水龙头的材质主要是铜，一般通过重力铸造成型，然后由水电镀工艺制备成品。这样生产的金属龙头，其金属表面与水直接接触，龙头材料以及电镀层中的重金属，如铅、铬及镍等会缓慢析出到水中，污染水质，重金属析出对人体伤害及其严重，所以制造环保龙头一直是业内的研究热点。
中国专利申请号为 200610005689.2的发明专利，公开一种无铅铜合金， 其铜合金材料本身不含铅重金属，不会污染水质。然而，用该铜合金材料生产水龙头，其缺陷在于：一方面，该无铅铜提炼难度大，成本高，导致产品成本大幅增加；另一方面，制得的水龙头与水直接接触，铜会被氧化，水龙头表面易形成绿色氧化铜，影响水质。现有技术中，也有通过化学洗铅工艺将龙头表层的铅洗去，但这只能洗掉龙头表层的铅，这种方法只是暂时缓解了重金属超标，而随着时间推延内层的铅还是会析出到表面，同时洗铅是一种高浓度酸化，污染环境。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种环保龙头及其制备方法，通过重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面，进行物理气相沉积，然后进行化学气相沉积，利用化学气相沉积的良好渗透性，在龙头的内外表面沉积了一层有机膜，这层有机膜起到隔绝屏蔽作用，使水与金属不接触，从而获得无重金属析出的金属龙头，本发明的制备方法简单，生产成本低。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种环保龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜；
步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物，使金属龙头的内、外表面形成有机膜。
物理气相沉积（PVD）镀氮化保护膜的作用是提高金属龙头的耐磨性能，氮化钛呈金色，氮化锆呈银白色，氮化钛锆合金呈浅金色，在金属龙头经过物理气相沉积在其表面形成有色的氮化保护膜，有利于提升金属龙头的耐磨性、装饰作用，且有利于提升金属龙头的产品附加值。
化学气相沉积（CVD）聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物的作用是提高金属龙头的表面，尤其是内表面的防腐、隔绝水的特性，利用化学气相沉积的良好渗透性，在龙头的内外表面沉积了一层有机膜，这层有机膜起到隔绝屏蔽作用，使水与金属不接触，从而获得无重金属析出的金属龙头。
其中，步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，采用溅射镀膜法，使钛、锆或钛锆合金气化后与氮气发生反应，进行物理气相沉积，形成氮化保护膜。
进一步地，所述溅射镀膜法的具体工艺为：
步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气250-350sccm，偏压2500-3500V，时间4-6min；优选地，氩气300sccm，偏压3000V，时间5min；
步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛、锆或钛锆合金，氩气50-150sccm，偏压320-480V，时间1-3min,炉温80-120℃；优选地，氩气100sccm，偏压400V，时间2min,炉温100℃；
步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛、锆或钛锆合金，氩气50-150sccm，氮气由0升至70-480sccm，时间3-5min，炉温80-120℃；优选地，氩气100sccm，氮气由0升至400sccm，时间4min，炉温100℃；
步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛、氮化锆或氮化钛锆合金，氮气70-480sccm，时间12-18min，炉温120-180℃。优选地，氮气400sccm，时间15min，炉温150℃。
其中，所述步骤（2）中，所述氮化物为氮化钛、氮化锆或氮化钛锆合金，氮化钛锆合金中钛、锆的质量比为1:1。物理气相沉积工艺中，所用的材料是钛、锆或钛锆合金，钛锆合金中钛、锆的质量比为1:1。钛、锆或钛锆合金经过物理气相沉积处理后，会在金属龙头外表面形成氮化物保护膜，有利于提高金属龙头的耐磨性能。
其中，所述步骤（3）中，所述聚对二甲苯的卤代物为八氟聚对二甲苯。
聚对二甲苯，商品名帕里纶（Parylene），是通过化学气相沉积法制备的具有聚二甲撑苯撑结构的聚合物薄膜的统称，它有极其优良的电性能、耐热性、耐候性和化学稳定性。
八氟聚对二甲苯，CAS号：3345-29-7，分子式：C16H8F8，沸 点:321°C，闪 点:117°C，密 度:1.497g/cm3。又称为1,1,2,2,9,9,10,10-八氟[2.2]二聚对二甲苯。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：
步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达0.8-1.2pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物在120-180℃气化升化，速率15-25A/s；优选地，真空度为1pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯在150℃气化升化，速率20A/s；
步骤B2、裂解室温度控制在685-705℃，进行裂解催化，速率14-20A/s；优选地，裂解室温度控制在695℃，进行裂解催化，速率17A/s。
步骤B3、 沉积室温度控制在室温20-25℃，进行低温沉积，速率12-18A/s，沉积时间1.5-2.5小时，膜厚达10-11.6μm。优选地，沉积室温度控制在室温25℃，进行低温沉积，速率15A/s，沉积时间2小时，膜厚达10.8μm。
其中，所述氮化保护膜的厚度为0.2-1μm，所述有机膜的厚度为10-20μm。
其中，所述金属龙头为铜龙头或不锈钢龙头。
一种环保龙头的制备方法制得的环保龙头。
本发明的有益效果为：本发明通过重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面，进行物理气相沉积，提高金属龙头的耐磨性，然后进行化学气相沉积，利用化学气相沉积的良好渗透性，在龙头的内外表面沉积了一层有机膜，这层有机膜起到隔绝屏蔽作用，使水与金属不接触，从而获得无重金属析出的金属龙头，本发明的制备方法简单，制造工艺环保，无废水及废气排放，环境效益好，生产成本低。
另外，本发明制得的金属龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标，经过本发明制备的金属龙头，其隔绝屏蔽作用可维持10年，该金属龙头的使用寿命可达到10年，大大降低了龙头的更换维护成本，产品品质高。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例 1
