CN104988461A - 一种铁基材表面高防腐的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁基材表面高防腐的处理方法，包括对铁基材进行表面预处理；将表面预处理过的铁基材在真空中通过物理气相沉积法非反应沉积铬硅合金膜层。本发明的技术方案具有更强的防腐性、更高的金属硬度等优点，同时工艺简单、金属用量少、无废气废水排放，符合节能环保的要求。

Description

一种铁基材表面高防腐的处理方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种高防腐的铁基材的制造方法，尤其涉及一种通过PVD进行铁基材表面高防腐的处理方法。

背景技术

由于铁的价格相对低廉，且材料比较丰富。因此在生产和生活应用中越来越受到欢迎。但由于铁的化学性质比较活跃，容易发生氧化，所以一般会在铁胚件表面覆一层防腐涂层，以此来提高材料的使用寿命。

目前，铁基材的覆膜主要是通过水电镀在表面电镀镍，这样不仅能防腐、还使基材变的更加美观。但是在电镀中会使用到很多的有毒物质，且能耗高、污染大，越来越不利于行业的发展和环境的保护。

专利CN102899622A公开了一种镀膜件，其包括基材及形成于基材表面的防腐蚀层，该基材的材质为镁合金或铝合金，该防腐蚀层为含有铁、铬、硼及非金属元素M的合金层，其中M为磷、碳及硅中的一种或多种；该防腐蚀层中铁的质量百分含量为68％-72％，铬的质量百分含量为8％-12％，硼的质量百分含量为10％-14％，M的质量百分含量为2％-14％。该防腐蚀层提高了镀膜件的耐腐蚀性能。但该方法的防腐层中元素种类较多，工艺复杂、污染较大、成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铁基材表面高防腐的处理方法，具有防腐性强、能耗低、无污染的优点。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种铁基材表面高防腐的处理方法，包括以下步骤：

步骤1，对铁基材进行表面预处理；

步骤2，将表面预处理过的铁基材在真空中通过物理气相沉积法非反应沉积铬硅合金膜层。

优选的，所述步骤2中在沉积铬硅合金膜层之前和之后均进行非反应沉积铬金属膜层。

优选的，所述铬硅合金膜层为为高防腐、高硬度膜层，铬金属膜层为中间过渡层。

优选的，所述步骤2中的真空条件包括：真空度5.0～8.0×10^-3Pa，偏压100～130V，占空比50～70％。

优选的，所述步骤2中沉积铬硅合金膜层的时间为20～25min，沉积铬金属膜层的时间为120～180s。

优选的，所述步骤1中的表面预处理包括拉丝或抛光处理和真空清洗。

优选的，所述步骤1中在拉丝或抛光处理后覆保护膜，防止拉丝或抛光后的铁基材生锈。

优选的，所述真空清洗包括采用真空超声波碳氢除胶剂除胶、超声波碳氢除油剂除油和真空微波干燥。

优选的，还包括步骤3，在真空中沉积面色层。面色层的颜色可以为金色、白色、黑色、咖啡色等。

优选的，所述步骤3中的沉积面色层包括先非反应沉积锆金属膜层；再在氮气条件下，反应沉积氮化锆膜层。

相对于现有技术，本发明的技术方案具有更强的防腐性、更高的金属硬度等优点，同时工艺简单、金属用量少、无废气废水排放，符合节能环保的要求。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合本发明的实施例做具体阐释。

本发明的实施例的一种铁基材表面高防腐的处理方法，将钢卷料直接抛光拉丝并覆保护膜，然后钢材分条，冲压成型、去膜后经过真空超声波碳氢除胶、真空超声波碳氢清除油、微波干燥；真空镀膜；最后喷涂一层透明粉末涂层，外观可与电镀镍达到一致，并且在防腐性能方面优于水镀镍。其具体的步骤包括：

步骤1.1，将铁基材直接用砂带进行拉丝或抛光处理除去表面锈迹，并覆保护膜，防止拉丝钢带生锈，使得钢带的拉丝具有明显的拉丝效果。根据工件的规格，将覆膜钢带分条，冲压成型为工件。

步骤1.2，去除保护膜后，上挂进行真空清洗，以去除表面的油污、残胶。

真空清洗采用真空碳氢除胶剂清除覆膜残胶、碳氢除油剂除油。真空清洗利用蒸馏回用技术，碳氢溶剂可反复利用，并通过真空微波进行干燥，无废弃物排放。真空清洗对基材无任何损伤，且无三废排放。

