CN108330433A - 一种塑料电镀工件的环保焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塑料电镀工件的环保焊接方法，所述方法包括如下步骤：S1、对塑料基材表面进行等离子体改性；S2、在改性后的基材表面制备镀层；S3、对镀层进行激光刻蚀。本发明的方法制程环保，避免因采用喷涂绝缘漆而导致表面处理过程中污染电镀液的问题，有效提升制程良率。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理领域，尤其涉及一种塑料电镀工件的环保焊接方法。
背景技术
在卫浴行业，大部分塑料材质的花洒类或莲蓬头类产品出水面板区域的水道采用电镀工件与塑料配件之间焊接成型的方式。此方法可节省装配件，降低模具及材料费用，因此得到广泛应用。
由于花洒本体需要电镀，而金属与塑料之间焊接结合力很差；因此，花洒焊接面需要在电镀前进行绝缘处理。一般有两种绝缘处理方式：1. 贴耐高温绝缘胶带，此法仅限部分规则表面，异型件不适用；2. 喷涂绝缘漆，此法为目前常用的方式，但绝缘漆在电镀过程中（特别是酸碱处理过程）会释放一些污染电镀液的物质，会导致制程良率下降。另外，绝缘漆将给ABS塑料回收带来污染，导致回收ABS塑料再次注塑时，产品表面会有杂质点，严重影响产品外观。同时绝缘漆一般采用二甲苯、甲醛等易挥发的致癌物质作为稀释剂，严重影响操作人员身体健康，此法未来势必被淘汰。
激光刻蚀是目前常用的去除涂层或镀层的一种方式，在半导体、电子行业有广泛应用；而在卫浴行业，塑料电镀件是依次电镀铜、镍、铬。通常厚度为：铜≧10um，镍≧10um，铬≧0.3um；外层金属熔点及硬度比内层高，采用激光刻蚀时，需采用高功率激光轰击才能先去除表面高熔点金属，但采用高功率激光轰击，极可能导致基材熔融，然后吸附被高能激光离子融化的金属颗粒，出现金属在塑料基材表面堆积现象，使塑料基材表面粗糙化，而在粗糙表面进行焊接很可能导致水道漏水现象。因此，塑料电镀铜镍铬工件上采用激光刻蚀的方式并不可行。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种塑料电镀工件焊接的方法，其制程环保。
为了解决上述技术问题，本发明的塑料电镀工件焊接的方法，所述方法包括如下步骤：S1、对塑料基材表面进行等离子体改性；
S2、在改性后的基材表面制备镀层；
S3、对镀层进行激光刻蚀。
进一步地，对塑料基材表面进行等离子体改具体包括：在真空状态下，采用霍尔离子源或考夫曼离子源对基材表面进行改性，其中，改性工艺参数为：Ar流速为 500-1000sccm，O2 流速为100-500sccm，N2 流速为100-500sccm，离子源电流为5-20A，真空度为2-5Pa，处理时间为100-500s。
进一步地，在改性后的基材表面制备镀层具体包括如下步骤：
S21、采用多弧离子镀的镀膜方式，在偏压150-300V，Ar 100-500sccm，真空度0.1-0.5Pa的条件下，将靶材溅射于基材表面30-90s，形成高能轰击层，其中，靶电流90-120A，靶材采用铬、铬锆合金或铬锆硅合金；
S22、采用中频或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1-0.5Pa的条件下，将第一靶材和第二靶材同时溅射于步骤S1获得高能轰击层上300-600s，形成金属中间层，其中，第一靶材电流为20-40A，第一靶材采用铬、铬锆合金和316不锈钢中的一种或多种，所述第二靶材电流为5-20A，第二靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种；
S23、采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1-0.5Pa的条件下，将靶材溅射于步骤S2形成的中间层上600-900s，形成金属导电层，其中，靶材电流5-20A，靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。
进一步地，
步骤S21中，铬锆合金中铬的质量百分比含量为60-80%，铬锆硅合金中硅的质量百分比含量为1-5%；
步骤S22中，所述第一靶材中，铬锆合金中铬的质量百分比为80-90%，所述第二靶材中镍钒中钒的质量百分比为5-10%、铜镍合金中铜的质量百分比为40-60%；
步骤S23中，所述靶材中镍钒中钒的质量百分比为5-10%、铜镍合金中铜的质量百分比为40-60%。
进一步地，对镀层进行激光刻蚀具体包括如下步骤：
S31、采用低能量激光轰击镀层表面，使镀层与基材之间出现离层，其中，激光移动速度50-200mm/s，刻蚀功率：按百分比计量为20-40%，激光刻蚀线间距为0.01-0.03mm，频率：10-20KHZ；激光刻蚀次数为1-2次；
S32、采用高能量激光轰击镀层表面，使基材裸露，其中，激光移动速度200-500mm/s，刻蚀功率：按百分比计量为40-60%，激光刻蚀线间距为0.005-0.03mm，频率为20-40KHZ；激光处理次数为1-2次。
进一步地，镀层的厚度为0.3-1μm。
