CN104987761B - 一种uv阴极电泳漆及其镀膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镀膜和电泳漆技术领域，公开了一种UV阴极电泳漆及其镀膜工艺，所述UV阴极电泳漆由UV阴极电泳漆树脂、固化剂、助溶剂等成分组成，其中所述UV阴极电泳漆树脂由甲基丙烯酸酯、N‑羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯等组成。所述UV阴极电泳漆工艺环保、可作为真空电镀底层，不开裂，脱落，黄变，漆膜均匀性好，亮度、柔韧性、泳透力高。所述镀膜工艺包括前处理、UV阴极电泳、水洗、UV固化、真空电镀等步骤，该工艺不采用传统的水电镀，也不采用喷涂打底，同样可以得到水电镀一样结合力良好、结晶细致、光亮、具金属质感的装饰性理想外观，可以替代传统水电镀。
Description
技术领域
本发明属于电泳和真空电镀技术领域，公开了一种UV阴极电泳漆及其镀膜工艺。
背景技术
在金属或合金基材表面进行传统水电镀可以得到多种功能性、装饰性镀层，其中铜、镍、铬镀层体系应用较广泛，但传统水电镀由于对环境的污染及需要使用一些剧毒原料，已经被国家及各级地方政府所限制发展，电镀加工企业也由于污水处理成本高、能耗高、水资源浪费大逐渐被淘汰。而欧盟对进口产品中六价铬、镍的含量也有严格限制也使水电镀逐渐成为夕阳行业。
开发替代水电镀(如铜、镍、铬电镀)的新技术、新工艺正在流行，其中真空电镀由于沉积材料广泛、节约金属材料、没有环境污染而得到广泛应用。真空电镀镀层较薄，一般0.3-5微米，预涂底漆可以提高真空电镀膜层厚度、附着力、表面光滑平整的镜面效果。但喷涂底漆存在有机溶剂挥发而造成的环境污染问题，操作环境恶劣、原漆利用率低材料浪费大，增加了加工的难度和成本。因此研究一种合适的镀膜工艺来代替水电镀具有重要意义。
目前市场上已有各种电泳漆，但是电泳漆的配方大都是不公开的，具体的电泳漆有其特定的用途，研究一种适合于自身工艺的电泳漆具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种特别研制的电泳漆，用于UV阴极电泳，工艺环保、可作为真空电镀底层，不开裂，脱落，黄变，漆膜均匀性好，亮度、柔韧性、泳透力高。所述UV阴极电泳漆环保、可作为真空电镀底层，不开裂，脱落，黄变，漆膜均匀性好，泳透力高。并且研发一种新的镀膜工艺，将金属或合金先进行阴极电泳，UV固化后再施加真空电镀替代传统电镀的加工方法，采用这种方法可以在金属或合金基材上得到一层结合力牢固、结晶细致、更具金属质感的金属膜层。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种UV阴极电泳漆，由以下质量百分含量的组分组成：
其中，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种。
优选方案：所述UV阴极电泳漆由以下质量百分含量的组分组成：
其中，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
进一步优选方案，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
所述固化剂为不饱和酸羟酯封闭的异氰酸酯，固化剂进一步优选为：甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)封闭的异氰酸酯。
所述助溶剂优选为醇醚类助溶剂。
所述中和剂优选为冰醋酸类有机酸。
所述光引发剂可以是光引发剂1173、光引发剂184、光引发剂6521等。
一种镀膜工艺，包括对基材进行前处理，对前处理之后的基材依次进行以下处理：
(1)使用上述UV阴极电泳漆对前处理之后的基材进行阴极电泳，工艺控制参数包括：控制UV阴极电泳槽液中UV阴极电泳漆的固含量为8％-12％，控制UV阴极电泳槽内pH值为4.0-5.0，控制电导率为300～900us/cm，槽液温度为25℃-30℃，电泳电压为30-80V，电泳时间为16-60s；
