CN110004412B - 一种锌铝合金表面处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌铝合金表面处理工艺，包括步骤：(1)对合金基体进行抛光；(2)并对抛光后的合金基体进行表面清洗；(3)将表面清洗后的工件转入真空炉内，抽气至本底真空后进行辉光清洗或离子源清洗，然后依次采用磁控溅射沉积过渡层，以及采用反应溅射沉积颜色装饰层；(4)将工件转入烤箱中或喷粉线上加热、保温；(5)对工件表面静电喷涂热固性透明粉末，并经固化处理后形成表面装饰涂层。本发明将真空镀膜和粉末喷涂相结合，在合金基体表面通过对高温基体进行热固性透明粉末静电喷涂，实现了良好的外观装饰和性能，同时过程易控制，生产工艺稳定，良品率高，能够满足没有废水排放的要求。

Description

一种锌铝合金表面处理工艺
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种锌铝合金表面处理工艺。
背景技术
随着国家对电镀污染控制的提高和人民环保意识的增强，目前传统水电镀行业正面临着重新整顿和技术革新。与此同时，一些新的环保型表面处理技术正迅速发展，产品已能够做到与传统水电镀一样甚至还要优异的性能效果。
热固性粉末具有良好的功能性和装饰性，同时具有良好的额附着性，一般不需要打底，深受制造商和消费者的青睐。但热固性粉末一般固化温度较高，通常在140℃以上，有某些相对较低的也在100℃以上，伴随着固化温度的降低涂层的性能也有不同程度的降低。在对于锌铝合金基材等压铸件的处理中，由于微孔中吸附着大量的空气或水汽在高温固化中容易出现气泡或针孔，造成良品率较低，一般在30-50％，因此热固性粉末涂料在多孔金属或合金基材上的应用受到了极大的限制。目前锌铝合金基体的表面防护多采用传统的水电镀技术，紫外光固化(UV)涂层防护或者阳极氧化后电泳、喷漆、喷粉防护等。传统的水电镀技术由于大量的废水排放和有毒氰化物的使用等，对环境产生了极大的危害，目前水电镀技术的应用已受到诸多限制。
中国专利200610167410公开一种锌合金表面处理技术，其在锌合金基材上进行光固化涂层处理，然后进行真空镀膜处理，得到了高光泽的锌合金制品。但考虑到UV固化涂层在固化工程中对光源的能量要求极为严格，在复杂工件表面难以实现充分固化等缺陷使得UV漆的应用也收到了一定限制。
中国专利200710182088公开了一种合金材料的表面处理方法，该方法采用对合金基体进行阳极氧化，然后进行电泳涂装的方法制备了性能良好的产品。但其工序相对复杂，成本相对较高。
发明内容
本发明针对上述现有技术中热固性透明粉末涂料在锌铝合金材料上的应用所存在的缺陷，提供一种锌铝合金表面处理工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种锌铝合金表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对合金基体进行抛光；
(2)对抛光后的合金基体进行表面清洗；
(3)将表面清洗后的工件转入真空炉内，抽气至本底真空后进行辉光清洗或离子源清洗；然后依次采用磁控溅射沉积第一金属层作为过渡层，以及采用反应溅射沉积第二金属层作为颜色装饰层；
(4)将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，加热至80-120℃，保温0-30min；
(5)对保温中的工件表面静电喷涂热固性透明粉末，并经固化处理后形成表面装饰涂层。
进一步地，步骤(1)中所述合金基体为锌合金材料或铝合金材料。
进一步地，步骤(1)中所述表面清洗工艺为对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗。
进一步地，步骤(3)中，所述辉光清洗工艺为：将真空炉内抽气至本体真空，真空度为5.0～8.0×10-3Pa时，通入惰性气体，在真空度达到1.0Pa～3.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，辉光清洗时的偏压为500-1500V，占空比为40％～80％，电流为0.1～5.0A。
进一步地，步骤(3)中，所述过渡层的沉积工艺为：采用磁控溅射沉积Cr层，厚度为2min～10min，真空度为0.1～0.5Pa，靶电流在10A～40A，偏压50-300V，占空比40％～80％，偏压电流在0.1～5.0A。
进一步地，步骤(3)中，所述颜色装饰层沉积工艺为：以Ti靶或Zr靶为靶材，以N2作为反应气体，采用反应溅射沉积金色涂层。
进一步地，步骤(3)中，所述颜色装饰层沉积工艺为：以Ti靶、Zr靶或者Cr靶为靶材，以C2H2和/或CH4以及N2、O2中的一种或两种作为反应气体，采用反应溅射沉积黑色涂层。
