CN110106472A - 一种金属表面保护层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属表面保护层及其制备方法，所述金属表面保护层从内到外包括有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；其中，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成；所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射PVD镀形成，所述有机介质层在做所述磁控溅射PVD镀之前，经过表面活化和清洁处理；所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成。本发明提供的金属表面保护层及其制备方法，提高了有机介质层与金属镀膜层之间的附着力。

Description

一种金属表面保护层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理，具体涉及一种金属表面保护层及其制备方法。
背景技术
目前，铝合金轮毂在加工完成后，均需进行表面处理，以形成一层表面保护层，不仅使铝合金轮毂更耐腐蚀，外观上也更美观。
为了减少污染，现有铝合金轮毂的表面处理方式中的电镀，逐渐被磁控溅射物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)镀取代。磁控溅射PVD镀的轮毂表面能达到金属光泽装饰效果，外观看起来美观大方，富有立体感，而且磁控溅射在整个工艺过程中无废水废气的产生和排放，绿色环保。
但是，由于铸造铝合金轮毂在机床加工后表面比较粗糙，如果直接镀膜则不能形成光亮的膜层，达不到正常的外观要求，因此需要在轮毂表面喷涂上一层高光的有机介质层，使轮毂表面形成一层光亮平整的表面，再在此表面上进行镀膜，则可以得到镜面效果的轮毂表面。但是由于有机介质层与金属镀膜层的附着力不是很好，导致金属镀膜层比较容易脱落，也导致所以磁控溅射PVD镀在铝合金轮毂行业一直未得到广泛的推广。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种金属表面保护层及其制备方法，能够提高有机介质层与金属镀膜层之间的附着力。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种金属表面保护层，所述金属表面保护层从内到外包括有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；其中，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成；所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射物理气相沉积PVD镀形成，所述有机介质层在做所述磁控溅射PVD镀之前，经过表面活化和清洁处理；所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成。
在第一方面的一种可能的实施方式中，所述表面活化和清洁处理为等离子处理。
在第一方面的一种可能的实施方式中，所述金属保护层还包括所述钝化层，所述钝化层为所述待处理金属的基体表面通过锆钛前处理形成；所述钝化层在所述待处理金属的基体表面与所述有机介质层之间。
在第一方面的一种可能的实施方式中，所述有机介质层的材质为环氧树脂；所述金属镀膜层包括靶材为镍铬合金的第一溅射层和靶材为纯铬的第二溅射层；所述透明粉层的材质为丙烯酸树脂。
在第一方面的一种可能的实施方式中，所述金属镀膜层的厚度为0.08～0.1微米，所述有机介质层的厚度为120～150微米，所述透明粉层的厚度为80～120微米。
第二方面，本发明实施例提供了一种金属表面保护层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层；
在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度；
在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层；
在所述金属镀膜层上喷透明粉，形成透明粉层。
在第二方面的一种可能的实施方式中，所述在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度，包括：
在所述有机介质层上进行表面等离子处理。
在第二方面的一种可能的实施方式中，所述在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层之前，所述方法还包括：
在所述待处理金属的基体表面进行锆钛前处理，形成所述钝化层。
在第二方面的一种可能的实施方式中，所述在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层，包括：
以镍铬合金为靶材，在所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成第一溅射层；
以纯铬为靶材，在所述第一溅射层上进行磁控溅射PVD镀，形成第二溅射层。
在第二方面的一种可能的实施方式中，所述在所述有机介质层上进行表面等离子处理，包括：
所述等离子处理的电极板为铝合金，气体为氧气，气体的工作压力为0.003～0.008托，所述等离子处理的设备的工作功率为1.2～1.5KW。
