CN1060226C - 使金属锅体具有高硬度、耐蚀、不沾性的表面加工方法 - Google Patents

Abstract

一种使金属锅体具有高硬度、耐蚀、不沾性表面的表面加工方法，将依序经净化及喷砂处理，而产生数凹孔的锅体表面进行电熔线材被覆处理，使电熔线材被覆层厚度增加，提高锅体表面耐蚀性及硬度，并使电熔线材呈扁平颗粒状被覆于凹孔上而形成粗糙面，再经电解硬质处理使硬质铝镁铁氧化膜仍依循扁平颗粒状被覆于锅体表面的电熔线材而生成粗糙面，使再经底层涂装处理的涂覆层，可完全紧密附着或键结在锅体的硬质氧化膜并部分渗入锅体，增进不沾性。

Description

使金属锅体具有高硬度、耐蚀、不沾性的表面加工方法

本发明涉及一种金属锅体的高硬度、耐蚀、不沾性表面加工方法，特别是涉及一种使锅体表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蚀性与不沾性的金属锅体的高硬度、耐蚀、不沾性表面加工方法。

以往的金属锅体表面处理技术，如美国专利第5545439号中，发明人揭示了一种坚固耐用、不沾性佳，且经久使用涂覆层也不会剥落刮坏的高硬度铝质或铝合金不沾锅体的表面处理法，其是将一个经冲模成形的铝质或铝合金锅体，经净化处理、烘干处理、电解硬质处理、喷砂处理、净化处理、底层涂装处理、表层烧结处理、成形处理等步骤，使锅体更坚固耐用且不沾性及耐磨性更佳。本发明则是提供使锅体表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蚀性与不沾性的加工处理方法。

本发明的主要目的在于提供一种金属锅体的高硬度、耐蚀、不沾性表面加工方法，以使锅体表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蚀性与不沾性。

本发明的主要特征在于将已依序经过净化及喷砂处理步骤处理完成，而产生直径、深浅不同、凹凸不平且粗细不均的凹孔的锅体表面，进行电熔线材被覆处理步骤，以藉由电熔线材被覆层具有较佳的键结力，使电熔线材被覆层的厚度增加，藉以提高锅体表面的耐蚀性及硬度，同时，并使电熔线材可呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的凹孔上而形成一粗糙面，之后再经电解硬质处理步骤而于锅体表面所生成的硬质铝镁铁氧化膜，仍能依循呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的电熔线材而生成一粗糙面，以使经底层涂装处理而以氟碳树脂为主的涂覆层，可以完全紧密附着或键结在锅体的硬质氧化膜并可部分渗入锅体，而有效增进锅体的不沾效果与耐用性。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是本发明优选实施例的流程图。

图2是本发明优选实施例的锅体表面经喷砂处理完成后的剖视示意图。

图3是本发明优选实施例的锅体表面经电熔线材被覆处理的动作示意图。

图4是本发明优选实施例的锅体表面经电熔线材被覆处理完成后的部分剖视放大示意图。

图5是本发明优选实施例的锅体表面形成电解氧化膜的部分剖视放大示意图。

图6是本发明优选实施例的锅体表面形成硬质铝镁铁氧化膜经底层涂装处理后的部分剖视放大示意图。

图7是本发明优选实施例的锅体表面经表层烧结处理后的部分剖视放大示意力。

如图1所示，本发明较佳实施例的金属锅体表面加工方法，主要依序包含有(1)净化处理、(2)喷砂处理、(3)电熔线材被覆处理、(4)电解硬质处理、(5)底层涂装处理、(6)表层烧结处理和(7)成形处理等步骤。

