CN107000469B - 对合金轮施加涂层的方法 - Google Patents

Abstract

合金轮形成为具有限定一面和凹入表面的三维构造。对该合金轮的面进行机械加工，从而在该面上提供光滑表面，并确定在所述面的光滑表面和凹入表面之间的边缘。还提供了喷嘴元件，用于朝向合金轮投射等离子体射流。等离子体射流朝向所述面的光滑表面、朝向所述边缘和朝向至少一部分凹入表面投射，从而至少在所述面以及在形成于所述面和凹入表面之间的边缘上形成合金氧化物。第一聚合物涂层施加在所述面、所述凹入表面以及处于所述面和凹入表面之间的所述边缘上。

Description

对合金轮施加涂层的方法

在先申请

本申请要求美国临时专利申请No.62/077447(申请日为2014年11月10日)的优先权。

技术领域

本申请总体上涉及对铸造合金轮施加涂层的方法，用于提高耐久性。更具体地说，本申请涉及一种用等离子体处理铸造合金轮的方法，作为用于提高耐久性的涂覆方法的一部分。

背景技术

提高外部汽车部件的耐久性是一直在进行的努力。特别地，已知的是：金属基材的外部涂层的修整或其它磨损将导致防氧化涂层的加速失效，这表现为在铝合金部件上的白锈。对于铝制轮尤其是这样，该铝制轮需要大量的处理，以便提供美观且能够抵抗修整和锈蚀的表面。迄今为止，在铸造合金轮上进行的处理都不能提供OEM客户要求的增强的耐久性。

典型的铸造合金轮的三维构造增加了涂层处理的复杂性。该方法包括多个步骤，开始于通过铸造处理来形成合金轮，以便获得三维构造。在形成后，对合金轮进行机械加工，以便提供具有合适构造的光滑表面。机械加工后，对整个轮进行预处理，包括液体清洁和添加转化涂层，以便提供耐腐蚀性和提高涂料粘附。已知转化涂层包括酸性洗涤剂，以便制备合金的表面以接收涂料涂层。在用转化涂层处理之后，对该合金轮涂上粉末底漆和液体彩色涂层，然后，有时对合金轮的面再次进行机械加工，以便露出明亮的机械加工表面，从而达到所希望的美观效果。合金轮的机械加工部分再次用转化涂层来处理，并涂上粉末或液体透明涂层，以便提供两色调的外观，其中，该合金轮的面呈现明亮的机械加工表面，且该合金轮的三维轮廓的其余部分呈现彩色涂层。

该方法不仅非常费力，而且透明涂层的耐久性(特别是在轮表面上)没有跟上不断增长的消费者预期。与维护和操作施加设备(该施加设备用于施加转化涂层)相关联的成本正在变得越来越高，同时并没有提供所需的耐久性。因此，人们希望提高合金轮的涂层表面的耐久性，同时减少提供耐久性涂层所需的步骤数量。

发明内容

这里公开了一种对合金轮施加涂层的方法，以便提高耐久性。合金轮形成为具有确定面和凹入表面的三维构造。该合金轮的面进行机械加工，从而在该面上提供光滑表面，并确定在该面的光滑表面和凹入表面之间的边缘。还提供了喷嘴元件，用于朝向该合金轮投射等离子体射流。等离子体射流朝向所述面的光滑表面、朝向所述边缘和朝向至少一部分凹入表面投射，从而至少在所述面上以及在形成于所述面和凹入表面之间的边缘上形成合金氧化物。第一聚合物涂层施加在所述面上、所述凹入表面上以及形成于所述面和所述凹入表面之间的边缘上。

除了朝向轮表面投射等离子体射流之外，等离子体射流还可选地在施加第二涂料涂层之前投射至第一涂料涂层上。已经证明对第一涂料涂层进行等离子体处理能够提高涂层之间的粘附。当与将等离子体射流投射至轮合金上组合地使用时，可以实现多层涂层的粘附和提高耐久性。