本发明实施例提供了一种金属表面保护层及其制备方法，所述金属表面保护层从内到外包括有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；其中，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成；所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射PVD镀形成，所述有机介质层在做所述磁控溅射PVD镀之前，经过表面活化和清洁处理；所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成；可见，本发明实施例提供的金属表面保护层及其制备方法，在有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高了有机介质层与金属镀膜层之间的附着力。
本发明实施例的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例一铝合金轮毂的表面保护层的结构示意图；
图2为本发明实施例一铝合金轮毂的表面保护层中的金属镀膜层的结构示意图；
图3为本发明实施例二铝合金轮毂的表面保护层的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。
本发明实施例提供了一种金属表面保护层，所述金属表面保护层从内到外包括有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；其中，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成；所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射物理气相沉积PVD镀形成，所述有机介质层在做所述磁控溅射PVD镀之前，经过表面活化和清洁处理；所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成。
这里，所述有机介质层，也叫高光有机介质层，喷涂固化后能达到镜面光洁度，便于后面的磁控溅射PVD镀。
本发明实施例提供的金属表面保护层，在有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高了有机介质层与金属镀膜层之间的附着力。
在一种实施方式中，所述表面活化和清洁处理为等离子处理。等离子处理技术，也叫电浆处理技术，是采用等离子处理机对包装盒表面薄膜、UV涂层或者塑料片材进行一定的物理化学改性，提高表面活性，也能对表面进行清洁。能够理解，表面活化和清洁处理也可以是其它方式，例如对待活化或待清洁表面进行加热处理。
在一种实施方式中，所述金属保护层还包括钝化层，所述钝化层为所述待处理金属的基体表面通过锆钛前处理形成；所述钝化层在所述待处理金属的基体表面与所述有机介质层之间。所述锆钛前处理，主要用于去除待处理金属表面的锈迹或污染物，无需通过机械方式，且也不会有太大的污染，是优选方式。
在一种实施方式中，所述有机介质层的材质为环氧树脂；环氧树脂与金属表面有良好的结合性，防腐蚀性能也很优良，是优选方式。
在一种实施方式中，所述金属镀膜层包括靶材为镍铬合金的第一溅射层和靶材为纯铬的第二溅射层；这样，既实现了较明亮的外观，又能避免了裂纹的产生，同时保证了优秀的耐腐蚀性能和良好的附着力，是优选方式。
在一种实施方式中，所述透明粉层的材质为丙烯酸树脂。丙烯酸树脂与镀膜具有良好结合力，本身也具备优良的耐老化性能，是优选方式。
在一种实施方式中，所述金属镀膜层的厚度为0.08～0.1微米，所述有机介质层的厚度为120～150微米，所述透明粉层的厚度为80～120微米。每一层的厚度，一般根据不同的金属材料及所述金属材料的使用环境确定，上述厚度数值是某一种或某几种产品的优选方式。
本发明实施例还提供了一种金属表面保护层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层；
在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度；
在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层；
在所述金属镀膜层上喷透明粉，形成透明粉层。
在一种实施方式中，所述在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度，包括：
在所述有机介质层上进行表面等离子处理。
在一种实施方式中，所述在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层之前，所述方法还包括：
在所述待处理金属的基体表面进行锆钛前处理，形成钝化层。
在一种实施方式中，所述在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层，包括：
以镍铬合金为靶材，在所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成第一溅射层；
以纯铬为靶材，在所述第一溅射层上进行磁控溅射PVD镀，形成第二溅射层
在一种实施方式中，所述在所述有机介质层上进行表面等离子处理，包括：
所述等离子处理的电极板为铝合金，气体为氧气，气体的工作压力为0.003～0.008托，所述等离子处理的设备的工作功率为1.2～1.5KW。上述等离子处理的参数，一般根据不同的金属材料及所述金属材料的使用环境确定，更优的参数，能使有机介质层的附着力更佳，上述参数是某一种或某几种产品的优选方式。
有关本发明的详细技术方案，下面将结合附图和具体实施例进行说明，应该理解，所附附图及实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