进一步地，步骤(4)中对工件进行加热，升温速度为3-10℃/min，加热温度为80-120℃。
进一步地，步骤(5)中所述热固性透明粉末的玻璃化温度为80-120℃。
进一步地，所述热固性透明粉末选自热固性聚酯透明粉末涂料、热固性环氧透明粉末涂料、热固性环氧聚酯透明粉末涂料中的一种或几种。
进一步地，所述表面装饰涂层涂层的厚度为50-80um。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供的锌铝合金表面处理工艺，将真空镀膜和粉末喷涂相结合，在锌铝合金基体表面通过在高温基体上进行热固性透明粉末喷涂，得到性能良好的表面装饰涂层；本发明表面处理工艺，操作简单，易控制，生产工艺稳定，良品率高，能够满足没有废水排放的要求，达到环境友好的积极效果。
具体实施方式
本发明提供了一种锌铝合金表面处理工艺，其主要技术原理为：通过将真空镀膜和粉末喷涂相结合，在锌铝合金基体表面通过在高温基体上进行热固性透明粉末喷涂，得到性能良好的表面装饰涂层。
具体地该锌铝合金表面处理工艺，包括以下步骤：(1)对合金基体进行抛光；(2)并对抛光后的合金基体进行表面清洗；(3)将表面清洗后的工件转入真空炉内，抽气至本底真空后进行辉光清洗或离子源清洗，然后依次采用磁控溅射沉积第一金属层作为过渡层，以及采用反应溅射沉积第二金属层作为颜色装饰层；(4)将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，加热至80-120℃，保温0-30min；(5)对保温中的工件表面静电喷涂热固性透明粉末，并经固化处理后形成表面装饰涂层。
于上述技术方案的基础上，步骤(1)中所述合金基体为锌合金材料或铝合金材料。步骤(1)中所述抛光工艺为，对合金基体抛光至表面粗糙度在0.05mm即可，无需镜面抛光。此外，步骤(1)中所述表面清洗工艺为对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗，所述除蜡、除油、除锈处理的配方采用领域公认的配方即可。
于上述技术方案的基础上，步骤(3)中，所述辉光清洗工艺为：将真空炉内抽气至本体真空，真空度为5.0～8.0×10-3Pa时，通入惰性气体，在真空度达到1.0Pa～3.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，辉光清洗时的偏压为500-1500V，占空比为40％～80％，电流为0.1～5.0A。
于上述技术方案的基础上，步骤(3)中，所述过渡层的沉积工艺为：采用磁控溅射沉积Cr层，厚度为2min～10min，真空度为0.1～0.5Pa，靶电流在10A～40A，偏压50-300V，占空比40％～80％，偏压电流在0.1～5.0A。
于上述技术方案的基础上，步骤(3)中，所述颜色装饰层沉积依据不同颜色选用不同的靶材和反应气体。如作为一个优选实施方式，所述颜色装饰层沉积工艺为以Ti靶或Zr靶为靶材，以N2作为反应气体，采用反应溅射沉积金色涂层。作为另一个优选实施方式，所述颜色装饰层沉积工艺为以Ti靶、Zr靶或者Cr靶为靶材，以C2H2和/或CH4以及N2、O2中的一种或两种作为反应气体，采用反应溅射沉积黑色涂层。
于上述技术方案的基础上，步骤(4)中对工件进行加热，升温速度为3-10℃/min，加热温度为80-120℃。优选地，步骤(4)中对工件进行加热，升温速度为4-8℃/min，加热温度为90-110℃；更为优选地，步骤(4)中对工件进行加热，升温速度为5-7℃/min，加热温度为92-98℃。
于上述技术方案的基础上，步骤(5)中所述热固性透明粉末的玻璃化温度为80-120℃。优选地，采用玻璃化温度为90-110℃的热固性透明粉末；更为优选地，采用玻璃化温度为92-98℃的热固性透明粉末。相应地，所述热固性透明粉末选自热固性聚酯透明粉末涂料、热固性环氧透明粉末涂料、热固性环氧聚酯透明粉末涂料中的一种或几种。
于上述技术方案的基础上，对加热中的工件进行热固性透明粉末静电喷涂处理，根据不同粉末相应的固化温度和固化时间进行固化，厚度约50-80um。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供了一种锌铝合金表面处理工艺，该工艺包括以下步骤：
步骤一、对合金基体进行抛光；
步骤二、对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗；
步骤三、对合金基体进行多步骤真空镀膜，具体如下：
