CN113529020A - 一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺及防腐防锈涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺及防腐防锈涂层,如下:1)将铁基材料进行抛光或研磨处理的表面预处理;2)在上述步骤1)后进行超声波除蜡、除油清洗及烘干;3)在上述步骤2)之后将处理好的所述铁基材料进行上挂到挂具上;4)将上述步骤3)的所述铁基材料放入真空镀膜机的真空室内进行离子辉光活化,并采用物理气相沉积方式在所述铁基材料的表面依次沉积有打底金属层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层;5)将上述步骤4)的所述铁基材料从真空镀膜机内取出即可。本发明成本低廉,方便处理,便于大面积的推广与应用,同时不会造成大量的水污染和有毒有害气体排放,符合未来国家经济发展要求。
Description
技术领域
本发明涉及铁基材料防腐处理技术领域,尤其涉及一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺及防腐防锈涂层。
背景技术
已知金属铁因其价格低廉,且性能优异,在工业生产及生活中应用较为广泛,但是因其化学性质活跃,在使用中极易发生锈蚀,严重影响产品的外观和功能,大大降低了产品使用寿命。
目前采用的主要保护方法是对铁基金属材料可通过合金化或者表面处理的方法实现防腐蚀。
如一,表面处理是目前应用较为广泛的一种铁基防锈的方法,表面涂装和电镀等都是比较普遍的工艺。通过在表面涂覆一层有机涂层实现对基材的防腐,其工艺稳定,成本低廉,例如中国发明专利申请号85107030,公开了一种新型的铁基材料的防腐蚀处理工艺,该工艺包括:用机械镀锌的方法在铁材表面上生成镀锌层,然后用无水镀铬液处理已镀的表面。但对需要表面具备电化学性能的产品,则无法采用这种工艺。此时需要采用电镀工艺实现表面的防腐,同时兼具金属属性,通过水电镀的电化学原理在铁基材表面涂覆一层或多次耐腐蚀金属层,该工艺成熟稳定,但电镀会造成大量的水污染和有毒有害气体排放,不符合未来国家经济发展;
如二,对于金属表面合金化技术是九十年代高科技技术,此技术是用化学渗透方法在金属表面结合上一层合金,以改善其耐腐蚀性与耐磨性,并有良好的表面装饰效果,例如在中国发明专利申请公布号CN110317513A,公开了一种用于金属表面腐蚀防护处理的光固化组合物、其应用及金属表面腐蚀防护处理的方法。此种方式其工艺不够稳定,成本高昂,无法得到大面积的推广与应用。
综上所述,对于现有技术中还没有一种成本低廉,方便处理,便于大面积的推广与应用,同时不会造成大量的水污染和有毒有害气体排放,符合未来国家经济发展要求的一种适合铁基材料防腐防锈的处理方法,因此亟需要对现有技术作出改进。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明提供了一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺及防腐防锈涂层,以解决现有技术中投入成本高昂,不方便处理,也不便于大面积的推广与应用,同时会造成大量的水污染和有毒有害气体排放,不符合未来国家经济发展要求的技术问题。
为了实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其制备方法如下:
1)将铁基材料进行抛光或研磨处理的铁基材料表面预处理;
2)在上述步骤1)后进行超声波除蜡、除油清洗及烘干;
3)在上述步骤2)之后将处理好的所述铁基材料进行上挂到挂具上;
4)将上述步骤3)的所述铁基材料放入真空镀膜机的真空室内进行离子辉光活化,并采用物理气相沉积方式在所述铁基材料的表面依次沉积有打底金属层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层;
5)将上述步骤4)的所述铁基材料从真空镀膜机内取出即可。
作为进一步优选地,所述步骤4)中,所述离子辉光活化采用的是真空镀膜机的真空室内通入400sccm的氩气,抽本底真空度达到2.0E0Pa,打开偏压设定为600V,计时5min。
作为进一步优选地,所述步骤4)中,先将真空镀膜机的真空室内进行加温到120~150℃,抽本底真空度达到6.0E~3Pa,接下来将所述铁基材料放入真空镀膜机的真空室内,然后关闭节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气,使真空镀膜机的真空室内真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为100~150V,用电弧在所述铁基材料表面沉积所述打底金属层;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氩气,抽真空使真空达到4.0-6.0E-1Pa,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射6~12min的铬硅合金金属,然后关闭弧靶电源,在氩气流量及偏压参数不变状态下,