实施例一
本实施例提供了一种铝合金轮毂的表面保护层，如图1所示，所述金属表面保护层从内到外包括钝化层、有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；
其中，所述钝化层为所述待处理金属的基体表面通过锆钛前处理形成，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成，有机介质粉末为环氧树脂粉末，环氧树脂与铝合金基体有良好的附着力，所述有机介质层的喷涂厚度为120微米。
所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射物理气相沉积PVD镀形成，如图2所示，所述金属镀膜层包括靶材为镍铬合金的第一溅射层和靶材为纯铬的第二溅射层；所述金属镀膜层的总厚度为0.08微米，所述第一溅射层和所述第二溅射层的厚度相同或接近。
所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成，所述透明粉的材质为丙烯酸树脂粉末涂料，丙烯酸树脂与金属镀膜层有良好的结合力，并具备优良的耐老化性能，所述透明粉层的厚度均为80微米。
实施例二
本实施例中，除了所述有机介质层、所述金属镀膜层和所述底粉层的厚度不同于实施例一之外，其它均与实施例一相同，下面介绍上述不同的内容。
本实施例中，所述有机介质层的厚度为150微米。
本实施例中，所述金属镀膜层的总厚度为0.1微米。
本实施例中，所述透明粉层的厚度为150微米。
实施例三
本实施例中，除了所述有机介质层、所述金属镀膜层和所述底粉层的厚度不同于实施例一之外，其它均与实施例一相同，下面介绍上述不同的内容。
本实施例中，所述有机介质层的厚度为120微米。
本实施例中，所述金属镀膜层的总厚度为0.1微米。
本实施例中，所述透明粉层的厚度为120微米。
实施例四
本实施例中，除了所述有机介质层、所述金属镀膜层和所述底粉层的厚度不同于实施例一之外，其它均与实施例一相同，下面介绍上述不同的内容。
本实施例中，所述有机介质层的厚度为150微米。
本实施例中，所述金属镀膜层的总厚度为0.08微米。
本实施例中，所述透明粉层的厚度为120微米。
实施例五
本实施例中，除了所述有机介质层、所述金属镀膜层和所述底粉层的厚度不同于实施例一之外，其它均与实施例一相同，下面介绍上述不同的内容。
本实施例中，所述有机介质层的厚度为120微米。
本实施例中，所述金属镀膜层的厚度为0.1微米。
本实施例中，所述透明粉层的厚度为100微米。
实施例六
本实施例提供了一种铝合金轮毂的表面保护层的制备方法，如图3所示，所述制备方法包括如下步骤：
步骤601：锆钛前处理。对待处理表面，即铝合金轮毂的毛坯面进行锆钛前处理；所述锆钛前处理至少包括如下步骤：脱脂碱洗+酸洗+锆钛钝化+封闭；
优选地，所述锆钛前处理包括如下步骤：热水洗+脱脂碱洗+热水洗+水洗+酸洗+纯水洗+纯水洗+锆钛钝化+纯水洗+封闭+纯水洗+纯水洗+烘干；
具体地，所述锆钛前处理的参数为：水分烘箱的烘烤温度为110摄氏度，烘烤时间为10分钟，处理后形成锆钛转化膜，即钝化层，钝化层可以提高铝合金轮毂的耐腐蚀性能，也能提高铝合金基体与高光有机介质层之间的结合力，同时处理工艺污染少，绿色环保。
步骤602：喷涂高光有机介质。在锆钛前处理后的待处理表面喷涂高光有机介质粉，形成高光有机介质层；具体地，所述高光有机介质层的固化温度为200摄氏度，固化时间为25-35分钟，固化后的铅笔硬度为2-3H，涂层的玻璃化温度优选为80-120摄氏度，所述高光有机介质粉的颜色优选黑色。
步骤603：等离子处理。对高光有机介质层进行等离子处理，具体地，等离子处理的设备腔体内的电极板为长方形铝合金材质，分布在铝合金轮毂的上方、侧方和下方，先后顺序处理，保证每个位置都能获得均匀的处理，处理的具体过程为：
首先，利用分子泵将腔体内的压力抽至0.00005托(即具备一定的真空度)，然后向腔体内通入氧气，氧气的流量为400sccm，当腔体内的压力稳定至0.008托时，打开射频电源，此时高电压会将氧气分子电离产生氧原子、氧离子和自由电子，在电场的作用下，氧离子和自由电子会以高速去轰击铝合金轮毂表面，去除铝合金轮毂表面的杂质，同时在铝合金轮毂表面形成新的化学键，所述化学键用于与金属镀膜结合用，可以使高光有机介质层与金属镀膜层结合的更牢固；
具体地，等离子处理时，铝合金轮毂表面的温度为80摄氏度，等离子设备中电极板的工作功率为1.5KW，上方工作16秒，然后侧方和下方的电极板再工作16秒，同时铝合金轮毂自身在等离子处理过程中也在自转，自转速度2秒/圈。
步骤604：磁控溅射PVD镀。在等离子处理后的待处理表面进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层，所述金属镀膜层从内到外分别包括第一溅射层和第二溅射层，所述第一溅射层的靶材为镍铬合金，所述第二溅射层的靶材为纯铬。
步骤605：喷涂透明粉。在金属镀膜层上喷透明粉，形成透明粉层，具体地，所述透明粉层的固化温度为177摄氏度，固化时间为15-20分钟，具体地，透明粉层的材质为丙烯酸树脂，具有优异的耐老化性能，经长期使用不变色，涂层附着力不降低，与金属镀膜层结合力良好，有效地保护金属镀膜层在使用过程中不被损伤，提高金属镀膜层的使用寿命。透明粉层固化后，整个表面处理工艺完成。
具体地，本制备方法采用的设备为高真空磁控溅射镀膜机。
实施例七
本实施例的工艺流程内容除了等离子处理步骤中的部分参数不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面只介绍与实施例一不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，向腔体内通入的气体为氢气，流量为300sccm，其余参数同实施例一。