步骤2，工件转入真空炉内，依次粗抽、精抽真空，使本底真空达到6.0×10^-3Pa后，关闭节流阀，开始通入300sccm的氩气，打开偏压设定600～800V，占空比50～70％，进行离子辉光活化300～360s。

完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0～8.0×10^-3Pa，然后关闭节流阀，通入80～90sccm氩气，打开偏压设定为100～130V，占空比50～70％。

打开中频磁控铬靶设定25A进行非反应沉积120s～180s的铬金属膜层；接着打开中频磁控硅靶设定25A进行非反应沉积20～25min的铬硅合金膜层；完成后关闭中频硅靶，进行非反应沉积120-180s的铬金属膜层。

步骤3，非反应沉积完成后关闭中频电源、氩气流量计、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，再关闭节流阀，通入30～40sccm氩气，打开弧电源设定120A进行非反应沉积60～90s的锆金属膜层，然后通入35～45sccm氮气，进行反应沉积300～360s的氮化锆膜层。采用物理气相沉积金属铬硅合金涂层及氮化锆涂层，可有效提高产品的防腐性、硬度以及外观色差；

步骤4，转入自动粉末涂装线，喷涂环氧或聚酯或环氧聚酯透明粉末(各种光泽度及透明度的透明粉末)，粉末涂层固化，粉末固化温度140～200℃，15～20min，所得产品外观与水镀镍颜色一致。

本发明有效解决了铁基材由于氧化生锈所带来的使用寿命较短、产品不良率高等问题，通过此方法所生产的产品具有更强的防腐性、更高的金属硬度、以及更加丰富的面色膜层，具有品质稳定、良品率高、工艺简单、金属用量少、无废气废水排放、能耗低等优点。

通过本发明的实施例所处理好的回风铁面板可通过以下测试：(A)CASS防腐蚀：36h；(B)冷热冲击循环8个循环；(C)落砂冲击：18L落砂；(D)结合力(百割)：5B；(E)水浸38℃：48h；(F)铅笔硬度(TURQUOISE牌铅笔)：4H；(G)RCA耐磨测试：1000回。

以上功能测试包括：

1、抗腐蚀功能测试：CASS试验(ASTMB117-03).

2、抗磨耗功能测试：落砂试验(ASTM D968-05)。

3、结合力测试：1)百割测试(ASTM D3359-02)；2)冷热循环试验(ASMEA112.18.1-2005/CSA B125.1-05)

4、耐水测试：水浸测试(ASTM D870-02)。

5、耐划伤性测试：1)铅笔硬度测试(ASTM D3363-05)；2)耐划伤性测试(ASTM D5178-9)。

实施例1

步骤1，将铁基材进行抛光拉丝、覆膜；将钢带分条，冲压成型为工件。

去除防护膜后，上挂进行真空超声波碳氢清除覆膜残胶、超声波碳氢除油清洗并真空微波干燥

步骤2，工件转入真空炉内，依次粗抽、精抽真空，使本底真空达到6.0×10^-3Pa后，关闭节流阀，开始通入300sccm的氩气，打开偏压设定600V，占空比60％，进行离子辉光活化360s。完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，然后关闭节流阀，通入80sccm氩气，打开偏压设定为120V，占空比60％。

打开中频磁控铬靶设定25A进行非反应沉积120s的铬金属膜层；接着打开中频磁控硅靶设定25A进行非反应沉积25min的铬硅合金膜层；完成后关闭中频硅靶，进行非反应沉积120s的铬金属膜层。

步骤3，非反应沉积完成后关闭中频电源、氩气流量计、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，再关闭节流阀，通入40sccm氩气，打开弧电源设定120A进行非反应沉积60s的锆金属膜层，然后通入45sccm氮气，进行反应沉积360s的氮化锆膜层。

步骤4，转入自动粉末涂装线，喷涂透明环氧粉末涂料(各种光泽度及透明度的透明粉末)，粉末涂层固化，粉末固化温度200℃，15min。所得产品外观与水镀镍颜色一致。

实施例2

步骤1，将铁基材进行抛光拉丝、覆膜；将钢带分条，冲压成型为工件。

去除防护膜后，上挂进行真空超声波碳氢清除覆膜残胶、超声波碳氢除油清洗并真空微波干燥

步骤2，工件转入真空炉内，依次粗抽、精抽真空，使本底真空达到6.0×10^-3Pa后，关闭节流阀，开始通入300sccm的氩气，打开偏压设定800V，占空比70％，进行离子辉光活化300s。完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到8.0×10^-3Pa，然后关闭节流阀，通入90sccm氩气，打开偏压设定为130V，占空比80％。