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氮气,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射20~40min的氮化铬硅,此种从而形成所述硅铬合金层;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机内通入100~200sccm氩气,使真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为80~120V,用电弧在所述铁基材料表面沉积所述面色镀层;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气和200~300sccm氧气,使真空达到3.0-5.0E-1Pa,打开偏压设定为100~200V,用电弧在所述铁基材料表面沉积所述保护层。
作为进一步优选地,所述打底金属层括铬镍合金层和底纯铬层,用电弧沉积5min所述镍合金层在所述铁基材料上,用电弧沉积5min所述底纯铬层在所述镍合金层上。
作为进一步优选地,所述打底金属层的厚度为100~200nm。
作为进一步优选地,所述硅铬合金层厚度为300~1200nm。
作为进一步优选地,所述面色镀层厚度为100~200nm。
作为进一步优选地,所述用电弧在所述铁基材料表面5min面色镀层,其中所述面色镀层采用的是纯铬。
作为进一步优选地,所述保护层的厚度为1~10nm。
作为进一步优选地,所述电弧在所述铁基材料表面进行中频溅射,用中频溅射3~8min,且所述保护层采用的是氧化硅。
作为进一步优选地,所述氧化硅采用的是透明钝化膜层。
根据本发明的另一方面,提供了一种基于上述任一所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺的防腐防锈涂层,包括铁基材料,所述铁基材料的外表面依次设置有所述铬镍合金层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层。
本发明的有益效果:
其一,本发明的铁基材料放入真空镀膜机内进行离子辉光活化,并采用物理气相沉积方式在铁基材料的表面依次沉积有铬镍合金层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层,该工艺经济绿色环保,无废气废水排放,而且在铁基材料的表面依次沉积有铬镍合金层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层,实现了耐腐蚀性和耐袖性,大大提高了铁基材料使用寿命,同时此种方式操作简单,投入成本较低,便于大面积的推广与应用;
其二,本发明的包括铁基材料,铁基材料的外表面依次设置有铬镍合金层、硅铬合金层、面色铬镀层和保护层,其设计合理,结构简单,便于实施与操作,投入成本较低,便于大面积的推广与应用。
附图说明
图1为本发明的一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺流程示意图。
图2为本发明的一种铁基材料上的防腐防锈涂层示意图。
图中:10,铁基材料;20,打底金属层;30,硅铬合金层;40,面色铬镀层;50,保护层。
具体实施方式
在本发明的描述中,需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
参阅图1,一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其制备方法如下:
1)将铁基材料10(铁基材产品,如烙铁头、风批头、电批头和剪钳等等)进行抛光或研磨处理的铁基材料表面预处理,经抛光或研磨后能改善铁基材料10表面的显微几何形状,降低铁基材料10表面的显微粗糙程度,提高铁基材料10表面的光泽度;
2)在上述步骤1)后进行超声波除蜡、除油清洗及烘干,通过用超声波清洗效果蜡垢更好,而且不易对水环境造成污染,并且除油清洗铁基材料10后,不仅能够去除铁基材料10表面油污,更加有利于后续的加工出来,而且操作方便,用时短,效率高;
3)在上述步骤2)之后将处理好的铁基材料10进行上挂到挂具上,此种挂具采用的是挂盘(工件挂盘,能够挂起铁基材料的挂盘),通过将步骤2)中铁基材料10挂到挂盘上有利于后续工序的均匀真空镀;
4)将上述步骤3)的铁基材料10放入真空镀膜机的真空室的真空室内进行离子辉光活化(离子辉光活化采用的是真空镀膜机的真空室内通入400sccm的氩气,抽本底真空度达到2.0E0Pa,打开偏压设定为600V,计时5min),并采用物理气相沉积方式在铁基材料10的表面依次沉积有铬镍合金层20、硅铬合金层30、面色铬镀层40和保护层50;
5)将上述步骤4)的铁基材料10从真空镀膜机内取出即可,此种有利于避免了现有技术中取出还需要进行拉丝、喷透明漆或喷透明粉、进行固化和烘干操作,相比具有工艺更加简单,金属用量少,无废气废水排放,符合未来经济发展对节能环保的要求。本发明中铁基材料10针对可以是烙铁头、风批头、电批头和剪钳等等产品,通过本发明与传统水镀产品相比具有工艺简单,金属用量少,无废气废水排放,符合未来经济发展对节能环保的要求。