一种环保金色铜龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属铜龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化物为氮化钛，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为0.2μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为10μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气250sccm，偏压2500V，时间6min；步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛，氩气50sccm，偏压320V，时间1min,炉温120℃；步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛，氩气50sccm，氮气由0升至70sccm，时间3min，炉温120℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛，氮气70sccm，时间12min，炉温180℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达0.8pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯在120℃气化升化，速率25A/s；步骤B2、裂解室温度控制在685℃，进行裂解催化，速率20A/s；步骤B3、沉积室温度控制在20℃，进行低温沉积，速率12A/s，沉积时间2.5小时。
本实施例制得的金色铜龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
实施例 2
一种环保银白色铜龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属铜龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化锆，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为0.4μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积八氟聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为12μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气280sccm，偏压2800V，时间5.5min；步骤A2、进行阴极电弧离子沉积锆，氩气80sccm，偏压350V，时间1.5min,炉温110℃；步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡锆，氩气800sccm，氮气由0升至100sccm，时间3.5min，炉温110℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化锆，氮气100sccm，时间13min，炉温170℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达0.9pa时，开始蒸发材料，将对八氟聚对二甲苯在130℃气化升化，速率22A/s；步骤B2、裂解室温度控制在690℃，进行裂解催化，速率18A/s；步骤B3、 沉积室温度控制在21℃，进行低温沉积，速率13A/s，沉积时间2小时。
本实施例制得的白色铜龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
实施例 3
一种环保浅金色铜龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属铜龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化物为氮化钛锆合金，氮化钛锆合金中钛、锆的质量比为1:1，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为0.5μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为15μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气300sccm，偏压3000V，时间5min；步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛锆合金，氩气100sccm，偏压400V，时间2min,炉温100℃；步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛锆合金，氩气100sccm，氮气由0升至400sccm，时间4min，炉温100℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛锆合金，氮气400sccm，时间14min，炉温160℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达1.0pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯在140℃气化升化，速率20A/s；步骤B2、裂解室温度控制在695℃，进行裂解催化，速率17A/s；步骤B3、 沉积室温度控制在22℃，进行低温沉积，速率14A/s，沉积时间2小时。
本实施例制得的浅金色铜龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
实施例 4
一种环保金色不锈钢龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属不锈钢龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化物为氮化钛，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为0.6μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积八氟聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为16μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气300sccm，偏压3000V，时间5min；步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛，氩气100sccm，偏压400V，时间2min,炉温100℃；
步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛，氩气100sccm，氮气由0升至300sccm，时间4min，炉温100℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛，氮气300sccm，时间15min，炉温150℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达1.0pa时，开始蒸发材料，将对八氟聚对二甲苯在150℃气化升化，速率120A/s；步骤B2、裂解室温度控制在700℃，进行裂解催化，速率16A/s；步骤B3、 沉积室温度控制在24℃，进行低温沉积，速率15A/s，沉积时间2小时。
