CN109290736A - 一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，包括CNC钻切高光镜面加工工序、液气清洗处理工序、烘烤工序、等离子清洗工序、喷涂工序以及烘烤固化涂层工序。采用本发明的加工方法对镁合金工件进行表面处理，能够具有优良的原色高光金属质感效果，品质外观俱佳，并且具有较强的耐腐蚀能力，拓宽了镁合金产品的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于镁合金制造加工技术领域，尤其涉及一种具有高光质感的镁合金工件加工方法。
背景技术
镁合金作为一种最轻的“绿色环保”结构材料，被广泛应用于3C产品制造加工领域中，为了满足3C产品对外观装饰效果的高要求，因此，对镁合金工件表面的光泽度及平整度要求也愈高。未加工的镁合金工件表面粗糙而无光泽，在潮湿大气中极易发生腐蚀现象。
传统的镁合金工件表面处理工艺包括钝化、喷涂、电镀等，新型的镁合金工件表面处理工艺包括PVD镀膜技术、微弧氧化技术等，但无论是传统工艺还是新型工艺均不能使镁合金工件表面具有符合产业化生产要求的原色高光金属质感效果，这在一定程度上限制了镁合金产品的应用推广。
发明内容
本发明针对现有技术的不足之处，提供了一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，采用此方法进行表面处理的镁合金工件具有适用于产业化生产要求的原色高光金属质感效果，并且具有较强的耐腐蚀能力。本发明的镁合金工件加工方法，具体包括如下步骤：
S1、对待加工的镁合金工件部位进行CNC钻切高光镜面加工；
S2、将完成步骤S1的镁合金工件进行液气清洗处理；
S3、对完成步骤S2的镁合金工件进行烘烤干燥，使得镁合金工件表面干燥清洁；
S4、对步骤S3中符合质量要求的镁合金工件进行等离子体清洗操作；
S5、向完成步骤S4的镁合金工件表面喷涂涂料；
S6、对完成步骤S5的镁合金工件进行烘烤处理，固化涂层。
进一步的，所述步骤S1中涉及的CNC钻切高光镜面工序选用CNC机床配合盘式刀具的加工方式，或选用25000－100000r/min主轴速度的精雕机配合钨钢刀具粗加工、金刚石刀具钻切加工的方式。铣削后的工件表面高光平整。此外，可以在步骤S1前通过常规的钝化及喷漆工艺对镁合金工件进行预保护处理，高光质感效果更好。
进一步的，所述步骤S2中的液气清洗处理工序包括超声波浸洗过程和风淋吹洗过程，先使用有机溶剂进行超声波浸洗，浸洗后使用非活性气体进行风淋吹洗。通过超声波浸洗和风淋吹洗相结合，一方面保证了镁合金工件表面干燥清洁、无印渍残留，另一方面可以提高后续涂料与镁合金工件表面的结合力，使产品具有较好的耐磨性。
优选的，所述的有机溶剂为无水乙醇或丙酮，所述非活性气体为氮气或氩气。
进一步的，所述步骤S3的烘烤温度为80－120℃。镁合金工件经过液气清洗并烘烤后，保证了工件表面干燥清洁，在降低了腐蚀风险的同时，能较长时间地保持高光金属质感。
进一步的，所述步骤S4中的等离子清洗工序采用氮气作为气源，氮气压力为0.2－0.4MPa，喷射距离在10－15mm。等离子清洗在完成清洗去污的同时，还能够提高镁合金工件表面的润湿性能，使得涂料可以在金属表面均匀覆盖。
进一步的，所述步骤S5采用超声波喷涂工艺，使涂料均匀覆盖于镁合金工件的表面，形成具有良好致密性的涂层。
优选的，所述步骤S5中涂料包括主料成分和溶剂成分，所述主料成分为聚丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种，所述溶剂成分为丁二醇丁醚、异丙醇、1-丁醇、无水乙醇、乙酸正丁酯、二丙酮醇中的至少一种。
更优选的，按照质量百分比计算，所述涂料的组成包括10～20%乙二醇丁醚、25～35%异丙醇、25～35% 1-丁醇和25～35%聚丙烯酸树脂。聚丙烯酸树脂极透明，其形成的膜层具有良好的保光及自抛光性能，进一步提升镁合金工件表面的
高光效果。
进一步的，所述步骤S6中涉及到的烘烤固化涂层工序，包括如下过程：在运风式烘烤箱内进行烘烤，先80－90℃预热5－15min使涂料中的溶剂部分挥发；然后控制温度在130－200℃，烤焗涂料成膜层并完成固化，烤焗固化时间为15－35min。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，首先通过对待加工的镁合金工件进行CNC钻切加工，使其表面无刀纹、划痕等缺陷，具有优良的镜面高光效果；接下来，通过超声波浸洗和风淋吹洗相结合的液气清洗步骤，有效地降低了镁合金工件表面被腐蚀的风险，从而有效地维护了其优良的镜面高光效果，并且提高了后续喷涂工艺中涂料与镁合金工件表面的结合力；进而通过等离子清洗与超声波纳米喷涂工艺相结合的方式，使得涂料能够均匀覆盖于镁合金工件的表面，烘烤固化形成具有良好致密性的涂层，进一步增强了镁合金产品的高光效果。通过各个阶段的有序进行，能够制备出具有原色高光金属质感效果的镁合金产品，品质外观俱佳，满足产业化生产需求，从而拓宽了镁合金产品的应用范围。
