CN110144559A - 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底粉层、介质粉层、PVD金属镀层和透明粉层；其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，所述PVD金属镀层至少包括采用镍铬合金和纯铬两种靶材的混合镀层。本发明提供的金属表面保护层及其制备方法，既能达到电镀的表面处理效果，也能更环保。

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。
现有技术中，铝合金轮毂的表面处理方式主要包括全涂装、精车、抛光和电镀。其中，电镀形成的保护层更耐腐蚀，光泽更好，更美观。但是，电镀工艺是一种非常不环保的工艺方式，因为电镀需要使用大量强酸、强碱和重金属溶液，甚至包括氰化物、铬酐等有毒有害化学品，这些有毒有害物质会对当地的环境造成严重的污染。
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，既能达到电镀的表面处理效果，也能更环保。
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底粉层、介质粉层、物理气相沉积PVD金属镀层和透明粉层；其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，所述PVD金属镀层至少包括采用镍铬合金和纯铬两种靶材的混合镀层。
上述方案中，所述PVD金属镀层还包括靶材为镍铬合金的合金镀层和靶材为纯铬的纯铬镀层，所述PVD金属镀层从内到外依次由所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层组成。
上述方案中，所述底粉层的材质为环氧树脂，所述介质粉层的材质为改性环氧树脂，所述透明粉层的材质为丙烯酸。
上述方案中，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.06～0.15微米。
上述方案中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为80～120微米。
第二方面，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：
在待处理表面喷底粉，形成底粉层；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层；
在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层；
在所述PVD金属镀层上喷透明粉，形成透明粉层。
上述方案中，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，包括：
在所述介质粉层上镀镍铬合金，形成合金镀层；
在所述合金镀层上同时镀镍铬合金和纯铬，形成混合镀层；
在所述混合镀层上镀纯铬，形成纯铬镀层。
上述方案中，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，还包括：
所述磁控真空溅射PVD镀的工艺参数为：镀膜温度为90～170摄氏度，镀膜功率为0.6～1.2kw，真空度为2～0.006pa，采用的惰性气体为氩气、氧气或氮气，惰性气体的流量为200～400ml/min，所述合金镀层和所述纯铬镀层的镀膜时间均为5～8s，所述混合镀层的镀膜时间为18～24s。
上述方案中，在待处理表面喷底粉，形成底粉层之前，所述方法还包括：
对所述待处理表面进行第一预处理，然后进行打磨处理；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层之前，所述方法还包括：
对所述底粉层进行第二预处理；
所述第一预处理和所述第二预处理均包括如下步骤：
碱洗、酸洗、钝化和封闭。
上述方案中，所述底粉层的固化温度为180摄氏度，固化时间为20分钟；所述介质粉层的固化温度为210摄氏度，固化时间为20分钟；所述透明粉层的固化温度为177摄氏度，固化时间为17分钟。
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底粉层、介质粉层、物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)金属镀层和透明粉层；其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，所述PVD金属镀层至少包括采用镍(Ni，Nickel)铬(Cr，Chromium)合金和纯铬两种靶材的混合镀层；可见，本发明实施例提供的金属表面保护层及其制备方法，在金属表面保护层中加入PVD镀层，既能达到电镀的表面处理效果，也能更环保。
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PVD金属镀层的结构示意图；
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
目前，铝合金轮毂的表面处理中也有采用PVD镀，但是采用PVD镀工艺形成的PVD镀层一直存在裂纹及与透明粉附着力不佳的问题。
针对上述问题，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既应用于所述铝合金轮毂，也可以应用于其它汽车配件，还可以应用于电子设备元器件。