(1)净化处理：将一个经冲模成形的铝质金属锅体，在沸腾状态的三氯乙烯溶液中浸泡，并同时施以超音波振荡，使锅体表面脱脂及去除污物。

(2)喷砂处理：将净化处理完成的锅体表面，先以颗粒粗糙度#36-#60的氧化铝(Al₂O₃)颗粒，以5Kg／cm³高压空气冲击喷射于锅体表面，如图2锅体表面经喷砂处理完成后的剖视图所示，使锅体1表面产生直径、深浅不同、凹凸不平且粗细不均的凹孔11，而这些凹孔11表面中心平均粗糙度(Ra)为4．5-6．0μm，最大表面粗化度(Rmax)的距离则约为35-65μm。而且，前述喷附颗粒状氧化铝的目的，主要是为达成锅体1表面粗化、脱脂及洁化等效果，藉使往后电熔线材与氟碳树脂(PTFE／PFA)涂层的键结力及附着力，可导因于锅体1表面此一特定的Ra值，而能大幅提高，否则将会影响到往后的电熔线材与氟碳树脂涂层的附着强度。

(3)电熔线材被覆处理：如图3所示，将已完成喷砂处理的锅体1表面，续由一高温(1200～6000℃)高压(5Kg／cm²～8Kg／cm²)的电弧装置5对锅体1表面进行电熔线材被覆处理，该电弧装置5连通高压源2，且形成有两通道51、52，以供两包含有0．25％的硅(Si)、0．40％的铁(Fe)、0．10％的铜(Cu)、0．05-0．20％的锰(Mn)、4．5-5．5％的镁(Mg)、0．05-0．20％的铬(Cr)、0．10的锌(Zn)、0．06-0．20％的钛(Ti)、0．15％的不纯物及其余的铝(Al)等成份组成的铝合金电熔线材61、62喂送至电弧产生口53，亦即两铝合金电熔线材61、62是位于电弧装置5的两极，且其间两铝合金电熔线材61、62同时输送DC 30V-40V，60A-200A的电流，在融熔状态下经由辊轮组54同时将两铝合金电熔线材61、62逐一喂送至电弧产生口53，此时，由于两铝合金电熔线材61、62都导通有DC 30V-40V，60A-200A的电流，因此，当两铝合金电熔线材61、62逐渐接近时，将导致电弧效应而产生高达1200～6000℃的温度，在此高温下，两铝合金电熔线材61、62会同时被融熔成液态，此时，再配合由高压源2供给高压气体，将两铝合金电熔线材61、62液体直接喷附于锅体1的表面，该铝合金电熔线材的合金成份即为5356的铝合金范围，为公知耐蚀性极佳的线材，正因前述步骤具有良好的表面粗化度，所以电熔线材被覆层63可具有较佳的键结力，使该电熔线材被覆层63的厚度可高达30-120μm，而被覆率约为50％-90％，相对地，该锅体1也因电熔线材被覆层63的厚度增加，使得其耐蚀性及硬度也相对提高。同时，藉由两极上的两铝合金电熔线材61、62的同时输出，以及两铝合金电熔线材61、62受到电弧装置5的高温熔化，使得被高压气体喷覆出的两铝合金电熔线材61、62液体撞击于锅体1表面时，就如图4中所示压力冲击而呈扁平颗粒状任意重叠被覆于锅体1表面的凹孔11上，其被覆率经为50％-90％的，粒子线材之间仍形成有间隙，而仍维持一粗糙面。

仍参阅图3所示，由于净化、烘干、及喷砂处理步骤中已针对金属锅体表面进行表面洁净及粗化处理后，即有助于液态铝合金电熔线材61、62的附着，同时融熔状态的铝合金电熔线材61、62从其出口端到喷附于锅体1的距离间具有一10⁶DGE／°F/sec的冷却速度，而基于有此一冷却速度的条件下，通常可使得锅体1的表面温度大致介于摄氏60度至150度之间，且该温度绝不至于使锅体1产生变形，即使薄金属板也不会变形。前述的被覆在锅体1表面的第一层电熔线材被覆层63，即是可使得锅体1成为一正式产品后增强表面硬度的主因，同时该硬度可达9H以上。