进一步地，对工件表面进行等离子体改性之前还包括对工件表面进行清洁。
进一步地，步骤S3之后还包括依次对工件电镀铜、镍和铬。
与现有技术相比，本发明的一种塑料电镀工件焊接的方法，具有如下有益效果：
（1）制程环保，大量减少污染物的使用及排放。
（2）塑料表面绿色金属化技术结合激光刻蚀工艺，实现工艺设计思路。
具体实施方式
下面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的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。
实施例1
本发明以ABS材质花洒电镀件为例进行说明，但本发明的塑料工件并不限于ABS材质花洒电镀件。本发明的塑料电镀工件焊接的方法，包括如下步骤：
1、将注塑好的塑料工件上挂具，将挂具转移至清洗线，表面清洗干净后，烘干。
2、烘干后，将其转移至PVD镀膜设备中，采用霍尔离子源对基材表面进行改性，工艺参数如下：Ar流速为 500sccm，O2 流速为100sccm，N2 流速为100sccm，离子源电流为5-20A，真空度为2-5Pa，处理时间为100s。在另一个实施例中，还可以采用考夫曼离子源对基材表面进行改性。
3、表面改性后，将PVD设备本体真空抽至1.0*10-2Pa, 通入氩气，在塑料基材表面制备镀层，其中，镀层的厚度为0.3-1μm。该镀层分为三部分：
（1）高能轰击层：采用多弧离子镀的镀膜方式，在偏压150-300V，Ar 100sccm，真空度0.1Pa的条件下，将靶材溅射于基材表面30s，形成高能轰击层，其中，靶电流90-120A，靶材采用铬、铬锆合金或铬锆硅合金。该步骤中，铬锆合金中铬的质量百分比含量为60%，铬锆硅合金中硅的质量百分比含量为1%。
（2）金属中间层：采用中频或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1Pa的条件下，将第一靶材和第二靶材同时溅射于步骤S1获得高能轰击层上300s，形成金属中间层，其中，第一靶材电流为20-40A，第一靶材采用铬、铬锆合金和316不锈钢中的一种或多种，所述第二靶材电流为5-20A，第二靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述第一靶材中，铬锆合金中铬的质量百分比为80%，所述第二靶材中镍钒中钒的质量百分比为5%、铜镍合金中铜的质量百分比为40%。
（3）金属导电层：采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1Pa的条件下，将靶材溅射于步骤S2形成的中间层上600s，形成金属导电层，其中，靶材电流5-20A，靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述靶材中镍钒中钒的质量百分比为5%、铜镍合金中铜的质量百分比为40%。
4、将镀膜好的工件转移至激光刻蚀设备上，所述的刻蚀设备为脉冲光纤激光刻蚀设备，脉冲功率：10W 或20W中的一种，激光刻蚀分为2个步骤：激光预处理和激光刻蚀。具体参数如下：
（1）激光预处理，激光移动速度50-200mm/s，刻蚀功率：20-40%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.01-0.03mm，频率：10-20KHZ；激光预处理次数：1-2次，低能量激光轰击使镀层软化，镀层与塑料基材之间出现离层。
（2）激光刻蚀，激光移动速度200-500mm/s，刻蚀功率：40-60%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.005-0.03mm，频率：20-40KHZ；激光预处理次数：1-2次，通过高能激光快速轰击使金属层彻底气化，让塑料基材裸露。
5、将刻蚀好的工件，转移至电镀挂具上依次电镀铜、镍、铬。
6、电镀后工件通过专用工装固定在焊接设备上进行焊接，所述的焊接是采用热板焊接、超声波焊接、激光焊接、红外线焊接中一种，依所焊接的塑料材质定焊接工艺，不做限定。
实施例2
本发明以ABS材质花洒电镀件为例进行说明，但本发明的塑料工件并不限于ABS材质花洒电镀件。本发明的塑料电镀工件焊接的方法，包括如下步骤：
1、将注塑好的塑料工件上挂具，将挂具转移至清洗线，表面清洗干净后，烘干。
2、烘干后，将其转移至PVD镀膜设备中，采用霍尔离子源对基材表面进行改性，工艺参数如下：Ar流速为 800sccm，O2 流速为250sccm，N2 流速为300sccm，离子源电流为5-20A，真空度为2-5Pa，处理时间为300s。在另一个实施例中，还可以采用考夫曼离子源对基材表面进行改性。
3、表面改性后，将PVD设备本体真空抽至1.0*10-2Pa, 通入氩气，在塑料基材表面制备镀层，其中，镀层的厚度为0.3-1μm。该镀层分为三部分：
（1）高能轰击层：采用多弧离子镀的镀膜方式，在偏压150-300V，Ar 300sccm，真空度0.3Pa的条件下，将靶材溅射于基材表面60s，形成高能轰击层，其中，靶电流90-120A，靶材采用铬、铬锆合金或铬锆硅合金。该步骤中，铬锆合金中铬的质量百分比含量为70%，铬锆硅合金中硅的质量百分比含量为3%。