所述金属表面保护层从内到外包括底粉层、介质粉层、PVD金属镀层和透明粉层；其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，所述PVD金属镀层至少包括采用镍铬合金和纯铬两种靶材的混合镀层。
本发明实施例提供的金属表面保护层，在金属表面保护层中加入PVD镀层，既能达到电镀的表面处理效果，也能更环保，而且也能解决PVD镀层一直存在裂纹及与透明粉附着力不佳的问题。
在一种实施方式中，所述PVD金属镀层还包括靶材为镍铬合金的合金镀层和靶材为纯铬的纯铬镀层，所述PVD金属镀层从内到外依次由所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层组成，这里，所述合金镀层的作用是利用延展性吸收纯铬镀层由于热胀冷缩所产生的内应力，所述混合镀层的作用是很好的连接所述合金镀层与所述纯铬镀层，所述纯铬镀层的作用是高亮装饰和与透明粉层良好结合的作用。
在一种实施方式中，所述底粉层的材质为环氧树脂，所述介质粉层的材质为改性环氧树脂，所述透明粉层的材质为丙烯酸；其中，所述底粉层的作用是防腐蚀和初步外观流平作用，所述介质粉层的作用是达到高度流平表面，为镀膜做准备，而且介质粉层的固化后刚度要高于底粉层，有利于减少与金属镀层之间的残余内应力；所述透明粉层的作用是保护金属镀层。
在一种实施方式中，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.06～0.15微米，这个厚度，既有较高的生产效率，也能使零件表面达到高亮外观要求。
在一种实施方式中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为80～120微米，这个厚度可以满足北美通用表面全套漆膜实验的合格性测试。
本发明实施例还提供了上述金属表面保护层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
在待处理表面喷底粉，形成底粉层；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层；
在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层；
在所述PVD金属镀层上喷透明粉，形成透明粉层。
在一种实施方式中，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，包括：
在所述介质粉层上镀镍铬合金，形成合金镀层；
在所述合金镀层上同时镀镍铬合金和纯铬，形成混合镀层；
在所述混合镀层上镀纯铬，形成纯铬镀层。
在一种实施方式中，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，还包括：
所述磁控真空溅射PVD镀的工艺参数为：镀膜温度为90～170摄氏度，镀膜功率为0.6～1.2kw，真空度为2～0.006pa，采用的惰性气体为氩气、氧气或氮气，惰性气体的流量为200～400ml/min，所述合金镀层和所述纯铬镀层的镀膜时间均为5～8s，所述混合镀层的镀膜时间为18～24s，采用这套参数可以满足北美通用表面全套漆膜实验的合格性测试。
在一种实施方式中，在待处理表面喷底粉，形成底粉层之前，所述方法还包括：
对所述待处理表面进行第一预处理，然后进行打磨处理；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层之前，所述方法还包括：
对所述底粉层进行第二预处理；
所述第一预处理和所述第二预处理均包括如下步骤：
碱洗、酸洗、钝化和封闭。
在一种实施方式中，所述底粉层的固化温度为180摄氏度，固化时间为20分钟；所述介质粉层的固化温度为210摄氏度，固化时间为20分钟；所述透明粉层的固化温度为177摄氏度，固化时间为17分钟，这样，各层固化牢固，能发挥相应的作用。
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，所述表面保护层从内到外，在附图中就是从下至上，包括底粉层、介质粉层、PVD金属镀层和透明粉层；
其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，如图2所示，所述PVD金属镀层从内到外依次由所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层组成，所述合金镀层的靶材为镍铬合金，所述混合镀层的靶材为镍铬合金和纯铬两种，所述纯铬镀层的靶材为纯铬。具体地，所述镍铬合金中镍的含量百分比为75％，铬的含量百分比为25％；纯铬的纯度为99.95％。
其中，所述底粉层的材质为环氧树脂，所述介质粉层的材质为改性环氧树脂，所述透明粉层的材质为丙烯酸。
其中，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.06微米。
其中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为80微米。
实施例二
本实施例中，除了所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度及所述底粉层、所述介质粉层和所述透明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，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.15微米。
本实施例中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为120微米。
实施例三