(4)电解硬质处理：将电熔线材被覆处理完成的锅体表面利用硫酸、硫酸镁、硫酸亚铁或其他材料的混合酸，以直流或交直流电解，如图5所示，是锅体表面形成电解氧化膜的部分剖视放大示意图，本实施例使锅体1表面渗入电熔线材被覆层63及锅体1底材而向下渗入生成一层厚度约10-50μm的硬质铝镁铁氧化膜12，且该层硬质铝镁铁氧化膜12仍能依循呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的电熔线材被覆层63而生成一粗糙面。而且，本电解硬质处理的步骤中，混合酸液的浓度为100g/l～350g／l，温度为-5℃～20℃，电解电压为10-25V，电流密度为2-3．5A／dm²(约24-37amp／A²)。

(5)底层涂装处理：如图6所示，本步骤是将含不同结合数的浮游状态的氟碳树脂悬浊液(PTFA／PFA)，以0．2-3．5 Kg／cm²的空气源喷洒于锅体1的硬质铝镁铁氧化膜12粗糙表面，再直接进入温度为50-120℃的烘干炉烘干5分钟，使该氟碳树脂悬浊液渗入锅体表面直径、深浅不同的凹凸孔内外表层上，形成一层涂覆层13，该涂覆层13厚度为6-15μm，使该涂覆层13紧密附着锅体1的铝质或铝合金材质内及硬质铝镁铁氧化膜12的外层，而形成一个附着力强、结合面积大且硬度高的涂覆层13。

(6)表层烧结处理：如图7所示，本步骤是将底层涂装处理完成的锅体1表面喷洒第二层氟碳树脂悬浊夜，再置于温度为150℃的烘干炉，经10分钟的烘干，然后提升温度到350-420℃作5分钟的烘干，所形成第二层的涂覆层14厚度为15-25μm，最后再将锅体1取出烘干炉即完成。

由以上的实施步骤说明可知，本发明先经喷砂处理及电熔线材被覆处理，而将铝合金电熔线材被覆于锅体表面上，以藉由铝合金电熔线材被覆层具有较佳的键结力，使该铝合金电熔线材被覆层的厚度可增加至30-120μm，且被覆率也可达到50％-90％，所以能有效增加锅体表面的耐蚀性及硬度，同时藉由该电熔线材可呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的凹孔上而形成一粗糙面，使得之后再经电解硬质处理步骤而于锅体表面所生成的硬质铝镁铁氧化膜，仍能依循呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的电熔线材而生成一粗糙面，以使经底层涂装处理而以氟碳树脂为主的涂覆层(也就是不沾层)，可以完全紧密附着或键结在锅体的硬质氧化膜并可部分渗入锅体，而有效增进锅体的不沾效果与耐用性。

前述的氟碳树脂被覆层可利用铅笔来测试硬度，及利用钢珠笔来测试耐刮性，以及利用百格密着试验来测试附着性等性质，其中，前述的铅笔硬度测试方式，是由不同H值笔芯的铅笔于工作物(如金属锅体1等)表面画出一道近10mm的铅笔痕，再藉立体显微镜观察其划痕有无涂膜刮落的痕迹，事实证明氟碳树脂被覆层的硬度高达9H，而且，钢珠笔硬度测试仪是采用具直径1．0mm钢珠的笔芯，该笔芯可外接压力源，将笔芯由5psi压力开始，每增加1psi于预测物表面，各划出约10mm长度的划痕，再以立体显微镜观察其划痕有无涂膜被钢珠挤压而破裂见底材的痕迹，如超过20％就是2mm，则认定在该压力为不合格(NG)，因此以被覆锅体的氟碳树脂进行测试，可达最少20psi的耐刮值。至于百格密着试验法，是以利刃在工作物表面割成一百个小方格(方格大小1-2mm)，再以3M涂膜密着专用测试胶带紧粘于方格上，并以立体显微镜、冷光型聚光灯观察小方格的被覆层及撕离后的状态，所以当氟碳树脂被覆盖进行测试时，连续五次均会顺利通过百格密着试验。不论由前述的铅笔硬度测试仪、钢笔硬度测度仪或百格密着试验等方式测试，更加证明氟碳树脂被覆层的附着性，以及外在硬度及耐刮等能力有所增进。