本申请的发明方法提供了现有技术涂层方法在以前不能获得的提高的耐久性质量。在对经受本申请方法处理的轮进行性能测试之前，人们相信在用聚合物涂层来涂覆轮表面时，用传统的转化涂层来处理合金表面将提供最好的耐久性。通过提供意想不到的耐久性结果，加速测试后的提高超过了所有预期。根据ASTM测试程序，在湿室中的丝状测试后，腐蚀几乎没有从划入合金基体内的线延展。反过来，使用传统转化涂层的传统轮涂层系统则显示了超过3mm的腐蚀。

根据ASTM D3170标准，在通过本发明的方法而施加涂层的轮和通过传统方法施加涂层的轮上进行砂砾计量测试。尽管涂层磨损，但是使用本发明的方法施加涂层的轮在经受砂砾计量测试之后没有显示出涂层的碎裂且具有ASTM等级A或最高等级。而采用传统方法施加涂层的轮则显示了在3-6mm范围内的大量涂层碎屑。

附图说明

通过下面结合附图的详细说明，将很容易和更好地理解本发明的其它优点，其中：

图1显示了轮和本发明的喷嘴元件的剖视图；

图2显示了轮和本发明的喷嘴元件的可选实施例的剖视图；

图3显示了本发明方法的一个实施例的流程图；

图4显示了本发明方法的再一实施例的流程图；

图5显示了本发明方法的又一实施例的流程图；以及

图6显示了本发明方法的再一实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的对铝轮施加涂层的方法提供了优于现有技术的改进方法，同时提高了轮的耐久性。下面参考图1，铝轮的截面总体以附图标记10表示。轮10通过传统的成形方法来形成，并包括轮的机械加工面12，以便形成“明亮的机械加工”表面。还包括形成凸耳孔13和阀杆孔15的附加机器操作，但它们并不在本发明的范围内。轮10确定了轮轴线a，轮环绕该轮轴线旋转，如本领域技术人员公知。轮10还包括三维构造，该三维构造有凹入表面14，该凹入表面确定轮辐的侧面和轮缘17的可见部分。边缘19布置在机械加工面12和凹入表面14之间。

喷嘴元件21包括等离子体喷嘴23，该等离子体喷嘴安装在铰接臂25(例如机器人臂)上。等离子体喷嘴23在大气环境中投射等离子体射流27，如在美国专利No.6677550中所述，该文献的内容被本文参引。喷嘴23由PlasmaTreat GmbH提供。不过，也可以使用其它能够提供大气等离子体射流的等效喷嘴23。需要时，气体管线29将反应气体供给至喷嘴23中。本发明人考虑了硅氧烷或其它反应物将满足要求，如后面更清楚所述。

铰接臂25使得喷嘴23在相对于轮轴线a大致平行的方向上侧向运动以及相对于轮10径向向内和向外运动。在处理过程中，轮10环绕轴线a旋转，同时喷嘴21朝向轮10投射等离子体射流27。当轮旋转时，铰接臂使喷嘴21沿径向方向运动，以使得等离子体射流27接触轮的整个面12和边缘19。喷嘴23继续将等离子体射流27投射至在轮10的轮辐33和凸耳孔13之间的开口空间31中，以使得凹入表面14的至少一部分受到等离子体处理。

在图2中显示了可选实施例，其中包括两个喷嘴元件21。各喷嘴元件21包括安装在铰接臂25上的喷嘴23。相信两个喷嘴元件21将使得等离子体处理的循环时间减少一半。各喷嘴21沿与轴线a平行的侧向方向以及相对于轮的径向方向运动。在一个实例中，轮只运动180°，同时喷嘴在合适位置处投射等离子体射流27。还考虑轮能够保持在静止位置，同时各铰接臂25使得各喷嘴23绕轮10运动，包括在凹入表面14处直接投射等离子体。人们还相信超过两个的喷嘴元件21能够选择为进一步减少循环时间。