(2)纯水洗；
(3)70℃-80℃的条件下预烘干10-20min；
(4)使用3000mj/cm2以上的高压水银灯紫外固化2～5min；
(5)对紫外固化后的基材进行真空电镀。
所述前处理包括超声波除油除蜡、电解除油、酸洗、水洗、活化、磷化、阳极氧化、表面调整、钝化中的一种或几种。
所述真空电镀可以选自以下三种工艺之一：
(1)真空蒸镀：选用纯度99.98％以上纯铝作镀料，工件装炉，抽真空4×10-4Pa，离子轰击5～10min，烘烤，加热1300～1400℃预熔镀料，蒸发镀，冷却温度 -20～-10℃，待工件冷却后进气出炉，沉积速度0.1～3μm/min；
(2)磁控溅射：选用纯度99.98％以上纯铝为靶材，工件装炉，本底真空度4×10- 4Pa，Ar分压1.5～2.0Pa，溅射功率70～100W，电流0.4～1.0A，溅射时间10～30min；
(3)真空阴极电弧离子镀：以纯度99.98％以上的高纯钛为阴极靶材，工件装炉，超声波清洗10～15min，空气干燥，本底真空度4×10-4Pa，通入氩气，Ar分压1.5～2.5Pa，离子轰击5～10min，通入反应气体氮气，N2流量25cm3/min，进行阴极电弧离子镀沉积，0～—900v偏压，靶电流60～80A，薄膜沉积时间：30～180s。
所述基材选自以下材料之一：铁材、铜材、不锈钢、铝及其合金、锌及其合金、镁及其合金等。
进一步优选，在所述真空电镀之后做电泳涂装处理进行保护，所述电泳涂装处理的工艺步骤同上述镀膜工艺的步骤(1)-(4)。
与现有技术相比，本发明的优势包括：
(1)UV阴极电泳漆工艺环保、可作为真空电镀底层，不开裂，脱落，黄变，漆膜均匀性好，亮度、柔韧性、泳透力高。
(2)本发明的方法不采用传统的水电镀，也不采用喷涂打底，同样可以得到水电镀一样结合力良好、结晶细致、光亮、更具金属质感的装饰性理想外观。
(3)本发明的电泳涂装采用UV光固化阳离子丙烯酸树脂阴极电泳漆，与其它涂装方式(喷涂粉末喷涂等)相比，UV固化电泳涂装采用水性涂料(树脂和颜料)，添加少量固化剂、溶剂、中和剂、光引发剂和去离子水，其中去离子水占溶液绝大部分，这种涂装方法具有成膜温度低、固化速度快，能简化固化设备，节能省时；涂膜均匀致密硬度高、涂料利用率高、涂膜质量好、安全环保、易实现自动化生产、良率高、厚度可控制、泳透力高加工复杂零件无死角、对涂装环境净化要求没有喷漆、喷粉要求高的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的镀膜工艺详细步骤包括：(基材为铁件)：
1、超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20～40g/L 碳酸钠(Na2CO3) 20～30g/L 磷酸三钠(Na3PO4) 5～10g/L OP乳化剂1～3g/L 操作温度：70～90℃ 时间：30s-5min 设备要求：配合超声波使用
2、电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20～30g/L 碳酸钠(Na2CO3) 10～20g/L 磷酸三钠(Na3PO4) 30～50g/L 表面活性剂1～2g/L 操作温度：50～70℃ 电流密度：5～10A/dm2 时间：1～2min
3、水洗
流动水洗
4、酸洗
溶液配方：HCl(d＝1.19) 150～300g/L 操作温度：室温 时间：1～5min
5、水洗
流动水洗
6、磷化
水溶液配方：磷酸二氢锌[Zn(H2PO4)2] 60～70g/L 硝酸锌[Zn(NO3)2]60～80g/L氟化钠(NaF) 3～4.5g/L 氧化锌(ZnO) 4～8g/L 总酸(TA) 70～90点 游离酸(FA)3～4点操作温度：25～30℃ 时间：30～40min
7、水洗
流动水洗
8、纯水洗
9、UV阴极电泳
①「UV阴极电泳漆树脂配方
表1 UV阴极电泳漆树脂配方
②UV阴极电泳漆配方
表2 UV阴极电泳漆原漆(固含量50％)配方
③UV阴极电泳槽液工艺参数及工作条件
表3 UV阴极电泳槽液工艺参数及工作条件