本实施例制得的金色不锈钢龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
实施例 5
一种环保银白色不锈钢龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属不锈钢龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化物为氮化锆，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为0.8μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为18μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气320sccm，偏压3200V，时间4.5min；
步骤A2、进行阴极电弧离子沉积锆，氩气120sccm，偏压450V，时间2.5min,炉温90℃；
步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡锆，氩气120sccm，氮气由0升至200sccm，时间4.5min，炉温90℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化锆，氮气200sccm，时间14min，炉温140℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达1.1pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯在160℃气化升化，速率18A/s；步骤B2、裂解室温度控制在695℃，进行裂解催化，速率15A/s；步骤B3、沉积室温度控制在23℃，进行低温沉积，速率17A/s，沉积时间1.5小时。
本实施例制得的白色不锈钢龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
实施例 6
一种环保浅金色不锈钢龙头的制备方法，包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属不锈钢龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，氮化物为氮化钛锆合金，氮化钛锆合金中钛、锆的质量比为1:1，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜，氮化保护膜的厚度为1μm；
步骤（3）、进行化学气相沉积八氟聚对二甲苯，使金属龙头的内、外表面形成有机膜，有机膜的厚度为20μm。
其中，所述步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，进行物理气相沉积：步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气350sccm，偏压3500V，时间4min；
步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛锆合金，氩气150sccm，偏压480V，时间3min,炉温80℃；步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛锆合金，氩气150sccm，氮气由0升至480sccm，时间5min，炉温80℃；步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛锆合金，氮气480sccm，时间18min，炉温120℃。
其中，所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达1.2pa时，开始蒸发材料，将对八氟聚对二甲苯在180℃气化升化，速率15A/s；步骤B2、裂解室温度控制在705℃，进行裂解催化，速率14A/s；步骤B3、 沉积室温度控制在25℃，进行低温沉积，速率18A/s，沉积时间1.5小时。
本实施例制得的浅金色不锈钢龙头，经过加严测试寿命：即在酸性盐雾96H，60℃水浸240小时，金属龙头常温水浸3个月，无重金属超标。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种环保龙头的制备方法，其特征在于：包括以下加工步骤：
步骤（1）、由重力铸造出金属龙头，通过物理抛光获得高光表面的金属龙头；
步骤（2）、进行物理气相沉积氮化物，使金属龙头的外表面形成氮化保护膜；
步骤（3）、进行化学气相沉积聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物，使金属龙头的内、外表面形成有机膜；
所述步骤（3）的具体加工方法包括，将镀有氮化保护膜的金属龙头，风冷至室温，放入真空镀膜室内，然后进行化学气相沉积：
步骤B1、真空镀膜室内的真空度到达0.8-1.2Pa时，开始蒸发材料，将聚对二甲苯或聚对二甲苯的卤代物在120-180℃气化升化，速率15-25Å/s；
步骤B2、裂解室温度控制在685-705℃，进行裂解催化，速率14-20Å/s；
步骤B3、 沉积室温度控制在室温20-25℃，进行低温沉积，速率12-18Å/s，沉积时间1.5-2.5小时。
2.根据权利要求1所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：步骤（2）的具体加工方法为，将经抛光的金属龙头，放入真空镀膜机内，采用溅射镀膜法，使钛、锆或钛锆合金气化后与氮气发生反应，进行物理气相沉积，形成氮化保护膜。
3.根据权利要求2所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：所述溅射镀膜法的具体工艺为：
步骤A1、采用等离子辉光清洗，氩气250-350sccm，偏压2500-3500V，时间4-6min；
步骤A2、进行阴极电弧离子沉积钛、锆或钛锆合金，氩气50-150sccm，偏压320-480V，时间1-3min,炉温80-120℃；
步骤A3、进行阴极电弧离子反应沉积过渡钛、锆或钛锆合金，氩气50-150sccm，氮气由0升至70-480sccm，时间3-5min，炉温80-120℃；
步骤A4、进行阴极电弧离子反应沉积氮化钛、氮化锆或氮化钛锆合金，氮气70-480sccm，时间12-18min，炉温120-180℃。
4.根据权利要求1所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述氮化物为氮化钛、氮化锆或氮化钛锆合金，氮化钛锆合金中钛、锆的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述聚对二甲苯的卤代物为八氟聚对二甲苯。
6.根据权利要求1所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：所述氮化保护膜的厚度为0.2-1μm，所述有机膜的厚度为10-20μm。
7.根据权利要求1所述的一种环保龙头的制备方法，其特征在于：所述金属龙头为铜龙头或不锈钢龙头。
8.一种环保龙头，其特征在于：如权利要求1-7中任意一项所述的一种环保龙头的制备方法制得的环保龙头。
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