本实施例中，除了所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度及所述底粉层、所述介质粉层和所述透明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，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.15微米。
本实施例中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为80微米。
实施例四
本实施例中，除了所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度及所述底粉层、所述介质粉层和所述透明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，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.06微米。
本实施例中，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为120微米。
实施例五
本实施例中，除了所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度及所述底粉层、所述介质粉层和所述透明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。
所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.1微米。
所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为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：第一预处理。对待处理表面，即铝合金轮毂的毛坯面进行第一预处理；所述第一预处理包括如下步骤：水洗+碱洗+水洗+酸洗+纯水洗+钝化+封闭+水洗+烘干；
步骤602：喷底粉。在第一预处理后的待处理表面喷底粉，形成底粉层；具体地，所述底粉层的固化温度为180摄氏度，固化时间为20分钟
步骤603：打磨处理。对底粉层表面进行精细打磨处理，具体地，使用800/1000目的砂纸进行打磨；
步骤604：第二预处理。在打磨处理后的待处理表面进行第二预处理，所述第二预处理包括如下步骤：水洗+碱洗+水洗+酸洗+纯水洗+钝化+封闭+水洗+烘干；
步骤605：喷介质粉。在第二预处理后的待处理表面碰介质粉，形成介质粉层；具体地，所述介质粉层的固化温度为210摄氏度，固化时间为20分钟
步骤606：磁控真空溅射PVD镀。在介质粉层的表面进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，所述PVD金属镀层从内到外分别包括合金镀层、混合镀层和纯铬镀层，所述合金镀层的靶材为镍铬合金，所述混合镀层的靶材为镍铬合金和纯铬两种，所述纯铬镀层的靶材为纯铬；具体地，所述磁控真空溅射PVD镀的工艺参数为：镀膜温度为90摄氏度，镀膜功率为0.6kw，真空度为0.006pa，采用的惰性气体为氩气，惰性气体的流量为200ml/min，所述合金镀层的镀膜时间为8s，所述混合镀层的镀膜时间为18s，所述纯铬镀层的镀膜时间为8s。
进一步地，当采用氮气或者氧气作为惰性气体时，铝合金轮毂表面将会形成独特的镀膜外观颜色，是之前的磁控真空溅射PVD镀中未出现过的。
步骤607：喷透明粉。在PVD金属镀层上喷透明粉，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17分钟，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连续式PVD镀膜机。
实施例七
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜温度不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜温度为170摄氏度。
实施例八
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜功率不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜功率为1.2kw。
实施例九
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜温度和镀膜功率不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜温度为170摄氏度，镀膜功率为1.2kw。
实施例十
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜时间不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，所述合金镀层的镀膜时间为5s，所述混合镀层的镀膜时间为24s，所述纯铬镀层的镀膜时间为5s。
实施例十一
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜温度和镀膜时间不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜温度为170摄氏度，所述合金镀层的镀膜时间为5s，所述混合镀层的镀膜时间为24s，所述纯铬镀层的镀膜时间为5s。
实施例十二