打开中频磁控铬靶设定25A进行非反应沉积180s的铬金属膜层；接着打开中频磁控硅靶设定25A进行非反应沉积20min的铬硅合金膜层；完成后关闭中频硅靶，进行非反应沉积180s的铬金属膜层。

步骤3，非反应沉积完成后关闭中频电源、氩气流量计、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，再关闭节流阀，通入30sccm氩气，打开弧电源设定120A进行非反应沉积90s的锆金属膜层，然后通入35sccm氮气，进行反应沉积300s的氮化锆膜层。

步骤4，转入自动粉末涂装线，喷涂透明聚酯粉末涂料(各种光泽度及透明度的透明粉末)，粉末涂层固化，粉末固化温度140℃，20min。所得产品外观与水镀镍颜色一致。

实施例3

步骤1，将铁基材进行抛光拉丝、覆膜；将钢带分条，冲压成型为工件。

去除防护膜后，上挂进行真空超声波碳氢清除覆膜残胶、超声波碳氢除油清洗并真空微波干燥

步骤2，工件转入真空炉内，依次粗抽、精抽真空，使本底真空达到6.0×10^-3Pa后，关闭节流阀，开始通入300sccm的氩气，打开偏压设定700V，占空比50％，进行离子辉光活化320s。完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，然后关闭节流阀，通入85sccm氩气，打开偏压设定为110V，占空比50％。

打开中频磁控铬靶设定25A进行非反应沉积150s的铬金属膜层；接着打开中频磁控硅靶设定25A进行非反应沉积25min的铬硅合金膜层；完成后关闭中频硅靶，进行非反应沉积150s的铬金属膜层。

步骤3，非反应沉积完成后关闭中频电源、氩气流量计、打开节流阀抽真空，抽真空使真空达到5.0×10^-3Pa，再关闭节流阀，通入35sccm氩气，打开弧电源设定120A进行非反应沉积80s的锆金属膜层，然后通入40sccm氮气，进行反应沉积320s的氮化锆膜层。

步骤4，转入自动粉末涂装线，喷涂透明环氧聚酯粉末涂料(各种光泽度及透明度的透明粉末)，粉末涂层固化，粉末固化温度180℃，18min。所得产品外观与水镀镍颜色一致。

实施例1～3均能通过以下测试：(A)CASS防腐蚀：36h；(B)冷热冲击循环8个循环；(C)落砂冲击：18L落砂；(D)结合力(百割)：5B；(E)水浸38℃：48h；(F)铅笔硬度(TURQUOISE牌铅笔)：4H；(G)RCA耐磨测试：1000回。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对铁基材进行表面预处理；

步骤2，将表面预处理过的铁基材在真空中通过物理气相沉积法非反应沉积铬硅合金膜层。

2.如权利要求1所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤2中在沉积铬硅合金膜层之前和之后均进行非反应沉积铬金属膜层。

3.如权利要求2所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述铬硅合金膜层为高防腐、高硬度膜层，铬金属膜层为中间过渡层。

4.如权利要求3所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤2中的真空条件包括：真空度5.0～8.0×10^-3Pa，偏压100～130V，占空比50～70％。

5.如权利要求4所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤2中沉积铬硅合金膜层的时间为20～25min，沉积铬金属膜层的时间为120～180s。

6.如权利要求1所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤1中的表面预处理包括拉丝或抛光处理和真空清洗。

7.如权利要求6所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤1中在拉丝或抛光处理后覆保护膜，防止拉丝或抛光后的铁基材生锈。

8.如权利要求6所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述真空清洗包括采用真空超声波碳氢除胶剂除胶、超声波碳氢除油剂除油和真空微波干燥。

9.如权利要求1所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，还包括步骤3，在真空中沉积面色层。

10.如权利要求9所述的铁基材表面高防腐的处理方法，其特征在于，所述步骤3中的沉积面色层包括先非反应沉积锆金属膜层；再在氮气条件下，反应沉积氮化锆膜层。