在可选实施例中，多个喷嘴从轴线a径向向外延伸，以使得轮只需要转动一个360°旋转就将完成等离子体处理。在还一实施例中，多个喷嘴29设置成从轴线a径向向外延伸的X或十字形形状，以使得轮只需要转动90°就将实现完全等离子体覆盖，或者根本不转动，而是铰接臂25使得喷嘴29环绕轮10运动。

下面参考图3，第一实施例的流程图总体表示为附图标记16，其中，各编号方框代表轮10的处理和施加涂层的不同步骤。轮10首先形成为几何上合适的构造，如在步骤18中所述。在形成步骤18之后，对轮10进行传统的清洁和预处理，如步骤20中所述，在该步骤中，酸性清洁剂(例如基于磷酸的清洁剂)清洁轮的表面，并执行锆钛分子蚀刻，以便形成锆基转化涂层，从而制备用于施加涂料涂层的、轮的整个表面。在预处理步骤20之后，将基底涂层施加至整个轮表面，从而提供底漆表面，如步骤22中所述。在步骤22中施加基底涂层之后，彩色涂层施加给至少轮10的三维表面14，如图在步骤24中所述。在步骤24中的彩色涂层(有时称为基底涂层)包括用于颜色的颜料和用于增加三维表面14的视觉深度的金属薄片，以便进一步提高轮10的美观性。在颜色涂层步骤24之后，对轮10的面12在车床上进行机械加工，以便提供具有明亮机械加工外观的大致平表面，如步骤26中所述。本领域普通技术人员应当知道，在各涂料施加步骤20、24、32之后，涂料在涂料烘箱中固化。

在轮10的面12上执行机械加工步骤26之后(这时该面是裸露的光滑的机械加工后的铝)，面12进行干化预处理，如步骤28中所述。干化预处理步骤28包括洗涤28A和漂洗28B轮10，以便通过除去合金磨屑、灰尘和脱模剂而使得面12为清洁表面。在漂洗之后，对轮的面12进行等离子体处理，该等离子体处理有大气等离子体射流27，用于对轮10的面12进行干化清洁。这在图1中最好地显示，其中，等离子体喷嘴23显示为将等离子体射流27提供至包括轮10的面12的明亮机械加工表面上。

在该实施例中，轮10在轴线a(图3)上进行枢轴转动，同时喷嘴29从轮缘17附近朝向轴线a(图1和图2)运动，以向轮10的明亮机械加工面12以及布置在轮10的三维表面14和面12之间的边缘30提供等离子体处理28C(图4)。在该实施例中，在步骤28C中使用的等离子体射流27包括向轮10的明亮机械加工面12提供快速干化清洁的喷射图案。

在图4的步骤28D中，进行干化转化过程，其中，将硅氧烷或等效反应剂注射至等离子体射流31中，因此铝硅氧烷分子结构或其它合金硅氧烷结构形成于轮10的明亮机械加工面12上。在该实施例中，本发明人考虑等离子体射流31的直径为大约6mm。不过，也可以使用上述步骤28B的干化或等离子体的喷嘴23构造的多种实施例。而且，希望用于两个步骤28C和28D的喷嘴23离轮10的明亮机械加工面12为有效距离。在一定程度上，轮10的明亮机械加工面12并不是基本平面形，喷嘴23朝向轮10的面12运动，以便保持离该面12的有效距离，如上所述。还如上所述，边缘19也承受等离子体射流27。

在干化转化步骤28D之后，执行干化预热步骤28E，以便制备用于施加透明涂层涂料的轮，如在步骤32中所述。根据特殊轮的需要和性能要求，透明涂层为粉末或液体。在透明涂层固化后，轮准备进行包装和运输，如在步骤34中所示。