(1)将清洗后的工件转入真空炉内，真空炉内抽气至本体真空，真空度为7.0×10-3Pa，随后通入氩气，在真空度达到1.0Pa～2.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，采用的工艺参数为：偏压为1000V，占空比为60％，电流为3.0A；
(2)采用磁控溅射沉积过渡层：真空炉内抽气至本体真空，再通入氩气，使真空度达到0.4Pa，然后采用中频磁控溅射沉积第一金属铬层，沉积时间为3min，采用的工艺参数为：靶电流为25A，偏压300-100V(逐渐降低)，占空比60％，偏压电流为5.0-2.0A，氩气流量为100sccm；
(3)过渡层沉积完成后，采用Ti靶中频反应溅射沉积第二金属金色涂层，沉积时间10min，采用的工艺参数为：靶电流为30A，偏压120V，占空比60％，偏压电流为3.0A，N2流量为300sccm；
步骤四、将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，对工件进行加热至100℃，保温10min；
步骤五、对加热中的工件进行热固性透明粉末静电喷涂处理，然后根据粉末相应的固化温度和时间对粉末进行固化处理。
采用本实施例的热固性粉末喷涂方法，涂层厚度为70um，良品率95％。
实施例2
本实施例提供了一种锌铝合金表面处理工艺，该工艺包括以下步骤：
步骤一、对合金基体进行抛光；
步骤二、对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗；
步骤三、对合金基体进行多步骤真空镀膜，具体如下：
(1)将清洗后的工件转入真空炉内，真空炉内抽气至本体真空，真空度为8.0×10-3Pa，随后通入氩气，在真空度达到1.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，采用的工艺参数为：偏压为500V，占空比为60％，电流为2.0A；
(2)采用磁控溅射沉积过渡层：真空炉内抽气至本体真空，再通入氩气，使真空度达到0.35Pa，然后采用中频磁控溅射沉积第一金属铬层，沉积时间为5min，采用的工艺参数为：靶电流为30A，偏压200-100V(逐渐降低)，占空比60％，偏压电流为3.0-2.0A，氩气流量为90sccm；
(3)过渡层沉积完成后，采用电弧Zr靶沉积第二金属金色涂层，沉积时间5min，采用的工艺参数为：靶电流为100A，偏压80V，占空比60％，偏压电流为20.0A，N2流量为250sccm；
步骤四、将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，对工件进行加热至120℃，保温0min；
步骤五、对加热中的工件进行热固性透明粉末静电喷涂处理，然后根据粉末相应的固化温度和时间对粉末进行固化处理。
采用本实施例的热固性粉末喷涂方法，涂层厚度为55um，良品率90％。
实施例3
本实施例提供了一种锌铝合金表面处理工艺，该工艺包括以下步骤：
步骤一、对合金基体进行抛光；
步骤二、对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗；
步骤三、对合金基体进行多步骤真空镀膜，具体如下：
(1)将清洗后的工件转入真空炉内，真空炉内抽气至本体真空，真空度为8.0×10-3Pa，随后通入氩气，在真空度达到1.5Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，采用的工艺参数为：偏压为500V，占空比为60％，电流为3.0A；
(2)采用磁控溅射沉积过渡层：真空炉内抽气至本体真空，再通入氩气，使真空度达到0.45Pa，然后采用中频磁控溅射沉积第一金属铬层，沉积时间为5min，采用的工艺参数为：靶电流为30A，偏压500-100V(逐渐降低)，占空比60％，偏压电流为5.0-2.0A，氩气流量为110sccm；
(3)过渡层沉积完成后，采用中频Cr靶沉积第二金属黑色涂层，沉积时间40min，采用的工艺参数为：靶电流为20A，偏压80-50V，占空比60％，偏压电流为3.0A，Ar流量为70sccm，C2H2流量为0-280sccm(逐渐增加)；
步骤四、将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，对工件进行加热至110℃，保温10min；
步骤五、对加热中的工件进行热固性透明粉末静电喷涂处理，然后根据粉末相应的固化温度和时间对粉末进行固化处理。
采用本实施例的热固性粉末喷涂方法，涂层厚度为63um，良品率88％。
实施例4
本发明提供了一种锌铝合金表面处理工艺，该工艺包括以下步骤：
步骤一、对合金基体进行抛光；
步骤二、对合金基体进行除蜡、除油、除锈清洗；
步骤三、对合金基体进行多步骤真空镀膜，具体如下：