实施例八
本实施例的工艺流程内容除了等离子处理步骤中的部分参数不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面只介绍与实施例一不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，向腔体内通入的气体为氩气，流量为400sccm，等离子设备中电极板的工作功率为1.2KW，其余参数同实施例一。
实施例九
本实施例的工艺流程内容除了等离子处理步骤中的部分参数不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面只介绍与实施例一不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，向腔体内通入的气体为氮气，流量为400sccm，等离子设备中电极板的工作时间为20s，其余参数同实施例一。
实施例十
本实施例的工艺流程内容与实施例一的不同之处在于未采用等离子处理，其余内容均同实施例一，下面只介绍与实施例一不同的内容，流程示意图不再另行示出。
步骤603B：加热处理。在高光有机介质层固化后，对铝合金轮毂进行加热处理，将铝合金轮毂放入烘箱内进行加热，烘箱温度设定为170℃，加热时间为10分钟，轮毂在烘箱加热取出后，轮毂表面的温度可以达到130℃。即通过加热代替等离子处理，虽然效果不如等离子处理，但是通过上述实施例一至实施例五中表面保护层的结构设计，也大大优于现有技术。
本实施例中，步骤603B用于取代步骤603。
为了验证本发明实施例中的结构及制备方法的效果，将上述实施例六～实施例十处理的铝合金轮毂一起做试验对比，详细试验项目及数据如表1所示：
表1
其中，所述CASS为酸性醋酸铜加速实验的英文简称，所述FLIFORM为高温湿热试验的英文简称。
试验证明，实施例六的效果是最好的，同时，其它实施例的效果也是大大优于现有技术的。一般地，百格附着力的要求是90％无脱落，当然也有个别厂家的要求会稍高一些。耐水试验的要求是附着力80％以上。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例的具体说明，并非用以限定本发明的保护范围，其它任何等效变换均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属表面保护层，其特征在于，所述金属表面保护层从内到外包括有机介质层、金属镀膜层和透明粉层；其中，所述有机介质层为在待处理金属表面喷涂有机介质粉末形成；所述金属镀膜层为在所述有机介质层上通过磁控溅射物理气相沉积PVD镀形成，所述有机介质层在做所述磁控溅射PVD镀之前，经过表面活化和清洁处理；所述透明粉层为在所述金属镀膜层上喷涂透明粉形成。
2.根据权利要求1所述的金属表面保护层，其特征在于，所述表面活化和清洁处理为等离子处理。
3.根据权利要求2所述的金属表面保护层，其特征在于，所述金属保护层还包括所述钝化层，所述钝化层为所述待处理金属的基体表面通过锆钛前处理形成；所述钝化层在所述待处理金属的基体表面与所述有机介质层之间。
4.根据权利要求3所述的金属表面保护层，其特征在于，所述有机介质层的材质为环氧树脂；所述金属镀膜层包括靶材为镍铬合金的第一溅射层和靶材为纯铬的第二溅射层；所述透明粉层的材质为丙烯酸树脂。
5.根据权利要求2所述的金属表面保护层，其特征在于，所述金属镀膜层的厚度为0.08～0.1微米，所述有机介质层的厚度为120～150微米，所述透明粉层的厚度为80～120微米。
6.一种权利要求1～5任一项所述的金属表面保护层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层；
在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度；
在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层；
在所述金属镀膜层上喷透明粉，形成透明粉层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述有机介质层上进行表面活化和清洁处理，提高所述有机介质层表面的活性和清洁度，包括：
在所述有机介质层上进行表面等离子处理。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在待处理金属表面喷有机介质材料，形成有机介质层之前，所述方法还包括：
在所述待处理金属的基体表面进行锆钛前处理，形成所述钝化层。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在经过表面活化和清洁处理的所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成金属镀膜层，包括：
以镍铬合金为靶材，在所述有机介质层上进行磁控溅射PVD镀，形成第一溅射层；
以纯铬为靶材，在所述第一溅射层上进行磁控溅射PVD镀，形成第二溅射层。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述有机介质层上进行表面等离子处理，包括：
所述等离子处理的电极板为铝合金，气体为氧气，气体的工作压力为0.003～0.008托，所述等离子处理的设备的工作功率为1.2～1.5KW。
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