电泳槽液配制方法：根据槽液配比(固体含量)将计算量的UV阴极电泳漆(原漆)加入到配料槽中，然后缓慢加入去离子水搅拌均匀配成电泳槽液；充分搅拌熟化即可试做工件，所得电泳膜层经后序清洗固化后外观无色透明光亮，膜厚1～20μm。
10、纯水洗
11、预烘
烘烤温度：75±5℃ 时间：15±5min 在烘箱中进行
12、固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上 时间：2～5min
13、真空电镀
(1)真空蒸镀(镀铝)
选用纯度99.98％以上纯铝作镀料，工件装炉，抽真空4×10-4Pa，离子轰击5～10min，烘烤，加热1300～1400℃预熔镀料，蒸发镀，冷却温度-20～-10℃，待工件冷却后进气出炉，沉积速度0.1～3μm/min。
(2)磁控溅射(镀铝)
以高纯铝(99.98％)以上为靶材，工件装炉，本底真空度4×10-4Pa，Ar分压1.5～2.0Pa，溅射功率70～100W，电流0.4～1.0A，溅射时间10～30min
(3)真空阴极电弧离子镀(镀TiN)
以高纯钛(99.98％以上)为阴极靶材，工件装炉，超声波清洗10～15min，空气干燥，本底真空度4×10-4Pa，通入氩气，Ar分压1.5～2.5Pa，离子轰击5～10min，通入反应气体氮气，N2流量25cm3/min，进行阴极电弧离子镀沉积，0～—900v偏压，靶电流60～80A，薄膜沉积时间：30～180s,
14、后处理
真空镀铝膜是两性金属膜，空气中容易氧化，容易受酸碱腐蚀，真空电镀后可以做电泳涂装处理进行保护；在空气中容易氧化变色的金属膜层如镍，真空电镀后也可以做电泳涂装处理进行保护，仍采用以上UV阴极电泳工艺，重复以上8～12的步骤即可。
金属工件经UV阴极电泳→真空电镀→UV阴极电泳，可以得到高性能、具金属质感、高反射性镜面膜层，该膜层硬度高、耐腐蚀性优良、表面光泽度高、附着力、耐冲击性良好、表面不氧化变色耐久性好，完全可以替代传统水电镀如铜/镍/铬镀层，可以作为金属表面多种功能性、装饰性涂/镀层而广泛应用于五金、灯饰、建材、手机、数码产品等领域，并具环保、节能、节材、高效、科技创新等特性，既改善了企业员工的工作环境，又减少了环境污染，为企业带来良好的经济效益和社会效益。
表4 UV阴极电泳真空电镀涂/镀层性能检测
实施例1：锌合金底材电泳加真空电镀工艺步骤：
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：碳酸钠(Na2CO3) 20g/L 硅酸钠(Na2SiO3) 20g/L 表面活性剂1g/L操作温度：40℃ 时间：除净为止 设备要求：配合超声波使用
(2)阴极电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 1g/L 碳酸钠(Na2CO3) 5g/L 磷酸三钠(Na3PO4)20g/L 表面活性剂1g/L 操作温度：40℃ 阴极电流密度：5A/dm2时间：0.5min
(3)水洗
流动水洗
(4)除膜(出光)
水溶液配方：硝酸(HNO3) 2％(重量百分比) 温度：室温 时间：2s
(5)水洗
流动水洗
(6)钝化
水溶液配方：铬酐(CrO3) 2g/L 碳酸钡(BaCO3) 1g/L 硝酸(HNO3) 0.5ml/L温度：室温 时间：10s
(7)水洗
流动水洗
(8)纯水洗
(9)UV阴极电泳
①UV阴极电泳漆树脂配方
表5 UV阴极电泳漆树脂配方
②UV阴极电泳漆配方
表6 UV阴极电泳漆原漆(固含量50％)配方
表7 UV阴极电泳槽液工艺参数及工作条件
电泳槽液配制方法：根据槽液配比(固体含量)将计算量的UV阴极电泳漆(原漆)加入到配料槽中，然后缓慢加入去离子水搅拌均匀配成电泳槽液；充分搅拌熟化即可试做工件，所得电泳膜层经后序清洗固化后外观无色透明光亮，膜厚15um左右。
(10)纯水洗
(11)预烘
烘烤温度：70℃ 时间：10min 在烘箱中进行
(12)固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上 时间：2min
(13)真空镀铝