(1)将清洗后的工件转入真空炉内，真空炉内抽气至本体真空，真空度为8.0×10-3Pa，随后通入氩气，在真空度达到1.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，采用的工艺参数为：偏压为500V，占空比为60％，电流为2.0A；
(2)采用磁控溅射沉积过渡层：真空炉内抽气至本体真空，再通入氩气，使真空度达到0.40Pa，然后采用中频磁控溅射沉积第一金属铬层，沉积时间为5min，采用的工艺参数为：靶电流为30A，偏压500-100V(逐渐降低)，占空比60％，偏压电流为4.0-2.0A，氩气流量为100sccm；
(3)过渡层沉积完成后，采用中频Ti靶沉积黑色涂层，沉积时间50min，采用的工艺参数为：靶电流为25A，偏压100-50V，占空比60-80％，偏压电流为3.0A，Ar流量为70sccm，N2流量为50sccm，C2H2流量为0-270sccm(逐渐增加)；
步骤四、将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，对工件进行加热至80℃，保温30min；
步骤五、对加热中的工件进行热固性透明粉末静电喷涂处理，然后根据粉末相应的固化温度和时间对粉末进行固化处理。
采用本实施例的热固性粉末喷涂方法，涂层厚度为80um，良品率93％。
性能测试：
一、参照如下标准对本实施例1-4工艺处理后的锌铝合金进行以下测试：
1.CASS(防腐蚀测试ASTMB368-09)-----8h；
2.NSS(盐雾测试ASTMG85-9)--------48h；
3.冷热循环测试(ASMEA112.18.1-2005/CSAB125.1-05)---4cycles；
4.落砂测试(ASTMD968-09,MethodA)-----12liter；
5.水浸测试(ASTMD870-02)--------38±2℃×144h；
6.耐化学性测试(ASTMD1308-02)-----NaOH6mol/L；
7.铅笔硬度(ASTMD3363-05)---中华铅笔4H；
8.百割测试(ASTMD3359-09)------5B。
二、实施例1-4工艺处理后的锌铝合金的测试结果如下：
Figure BDA0002054767910000081
由上述测试结果可知，本发明将真空镀膜和粉末喷涂相结合，在合金基体表面通过对高温基体进行热固性透明粉末静电喷涂，实现了良好的外观装饰和性能，同时过程易控制，生产工艺稳定，良品率高，能够满足没有废水排放的要求，达到环境友好的积极效果。
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 (3)

1.一种锌铝合金表面处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对合金基体进行抛光;
（2）对抛光后的合金基体进行表面清洗；
（3）将表面清洗后的工件转入真空炉内，抽气至本底真空后进行辉光清洗或离子源清洗；然后依次采用磁控溅射沉积第一金属层作为过渡层，以及采用反应溅射沉积第二金属层作为颜色装饰层，具体如下：
（31）将清洗后的工件转入真空炉内，真空炉内抽气至本体真空，真空度为7.0×10-3Pa，随后通入氩气，在真空度达到1.0Pa～2.0Pa时开启偏压电源对工件表面进行辉光清洗，采用的工艺参数为：偏压为1000V，占空比为60%，电流为3.0A；
（32）采用磁控溅射沉积过渡层：真空炉内抽气至本体真空，再通入氩气，使真空度达到0.4Pa，然后采用中频磁控溅射沉积第一金属铬层，沉积时间为3min，采用的工艺参数为：靶电流为25A，偏压300-100V，并逐渐降低，占空比60%，偏压电流为5.0-2.0A，氩气流量为100sccm；
（33）过渡层沉积完成后，采用Ti靶中频反应溅射沉积第二金属金色涂层，沉积时间10min，采用的工艺参数为：靶电流为30A，偏压120V，占空比60%，偏压电流为3.0A，N2流量为300sccm；
（4）将镀膜后的工件转入烤箱中或者喷粉线上，加热至100℃，保温10min；
（5）对保温中的工件表面静电喷涂热固性透明粉末，并经固化处理后形成表面装饰涂层；
所述表面装饰涂层的厚度为50-80um。
2.根据权利要求1所述的锌铝合金表面处理工艺，其特征在于，步骤（5）中所述热固性透明粉末的玻璃化温度为80-120℃。
3.根据权利要求1所述的锌铝合金表面处理工艺，其特征在于，所述热固性透明粉末选自热固性聚酯透明粉末涂料、热固性环氧透明粉末涂料、热固性环氧聚酯透明粉末涂料中的一种或几种。
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