在图4中显示了可选实施例。在该实施例中，在步骤36形成轮，如上所述。在形成之后，整个轮进行颜色预处理，如在步骤38中所述。在颜色预处理步骤38的过程中，整个轮进行洗涤和漂洗，如在步骤38A和38B中所述，以便从轮10表面的铸造部上清除污染物。整个轮10进行大气等离子体清洁处理，如在步骤38C中所述。在该实施例中，轮布置于真空室中，在该真空室中，等离子体气体对轮10的整个表面进行等离子体清洁。在等离子体清洁步骤38C之后，执行等离子体或干化转化步骤38D。在该步骤38D中，所述室再次保持为真空，且在等离子体处理整个轮之前注射硅氧烷气体或等效反应剂。因此，整个轮包括硅氧烷铝或等效硅氧烷合金蚀刻表面。在等离子体转化步骤38D之后，轮10进行干化预热步骤38E，从而完成轮10的干化预处理步骤38。在干化预处理步骤38之后进行基底涂层或底漆施加，如在步骤40中所述。在基底涂层施加步骤40之后，以与上面所述类似的方式来执行颜色施加步骤42。

轮10的面12进行机械加工步骤44，该机械加工步骤与上面所述类似的方式进行，以便露出明亮的机械加工面12。在机械加工步骤44之后，进行干化预处理步骤46，该干化预处理步骤与在上述实施例的步骤28中所述的透明预处理步骤类似。因此，在该实施例中，轮10的明亮机械加工面12在进行透明涂层施加步骤48之前通过等离子体射流27来进行大气等离子体清洁和等离子体转化。如上所述，透明涂层施加采取粉末透明涂层或液体透明涂层的形式。还如上所述，在各涂料施加步骤40、42、48之后，涂料在涂料烘箱中固化。一旦透明涂层固化，轮就进行包装，以运送给客户。

在图5中显示了另一实施例。在该实施例中，第一步骤是形成步骤47，在该形成步骤之后，轮10进行颜色预处理步骤49。颜色预处理步骤49是传统的颜色预处理(其中，轮进行液体清洁和液体转化)，或者是需要时进行干化清洁和干化转化。在颜色预处理步骤49之后，轮进行基底涂层施加步骤50。该步骤包括提供底漆，特别是向轮10的三维表面14提供。在基底涂层施加步骤50之后，执行涂层间转化步骤52，从而对布置在轮10上的基底涂层进行干化等离子体清洁52A，如上所述，然后进行等离子体的干化转化步骤52A，该等离子体有布置在等离子体射流中的硅氧烷或其它反应剂，以便改变在基底涂层施加步骤50中施加的基底涂层的化学组成。

在涂层间转化步骤52之后，该轮通过颜色施加步骤54而接收彩色涂层，特别是在三维表面14上。然后，轮10的面12进行机械加工步骤56，以便提供明亮机械加工表面，然后，该明亮机械加工表面进行透明预处理步骤58，该透明预处理步骤是传统的液体预处理，或者是使用上述等离子体射流27的等离子体清洁和等离子体转化处理。当透明预处理步骤58完成时，透明涂层施加步骤60对整个轮10提供美观的表面光洁度。如上所述，在各涂覆步骤50、54、60之后，涂料在涂料烘箱中固化。一旦完成，轮10就进行包装，以运送给客户。

下面参考图6，图中显示了本发明的灵活性，其中，利用本发明的等离子体清洁和等离子体转化步骤，可选和冗余的干化处理步骤可以应用于轮10。这样，轮在步骤62中形成，随后进行颜色预处理步骤64，该颜色预处理步骤利用液体清洁和液体转化进行涂覆。接下来是基底涂层施加步骤66，底漆施加给轮10。

在基底涂层施加步骤66之后，轮进行涂层间转化步骤68，该涂层间转化步骤以与上述实施方案中所述相同的方式进行，利用在基底涂层施加步骤66中施加的底漆的等离子体清洁68A和等离子体转化步骤68B。在涂层间转化步骤68之后，轮10进行颜色施加步骤70，因此，彩色涂层至少施加给轮10的三维表面14。