附图说明
图1为实施例1中公开的镁合金工件加工方法的工艺流程示意图。
图2为实施例2中镁合金工件加工系统的结构组成示意图。
图3为实施例1中液气清洗装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，参照图1，具体包括如下步骤：
S1、采用常规的钝化及喷漆工艺对镁合金工件进行预处理，使其表面形成一层保护漆膜；
S2、采用数控精雕机配合钨钢刀具，对完成步骤S1的工件上需要加工的部位进行粗加工，数控精雕机的主轴转速维持在7000r/min左右，粗加工完成后，采用数控精雕机配合金刚石刀具，高速铣削工件，数控精雕机的主轴转速维持在60000r/min以上，铣削后的工件表面无刀纹、划痕等缺陷，具有优良的镜面高光效果；
S3、铣削后的工件检验合格后，立即浸入无水乙醇中进行超声波清洗，超声波浸洗过后使用氮气吹洗工件，直至吹干残留在工件表面的液体以及吹除工件表面的杂质污物，以防留下水渍或印渍，影响工件的镜面高光效果；
S4、对完成S3步骤的工件进行烘烤，烘烤温度为100℃，直至工件表面干燥清洁，并进行质量检验；
S5、对步骤S4中符合质量要求的镁合金工件进行等离子体清洗工序；
S6、采用超声波喷涂方式在工件上喷涂有机涂料，超声波喷雾头利用较低的超声波振动能量进行液体雾化，使涂料均匀地覆盖于工件表面；
S7、将完成S6步骤的工件立即置入热风循环式烘烤箱内进行烘烤，先90℃预热10min使涂料中的溶剂部分挥发，然后控制温度在150℃，烤焗涂料成膜剂并完成固化，烤焗固化时间为30min。
需要说明的是，按照质量百分比计算，所述涂料的组成包括10%乙二醇丁醚、30%异丙醇、30% 1-丁醇和30%聚丙烯酸树脂。涂料的主要成分为聚丙烯酸树脂，其本身极透明，形成的涂层具有良好的保光及自抛光性能，使得工件表面再一次被整平，高光效果愈发明显；此外，聚丙烯酸树脂主链为碳-碳链，不含活性官能团，因此制得的镁合金工件能够较好地耐酸、碱、油脂、盐、洗涤剂等化学品，并且具有防盐雾、防湿热以及防霉菌的性能。
实施例2
本实施例提供了一种具有原色高光质感的镁合金工件加工系统，采用实施例1中所述的加工方法对镁合金工件进行处理，加工系统包括配设有金刚石刀具的CNC精雕机1、液气清洗装置2、等离子体清洗装置3、超声波喷涂装置4以及热风循环式烘烤箱5，各个装置间彼此独立。参照图2，镁合金工件通过人工依次通过CNC精雕机1、液气清洗装置2、等离子体清洗装置3、超声波喷涂装置4以及热风循环式烘烤箱5。
需要说明的是，参照图3 ，液气清洗装置2包括超声波浸洗室21、风淋吹洗室22以及烘干室23，参照图3所示，风淋吹洗室22位于超声波浸洗室21和烘干室23之间。超声波浸洗室21内部配设有冷却管211，冷却管211与外部制冷机组连接；超声波浸洗室21内温度维持在5—20℃之间，从而防止有机清洗剂外溢引发火灾事故。波浸洗室21内部还设有振板212和超声波发生器，振板212配设振子，振子频率在20-40KHz之间。风淋吹洗室22设有进风口221和出风口222，进风口221外接氮气贮存装置，出风口222外接抽风装置，因此，在整个室腔内形成较大的氮气风，可以达到风洗淋吹工件的目的。烘干室23的两侧设有加热隔层231，加热隔层231内部设有电阻丝2311，并且加热隔层231上设有进风口，通过进风口向加热隔层231内通入空气，空气流经加热隔层被电阻丝加热后进入烘干室腔内，使得室腔内温度迅速上升，达到烘烤镁合金工件的目的。
实施例3
本实施例提供了两种具有高光质感的镁合金工件，均是通过实施例2所述的镁合金工件加工系统制备而成，其中，区别之处在于：两种镁合金工件的高光面上喷涂的涂层厚度不同，分别为10µm和15µm。
两种镁合金工件的外观均具有明显的原色高光金属质感效果，表面均无刀纹、划痕、氧化等缺陷，涂料均有良好的覆盖且对高光面不产生消光。实现高光镜面的效果一方面得益于在铣削工序中使用了金刚石刀具，其具有刃口能进行长时间的持续切削而无毛边的优点，而且金刚石与有色金属摩擦系数小，切屑不易粘在刀刃上形成屑渣。此外，超声波喷涂的涂料主要成分为聚丙烯酸树脂，其极透明，形成的涂料膜层具有良好的保光及自抛光性能，进一步地提升了镁合金工件表面的高光效果。
参考GB/T9286-1998划痕实验标准及RCA摩擦测试适用标准ASTMF2357，对两种镁合金工件进行百格实验和纸带摩擦测试，测试涂层与镁合金工件表面的
结合力和耐磨性，测试结果详见表1：
| 有机涂层膜厚 | 百格测试结果 | 纸带摩擦测试结果 |