选用纯度99.98％以上纯铝作镀料，工件装炉，抽真空4×10-4Pa，离子轰击5min，烘烤，加热1300℃预熔镀料，蒸发镀，冷却温度-20℃，待工件冷却后进气出炉，沉积薄膜厚度1.0μm
(14)阴极电泳
同以上步骤(9)
(15)纯水洗
(16)预烘
烘烤温度：70℃ 时间：10min 在烘箱中进行
(17)固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上 时间：2min。
实施例2：铜及铜合金底材电泳加真空电镀工艺步骤：
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 10g/L 碳酸钠(Na2CO3) 55g/L 磷酸三钠(Na3PO4)55g/L 硅酸钠(Na2SiO3) 7.5g/L 操作温度：75℃ 时间：除净为止 设备要求：配合超声波使用
(2)阴极电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 7.5g/L 碳酸钠(Na2CO3) 15g/L 硅酸钠(Na2SiO3)25g/L 表面活性剂1.5g/L 操作温度：60℃ 阴极电流密度：7.5A/dm2 时间：1.3min
(3)水洗
流动水洗
(4)活化
水溶液配方：浓硫酸(H2SO4) 7.5％(体积) 温度：室温
(5)水洗
流动水洗
(6)钝化
水溶液配方：铬酐(CrO3) 120g/L 浓硫酸(H2SO4) 10g/L 氯化钠(NaCl)1.0g/L 温度：室温 时间：12s
(7)水洗
流动水洗
(8)纯水洗
(9)UV阴极电泳
①UV阴极电泳漆树脂配方
表8 UV阴极电泳漆树脂配方
②UV阴极电泳漆配方
表9 UV阴极电泳漆原漆(固含量50％)配方
表10 UV阴极电泳槽液工艺参数及工作条件
电泳槽液配制方法：根据槽液配比(固体含量)将计算量的UV阴极电泳漆(原漆)加入到配料槽中，然后缓慢加入去离子水搅拌均匀配成电泳槽液；充分搅拌熟化即可试做工件，所得电泳膜层经后序清洗固化后外观无色透明光亮，膜厚15um左右。
(10)纯水洗
(11)预烘
烘烤温度：75℃ 时间：15min 在烘箱中进行
(12)固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上 时间：3min
(13)磁控溅射(镀铝)
以高纯铝(99.98％)以上为靶材，工件装炉，本底真空度4×10-4Pa，Ar分压1.7Pa，溅射功率80W，电流0.5A，溅射时间20min，镀铝膜厚0.6um
(14)UV阴极电泳同以上步骤(9)
(15)纯水洗
(16)预烘
烘烤温度：75℃ 时间：15min 在烘箱中进行
(17)固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上 时间：3min。
实施例3：纯铝底材电泳加真空电镀工业步骤：
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：碳酸钠(Na2CO3) 50g/L 磷酸三钠(Na3PO4) 50g/L 硅酸钠(Na2SiO3)30g/L 操作温度：80℃ 时间：除净为止 设备要求：配合超声波使用
(2)水洗
流动水洗
(3)微蚀
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 80g/L 温度：70℃ 时间：30s
(4)水洗
流动水洗
水溶液配方：浓硝酸(HNO3) 500g/L 温度：室温 时间：15s
(6)水洗
流动水洗
(7)阳极氧化
水溶液配方：硫酸(H2SO4) 200g/L 铝离子(Al3+) 15g/L 温度：25℃电流密度1.5g/L 电压20v 电源：直流 时间：40min需要搅拌
(8)水洗
流动水洗
(9)纯水洗
(10)UV阴极电泳
①UV阴极电泳漆树脂配方
表11 UV阴极电泳漆树脂配方
②UV阴极电泳漆配方
表12 UV阴极电泳漆原漆(固含量50％)配方
表13 UV阴极电泳槽液工艺参数及工作条件