另外，前述的锅体表面经电熔线材及氟碳树脂被覆后，特别利用盐水浸泡试验来测试其耐蚀性。首先，将含量有5％(浸蚀力最强)的盐水适量放入锅体中并以锅盖盖住，该盐水后经20分钟的煮沸后，自然冷却，且锅体浸泡72小时后，将盐水倾斜，而后检视该基材表面，除了圈状的水痕外均完全没有发现锈斑，也就是说，经本案的锅体因有铝合金电熔线材的相熔喷覆及电解硬质处理的双重作用，使得锅体本身具有较佳的高硬度、不沾性等性质外，也大幅增加锅体的耐蚀效果。

综上所述，本发明金属锅体的高硬度、耐蚀、不沾性表面加工方法，确实能使锅体表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蚀性与不沾性。

Claims (1)

1、一种使金属锅体具有高硬度、耐蚀、不沾性表面的表面加工方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)净化处理步骤：将一个经冲模成形的铝质金属锅体，浸泡在沸腾状态的三氯乙烯溶液中，并同时施以超音波振荡，使锅体表面除垢脱脂；

(2)喷砂处理步骤：将净化处理完成的锅体表面，先以颗粒粗糙度#36-#60的氧化铝颗粒，以高压冲击喷射于锅体表面，使锅体表面产生直径、深浅不同、凹凸不平且粗细不均的凹孔表面，而这些凹孔表面中心平均粗糙度为4．5-6．0μm，最大表面粗化度的距离则约为35-65μm；

(3)电熔线材被覆处理步骤：将喷砂处理完成的锅体表面，均匀被覆有电熔线材，该电熔线材包含有0．25％的硅、0．04％的铁、0．10％的铜、0．05-0．20％的锰、4．5-5．5％的镁、0．05-0．20％的铬、0．10的锌、0．06-0．20％的钛、0．15％的不纯物及其余的铝，安装于一1200-6000℃的高温、5Kg／cm²-8Kg／cm²的高压的电弧的两极，藉由两极上的铝合金电熔线材的同时输出DC 30V-40V，60A-200A的电流，以及两铝合金电熔线材受到电弧装置的高温熔化，使得喷出的铝合金电熔线材被覆层是呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的凹孔上而形成一粗糙面，且该电熔线材被覆层为30-120μm，而被覆率为50％-90％；

(4)电解硬质处理步骤：将电熔线材被覆处理完成的锅体表面利用硫酸、硫酸镁或硫酸亚铁的混合酸液，以直流或交直流电解，而依循呈扁平颗粒状被覆于锅体表面的电熔线材生成一层硬质铝镁铁粗糙表面，该硬质铝镁铁氧化膜厚度为10-50μm，混合酸液的浓度为100g/l～350g／l，温度为-5℃～20℃，电解电压为10-25V，电流密度为2-3．5A/dm²；

(5)底层涂装处理步骤：将含不同结合数的浮游状态的氟碳树脂悬浊液，经底层涂装喷洒于锅体表面，再将锅体直接送入温度为50-120℃的烘干炉烘干5分钟，使该氟碳树脂悬浊液能渗入直径、深浅不同的凹凸孔内外表层上，并紧密附着锅体的铝质或铝合金材质内及硬质铝镁铁氧化膜的外层，形成第一层涂覆层，该第一层涂覆厚度为6-15μm；

(6)表层烧结处理步骤：将底层涂装处理完成的锅体表面喷洒第二层氟碳树脂悬浊夜，再将该锅体放在温度为150℃的烘干炉中烘干10分钟，然后提升温度到350-420℃作5分钟的烘干，进行烧结处理，以完成第二层的涂覆层，该涂覆层的厚度为15-25μm，最后再将锅体取出烘干炉。

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