（2）金属中间层：采用中频或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.25Pa的条件下，将第一靶材和第二靶材同时溅射于步骤S1获得高能轰击层上450s，形成金属中间层，其中，第一靶材电流为20-40A，第一靶材采用铬、铬锆合金和316不锈钢中的一种或多种，所述第二靶材电流为5-20A，第二靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述第一靶材中，铬锆合金中铬的质量百分比为85%，所述第二靶材中镍钒中钒的质量百分比为7%、铜镍合金中铜的质量百分比为50%。
（3）金属导电层：采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.3Pa的条件下，将靶材溅射于步骤S2形成的中间层上750s，形成金属导电层，其中，靶材电流5-20A，靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述靶材中镍钒中钒的质量百分比为7%、铜镍合金中铜的质量百分比为50%。
4、将镀膜好的工件转移至激光刻蚀设备上，所述的刻蚀设备为脉冲光纤激光刻蚀设备，脉冲功率：10W 或20W中的一种，激光刻蚀分为2个步骤：激光预处理和激光刻蚀。具体参数如下：
（1）激光预处理，激光移动速度50-200mm/s，刻蚀功率：20-40%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.01-0.03mm，频率：10-20KHZ；激光预处理次数：1-2次，低能量激光轰击使镀层软化，镀层与塑料基材之间出现离层。
（2）激光刻蚀，激光移动速度200-500mm/s，刻蚀功率：40-60%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.005-0.03mm，频率：20-40KHZ；激光预处理次数：1-2次，通过高能激光快速轰击使金属层彻底气化，让塑料基材裸露。
5、将刻蚀好的工件，转移至电镀挂具上依次电镀铜、镍、铬。
6、电镀后工件通过专用工装固定在焊接设备上进行焊接，所述的焊接是采用热板焊接、超声波焊接、激光焊接、红外线焊接中一种，依所焊接的塑料材质定焊接工艺，不做限定。
实施例3
本发明以ABS材质花洒电镀件为例进行说明，但本发明的塑料工件并不限于ABS材质花洒电镀件。本发明的塑料电镀工件焊接的方法，包括如下步骤：
1、将注塑好的塑料工件上挂具，将挂具转移至清洗线，表面清洗干净后，烘干。
2、烘干后，将其转移至PVD镀膜设备中，采用霍尔离子源对基材表面进行改性，工艺参数如下：Ar流速为 1000sccm，O2 流速为500sccm，N2 流速为500sccm，离子源电流为5-20A，真空度为2-5Pa，处理时间为500s。在另一个实施例中，还可以采用考夫曼离子源对基材表面进行改性。
3、表面改性后，将PVD设备本体真空抽至1.0*10-2Pa, 通入氩气，在塑料基材表面制备镀层，其中，镀层的厚度为0.3-1μm。该镀层分为三部分：
（1）高能轰击层：采用多弧离子镀的镀膜方式，在偏压150-300V，Ar 500sccm，真空度0.5Pa的条件下，将靶材溅射于基材表面90s，形成高能轰击层，其中，靶电流90-120A，靶材采用铬、铬锆合金或铬锆硅合金。该步骤中，铬锆合金中铬的质量百分比含量为80%，铬锆硅合金中硅的质量百分比含量为5%。
（2）金属中间层：采用中频或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.5Pa的条件下，将第一靶材和第二靶材同时溅射于步骤S1获得高能轰击层上600s，形成金属中间层，其中，第一靶材电流为20-40A，第一靶材采用铬、铬锆合金和316不锈钢中的一种或多种，所述第二靶材电流为5-20A，第二靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述第一靶材中，铬锆合金中铬的质量百分比为90%，所述第二靶材中镍钒中钒的质量百分比为10%、铜镍合金中铜的质量百分比为60%。
（3）金属导电层：采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.5Pa的条件下，将靶材溅射于步骤S2形成的中间层上900s，形成金属导电层，其中，靶材电流5-20A，靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。该步骤中，所述靶材中镍钒中钒的质量百分比为10%、铜镍合金中铜的质量百分比为60%。
4、将镀膜好的工件转移至激光刻蚀设备上，所述的刻蚀设备为脉冲光纤激光刻蚀设备，脉冲功率：10W 或20W中的一种，激光刻蚀分为2个步骤：激光预处理和激光刻蚀。具体参数如下：