电泳槽液配制方法：根据槽液配比(固体含量)将计算量的UV阴极电泳漆(原漆)加入到配料槽中，然后缓慢加入去离子水搅拌均匀配成电泳槽液；充分搅拌熟化即可试做工件，所得电泳膜层经后序清洗固化后外观无色透明光亮，膜厚20um左右。
(11)纯水洗
(12)预烘
烘烤温度：80℃ 时间：20min 在烘箱中进行
(13)固化
紫外线硬化：使用3000mj/cm2高压水银灯以上时间：5min
(14)真空阴极电弧离子镀(镀TiN)
以高纯钛(99.98％以上)为阴极靶材，工件装炉，超声波清洗15min，空气干燥，本底真空度4×10-4Pa，通入氩气，Ar分压2.0Pa，离子轰击10min，通入反应气体氮气，N2流量25cm3/min，进行阴极电弧离子镀沉积，—100v偏压，靶电流80A，薄膜沉积时间：180s,薄膜厚度0.8um
表14 金属基材(铁材)不同涂/镀层性能比较
并且通过面层的电泳漆的色彩多样性，可以轻易实现表面装饰的多彩性。
Claims (10)
1.一种作为真空电镀底层的UV阴极电泳漆，其特征是，由以下质量百分含量的组分组成：
其中，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述UV阴极电泳漆，其特征是，由以下质量百分含量的组分组成：
其中，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
3.根据权利要求1或2所述UV阴极电泳漆，其特征是，所述UV阴极电泳漆树脂由以下质量百分含量的成分组成：
4.根据权利要求1或2所述UV阴极电泳漆，其特征是，所述助溶剂为醇醚类助溶剂。
5.根据权利要求1或2所述UV阴极电泳漆，其特征是，所述中和剂为冰醋酸类有机酸。
6.一种镀膜工艺，包括对基材进行前处理，其特征是，对前处理之后的基材依次进行以下处理：
(1)使用权利要求1-3之一所述UV阴极电泳漆对前处理之后的基材进行阴极电泳，工艺控制参数包括：控制UV阴极电泳槽液中UV阴极电泳漆的固含量为8％-12％，控制UV阴极电泳槽内pH值为4.0-5.0，控制电导率为300～900us/cm，槽液温度为25℃-30℃，电泳电压为30-80V，电泳时间为16-60s；
(2)纯水洗；
(3)70℃-80℃的条件下预烘干10-20min；
(4)使用3000mj/cm2以上的高压水银灯紫外固化2～5min；
(5)对紫外固化后的基材进行真空电镀。
7.根据权利要求6所述镀膜工艺，其特征是，所述前处理包括超声波除油除蜡、电解除油、酸洗、水洗、活化、磷化、阳极氧化、表面调整、钝化中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述镀膜工艺，其特征是，所述真空电镀选自以下三种工艺之一：
(1)真空蒸镀：选用纯度99.98％以上纯铝作镀料，工件装炉，抽真空4×10-4Pa，离子轰击5～10min，烘烤，加热1300～1400℃预熔镀料，蒸发镀，冷却温度-20～-10℃，待工件冷却后进气出炉，沉积速度0.1～3μm/min；
(2)磁控溅射：选用纯度99.98％以上纯铝为靶材，工件装炉，本底真空度4×10-4Pa，Ar分压1.5～2.0Pa，溅射功率70～100W，电流0.4～1.0A，溅射时间10～30min；
(3)真空阴极电弧离子镀：以纯度99.98％以上的高纯钛为阴极靶材，工件装炉，超声波清洗10～15min，空气干燥，本底真空度4×10-4Pa，通入氩气，Ar分压1.5～2.5Pa，离子轰击5～10min，通入反应气体氮气，N2流量25cm3/min，进行阴极电弧离子镀沉积，0～—900v偏压，靶电流60～80A，薄膜沉积时间：30～180s。
9.根据权利要求6所述镀膜工艺，其特征是，所述基材选自以下材料之一：铁材、铜材、不锈钢、铝及其合金、锌及其合金、镁及其合金。
10.根据权利要求6所述镀膜工艺，其特征是，在所述真空电镀之后做电泳涂装处理进行保护，所述电泳涂装处理的工艺步骤同权利要求6中的步骤(1)-(4)。
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