在颜色施加步骤70之后，在机械加工步骤72中，轮10的面12在车床上机械加工，以便在轮10的面12上提供明亮机械加工表面。在机械加工步骤72之后，进行透明预处理步骤74，其中，轮10首先在洗涤步骤74A中进行洗涤和在漂洗步骤74B中进行漂洗。在漂洗步骤74B之后，利用环境等离子体射流27进行干化清洁步骤74C和干化转化步骤74D，该环境等离子体射流包括硅氧烷或等效反应剂(就如前面所述的那样)。在干化转化步骤74D之后，将轮进行干燥并预热，随后进行透明涂层施加步骤76，以便对整个轮施加透明涂层。如上所述，在各涂覆步骤66、70、76之后，涂料在涂料烘箱中固化。在透明涂层步骤76完成之后，轮10进行包装，以运送给顾客。

本领域普通技术人员应当知道，各等离子体步骤不仅对轮10的至少明亮机械加工表面12进行干化清洁，且使用硅氧烷或类似反应化合物的干化转化也使过渡边缘19进行相同的预处理。在各实施例中，当进行碎屑测试和腐蚀测试时，轮的耐久性表现出意想不到的增强结果。由本发明人考虑的干化清洁和干化转化步骤的各种施加方法包括2D转动轮廓，其中，轮10沿着三维CNC表面轮廓在它的轴线a上枢轴转动，因此，等离子体射流27通过铰接臂25而跟随轮的轮廓，且在环境和硅氧烷增强步骤中，整个轮的等离子体处理都在低真空环境中进行。

已经以示例说明的方式介绍了本发明，应当理解，使用的术语将是说明性质，而不是限制。显然，根据上述教导，本发明能够进行多种变化和改变。因此，应当理解，在本说明书中，附图标记只是为了方便，而决不是限制，本发明可以以与这里特别所述不同的方式来实施。

Claims (9)

1.一种对合金轮施加涂层的方法，包括以下步骤：

形成具有三维构造的合金轮，该三维构造确定了面和凹入表面；

机械加工所述合金轮的所述面，从而在所述面处提供光滑表面，且在所述凹入表面和所述面的所述光滑表面之间限定边缘；

提供用于朝向所述合金轮投射等离子体射流的喷嘴元件；

朝向所述面的所述光滑表面、所述边缘以及朝向所述凹入表面的至少一部分投射等离子体射流，从而至少在所述面以及在布置于所述面和所述凹入表面之间的所述边缘上形成合金氧化物；

将第一聚合物涂层施加在所述面上、所述凹入表面上以及处于所述面和所述凹入表面之间的所述边缘上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：朝向所述合金轮投射等离子体射流的步骤这样进一步限定，即：通过使得所述合金轮环绕轮轴线相对于射流元件旋转，同时使所述喷嘴元件相对于所述合金轮径向向内和径向向外进行摆动运动。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：使得所述面、所述凹入表面以及处于所述面和所述凹入表面之间的所述边缘的表面能量从第一表面能量变化成第二表面能量的步骤，其中，所述第二表面能量大于所述第一表面能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：投射等离子体射流的步骤这样进一步限定，即：通过将反应剂注入所述等离子体射流，从而增加所述面、所述凹入表面以及处于所述面和所述凹入表面之间的所述边缘的反应性。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：将反应剂注入所述等离子体射流的步骤通过将硅氧烷注入所述等离子体射流而进一步限定。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：提供喷嘴元件的步骤这样进一步限定，即：通过提供多个喷嘴，各喷嘴协同地朝向所述合金轮投射等离子体射流。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：提供喷嘴元件的步骤这样进一步限定，即：通过将喷嘴安装在铰接臂上，用于将所述喷嘴保持在离所述面、所述凹入表面以及处于所述面和所述凹入表面之间的所述边缘恒定距离处。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：将等离子体射流投射至所述第一聚合物涂层上并在其上施加第二层聚合物涂层的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：机械加工所述合金轮的所述面，从而在所述合金轮的所述面处提供光滑表面的步骤在施加第一聚合物涂层的步骤之后进行。

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