（1）激光预处理，激光移动速度50-200mm/s，刻蚀功率：20-40%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.01-0.03mm，频率：10-20KHZ；激光预处理次数：1-2次，低能量激光轰击使镀层软化，镀层与塑料基材之间出现离层。
（2）激光刻蚀，激光移动速度200-500mm/s，刻蚀功率：40-60%（按百分比计量），激光刻蚀线间距选0.005-0.03mm，频率：20-40KHZ；激光预处理次数：1-2次，通过高能激光快速轰击使金属层彻底气化，让塑料基材裸露。
5、将刻蚀好的工件，转移至电镀挂具上依次电镀铜、镍、铬。
6、电镀后工件通过专用工装固定在焊接设备上进行焊接，所述的焊接是采用热板焊接、超声波焊接、激光焊接、红外线焊接中一种，依所焊接的塑料材质定焊接工艺，不做限定。
本发明的一种塑料电镀工件焊接的方法，具有如下有益效果：
（1）本发明采用环保的塑料表面金属化技术与激光刻蚀相结合，实现电镀工件表面与塑料配件之间焊接成型。
（2）本发明可实现电镀工件表面与塑料配件之间焊接成型，避免因采用喷涂绝缘漆而导致表面处理过程中污染电镀液的问题，有效提升制程良率。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (8)
1.一种塑料电镀工件的环保焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、对塑料基材表面进行等离子体改性；
S2、在改性后的基材表面制备镀层；
S3、对镀层进行激光刻蚀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对塑料基材表面进行等离子体改具体包括：在真空状态下，采用霍尔离子源或考夫曼离子源对基材表面进行改性，其中，改性工艺参数为：Ar流速为 500-1000sccm，O2 流速为100-500sccm，N2 流速为100-500sccm，离子源电流为5-20A，真空度为2-5Pa，处理时间为100-500s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在改性后的基材表面制备镀层具体包括如下步骤：
S21、采用多弧离子镀的镀膜方式，在偏压150-300V，Ar 100-500sccm，真空度0.1-0.5Pa的条件下，将靶材溅射于基材表面30-90s，形成高能轰击层，其中，靶电流90-120A，靶材采用铬、铬锆合金或铬锆硅合金；
S22、采用中频或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1-0.5Pa的条件下，将第一靶材和第二靶材同时溅射于步骤S1获得高能轰击层上300-600s，形成金属中间层，其中，第一靶材电流为20-40A，第一靶材采用铬、铬锆合金和316不锈钢中的一种或多种，所述第二靶材电流为5-20A，第二靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种；
S23、采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方式，在偏压50-100V、真空度0.1-0.5Pa的条件下，将靶材溅射于步骤S2形成的中间层上600-900s，形成金属导电层，其中，靶材电流5-20A，靶材采用铜、镍钒和铜镍合金中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
步骤S21中，铬锆合金中铬的质量百分比含量为60-80%，铬锆硅合金中硅的质量百分比含量为1-5%；
步骤S22中，所述第一靶材中，铬锆合金中铬的质量百分比为80-90%，所述第二靶材中镍钒中钒的质量百分比为5-10%、铜镍合金中铜的质量百分比为40-60%；
步骤S23中，所述靶材中镍钒中钒的质量百分比为5-10%、铜镍合金中铜的质量百分比为40-60%。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
对镀层进行激光刻蚀具体包括如下步骤：
S31、采用低能量激光轰击镀层表面，使镀层与基材之间出现离层，其中，激光移动速度50-200mm/s，刻蚀功率：按百分比计量为20-40%，激光刻蚀线间距为0.01-0.03mm，频率：10-20KHZ；激光刻蚀次数为1-2次；
S32、采用高能量激光轰击镀层表面，使基材裸露，其中，激光移动速度200-500mm/s，刻蚀功率：按百分比计量为40-60%，激光刻蚀线间距为0.005-0.03mm，频率为20-40KHZ；激光处理次数为1-2次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镀层的厚度为0.3-1μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对工件表面进行等离子体改性之前还包括对工件表面进行清洁。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3之后还包括依次对工件电镀铜、镍和铬。
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