| 10µm | ASTM等级5B | 300cycel 不露底 |
| 15µm | ASTM等级5B | 300cycel 不露底 |
表1.镁合金高光面有机涂层厚度及附着力和耐磨性的关系
由上表可知，镁合金工件高光面上膜厚为10µm及15µm的有机涂层百格测试结果均为ASTM等级5B，在经过纸带摩擦测试300圈时均不露底，说明上述超声波喷涂的涂层具有良好的结合力和耐磨性。这种优异的结合力和耐磨性得益于各阶段的严格清洗操作，通过超声波浸洗和风淋吹洗相结合一方面保证了金属表面干燥清洁，有效降低了金属表面腐蚀的风险，确保产品表面的高光金属感；另一方面可以提高后续有机涂层和镁合金工件表面的结合力，使产品具有较高耐磨性。此外，等离子清洗在完成清洁去污的同时，还能够提高工件表面的润湿性能，有利于有机涂料在工件表面均匀的覆盖和黏着。
按照GB/T10125.2012人造气氛腐蚀实验盐雾标准及ISO12870:1997人工汗测试标准，测试两种镁合金工件耐盐雾气氛性能和耐人工汗性能，测试时每间隔24H进行一次观测，测试工件耐腐蚀极限，按照GB/T6461.2002金属涂覆层性能评价标准进行外观评级（RA），RA<10时即停止测试。测试结果详见表2：
表2.镁合金高光面有机涂层厚度及耐腐蚀性能的关系
由上表可知，当涂层膜厚10µm时分别通过48H的盐雾实验和人工汗实验外观评级均为10级，即膜层未被破坏样板不发生腐蚀或变色。当涂层厚为15µm时，镁合金高光面能够通过72H的盐雾实验，外观评级为8~10级；并且能够通过48H人工汗测试，外观评级为10级。因此，利用本发明加工方法制得的镁合金工件具有较好的耐腐蚀性能，并且耐腐蚀性能随着膜厚的增加而增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、对待加工的镁合金工件部位进行CNC钻切高光镜面加工；
S2、将完成步骤S1的镁合金工件进行液气清洗处理；
S3、对完成步骤S2的镁合金工件进行烘烤干燥，使得镁合金工件表面干燥清洁；
S4、对步骤S3中符合质量要求的镁合金工件进行等离子体清洗操作；
S5、向完成步骤S4的镁合金工件表面喷涂涂料；
S6、对完成步骤S5的镁合金工件进行烘烤处理，固化涂层。
2.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S1中涉及的CNC钻切高光镜面工序选用CNC机床配合盘式刀具的加工方式，或选用25000－100000r/min主轴速度的精雕机配合钨钢刀具和金刚石刀具的加工方式。
3.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S2中的液气清洗处理工序包括超声波浸洗过程和风淋吹洗过程，先使用有机溶剂进行超声波浸洗，浸洗后使用非活性气体进行风淋吹洗。
4.根据权利要求3所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述的有机溶剂为无水乙醇或丙酮，所述非活性气体为氮气或氩气。
5.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S3的烘烤温度为80－120℃。
6.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S4中的等离子清洗工序采用氮气作为气源，氮气压力为0.2－0.4MPa，喷射距离在10－15mm。
7.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S5采用超声波喷涂工艺。
8.根据权利要求7所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S5中涂料包括主料成分和溶剂成分，所述主料成分为聚丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种，所述溶剂成分为丁二醇丁醚、异丙醇、1-丁醇、无水乙醇、乙酸正丁酯、二丙酮醇中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，按照质量百分比计算，所述涂料的组成包括10～20%乙二醇丁醚、25～35%异丙醇、25～35% 1-丁醇和25～35%聚丙烯酸树脂。
10.根据权利要求1所述的具有原色高光质感的镁合金工件加工方法，其特征在于，所述步骤S6中涉及到的烘烤固化涂层工序，包括如下过程：在运风式烘烤箱内进行烘烤，先80－90℃预热5－15min使涂料中的溶剂部分挥发；然后控制温度在130－200℃，烤焗涂料成膜层并完成固化，烤焗固化时间为15－35min。
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