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜功率和镀膜时间不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜功率为1.2kw，所述合金镀层的镀膜时间为5s，所述混合镀层的镀膜时间为24s，所述纯铬镀层的镀膜时间为5s。
实施例十三
本实施例的工艺流程内容除了磁控真空溅射PVD镀的镀膜温度、镀膜功率和镀膜时间不同于实施例一外，其余内容均同实施例一，下面介绍上述不同的内容，流程示意图不再另行示出。
本实施例中，镀膜温度为170摄氏度，镀膜功率为1.2kw，所述合金镀层的镀膜时间为5s，所述混合镀层的镀膜时间为24s，所述纯铬镀层的镀膜时间为5s。
为了与现有技术中的表面处理技术对比，特举两个对比例：
对比例1：
采用靶材为纯铬单靶。采用的制备方法与本发明的纯铬镀层的制备方法相同。
对比例2：
采用靶材为镍铬合金单靶，采用的制备方法与本发明的合金镀层的制备方法相同。
将上述对比例与本发明的具体实施例一起做试验对比，详细试验项目及数据如下：
(1)表面裂纹测试：将完成制备得到的金属表面随机取5个样方，每个样方为边长1cm2的矩形。并且计算每个矩形内的裂纹长度。从此可以得出该表面的裂纹密度。各个对比例和实施例的表面裂纹密度见表1。
对比例或实施例 表面裂纹密度(cm/cm<sup>2</sup>)
对比例1 4
对比例2 无裂纹
实施例一 无裂纹
实施例二 无裂纹
实施例三 无裂纹
实施例四 无裂纹
实施例五 无裂纹
表1
(2)热冲击试验：按顺序执行下列步骤，水浸(温度38℃±2℃)×3h→冷冻(温度-29℃±3℃)×3h→划线(划X，角度60°)→100℃高压水蒸汽冲击(5cm～7.5cm距离，喷射角度45°，持续30s)。试验结果见表2。
对比例或实施例 表面裂纹密度(cm/cm<sup>2</sup>)
对比例1 无脱落
对比例2 透明粉层脱落
实施例一 无脱落
实施例二 无脱落
实施例三 无脱落
实施例四 无脱落
实施例五 无脱落
表2
(3)铜盐加速醋酸试验(Cass)试验：本试验按照《防腐消息》1975年第01期的《铜加速醋酸盐雾试验(CASS试验)标准方法》来进行。试验结果见表3。
对比例或实施例 表面裂纹密度(cm/cm<sup>2</sup>)
对比例1 Ok
对比例2 透明粉层脱落
实施例一 Ok
实施例二 Ok
实施例三 Ok
实施例四 Ok
实施例五 Ok
表3
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底粉层、介质粉层、物理气相沉积PVD金属镀层和透明粉层；其中，所述PVD金属镀层为通过磁控真空溅射方法获得，所述PVD金属镀层至少包括采用镍铬合金和纯铬两种靶材的混合镀层。
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PVD金属镀层还包括靶材为镍铬合金的所述合金镀层和靶材为纯铬的所述纯铬镀层，所述PVD金属镀层从内到外依次由所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层组成。
3.根据权利要求2所述的金属表面保护层，其特征在于，所述底粉层的材质为环氧树脂，所述介质粉层的材质为改性环氧树脂，所述透明粉层的材质为丙烯酸。
4.根据权利要求2所述的金属表面保护层，其特征在于，所述合金镀层、所述混合镀层和所述纯铬镀层的厚度均为0.06～0.15微米。
5.根据权利要求2所述的金属表面保护层，其特征在于，所述底粉层、所述介质粉层和所述透明粉层的厚度均为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：
在待处理表面喷底粉，形成底粉层；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层；
在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层；
在所述PVD金属镀层上喷透明粉，形成透明粉层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，包括：
在所述介质粉层上镀镍铬合金，形成所述合金镀层；
在所述合金镀层上同时镀镍铬合金和纯铬，形成所述混合镀层；
在所述混合镀层上镀纯铬，形成所述纯铬镀层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述介质粉层进行磁控真空溅射PVD镀，形成PVD金属镀层，还包括：
所述磁控真空溅射PVD镀的工艺参数为：镀膜温度为90～170摄氏度，镀膜功率为0.6～1.2kw，真空度为2～0.006pa，采用的惰性气体为氩气、氧气或氮气，惰性气体的流量为200～400ml/min，所述合金镀层和所述纯铬镀层的镀膜时间均为5～8s，所述混合镀层的镀膜时间为18～24s。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在待处理表面喷底粉，形成底粉层之前，所述方法还包括：
对所述待处理表面进行第一预处理，然后进行打磨处理；
在所述底粉层上喷介质粉层，形成介质粉层之前，所述方法还包括：
对所述底粉层进行第二预处理；
所述第一预处理和所述第二预处理均包括如下步骤：
碱洗、酸洗、钝化和封闭。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述底粉层的固化温度为180摄氏度，固化时间为20分钟；所述介质粉层的固化温度为210摄氏度，固化时间为20分钟；所述透明粉层的固化温度为177摄氏度，固化时间为17分钟。
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