进一步说,步骤4)中,先将真空镀膜机的真空室内进行加温到120~150℃,抽本底真空度达到6.0E~3Pa,接下来将铁基材料10放入真空镀膜机的真空室内,然后关闭节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气,使真空镀膜机内真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为100~150V,用电弧在铁基材料10表面沉积打底金属层20,通过此种方式的打底金属层20才能增强结合力,这样才能使铁基材料10外表面达到一致性。更想说明的是,打底金属层20的厚度为100~200nm,一方面这样才能使打底金属层20存在更好的结合力,另一方面此种厚度才能使得铁基材料10外表面达到一致性。更进一步想说明的是,打底金属层20包括铬镍合金层和底纯铬层,首先用电弧沉积5min镍合金层在铁基材料10上,然后再用电弧沉积5min底纯铬层在镍合金层上,通过铬镍合金层和底纯铬层两者有机的结合形成打底金属层20,这样的打底金属层20增强结合力大大得到加强,而且能够与铁基材料10的表面达到一致性;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氩气,抽真空使真空达到4.0-6.0E-1Pa,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射(中频溅射;通过高电流高电压与氩离子产生辉光放电方式将金属靶材转换为离子状态通过强磁场推出,产品通负极电压吸附离子,产品外表面形成金属薄膜)6~12min的铬硅合金金属,然后关闭弧靶电源,在氩气流量及偏压参数不变状态下,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氮气,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射20~40min的氮化铬硅,此种从而形成硅铬合金层30,通过此种操作才能够形成所需要的具有防腐和耐磨的硅铬合金层30,此种硅铬合金层30在铁基材料10表面具有加硬的功效,其中硅铬合金层30厚度为300~1200nm,此种厚度的硅铬合金层30有利于避免加厚铁基材料10的臃肿;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气,使真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为80~120V,用电弧在铁基材料10表面沉积面色镀层40,此种面色镀层40为面色(白铬色)及不粘锡功能。进一步说,面色镀层40厚度为100~200nm,通过此种厚度避免加重铁基材料10的厚重,也使得面色镀层40具有较好的不粘锡效果。更想强调的是,用电弧在铁基材料10表面5min面色镀层,其中面色镀层40采用的是纯铬,此种才能作用为面色(白铬色)及不粘锡的效果;
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气和200~300sccm氧气,使真空达到3.0-5.0E-1Pa,打开偏压设定为100~200V,用电弧在铁基材料10表面沉积保护层50,其中电弧在铁基材料10表面进行中频溅射,用中频溅射3~8min,且保护层50采用的是氧化硅,通过此种步骤才能够得到具有隔绝氧气腐蚀和改变金属电位起到防腐蚀效果的保护层50。进一步说,氧化硅采用的是透明钝化膜层,通过此种保护层50作用为保护金属涂层,有利于隔绝氧气腐蚀,改变金属电位起到防腐蚀效果,且保护层50的厚度为1~10nm,避免有利于减少加重成本。
实施例一
一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其中铁基材料10针对的是烙铁头,其特征在于,其制备方法如下:
1)将烙铁头进行研磨处理;
2)研磨好的烙铁头进行超声波除蜡、除油清洗及烘干;
3)将前处理好的烙铁头进行上挂到挂具上,此种挂具采用的是挂盘(工件挂盘,能够挂起烙铁头的挂盘),通过将步骤2)中烙铁头挂到挂盘上有利于后续工序的均匀真空镀;
4)先将真空镀膜机的真空室内进行加温到120℃,抽本底真空度达到6.0E~3Pa,接下来将烙铁头放入真空镀膜机的真空室内,然后关闭节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入,然后关闭节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100sccm氩气,使真空镀膜机的真空室内真空达到1.5 E-1Pa,打开偏压设定为120V,在烙铁头上用电弧沉积5min镍合金层,然后在镍合金层上再用电弧沉积5min底纯铬层,从而在烙铁头表面形成150nm厚度的打底金属层20,此种有利于增强结合力,使烙铁头外表面达到一致性;
5)完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入200sccm的氩气,抽真空使真空达到4.0E-1Pa,打开偏压设定为100V,打开中频磁控铬靶,用中频溅射8min铬硅合金金属,然后然后关闭弧靶电源,在氩气流量及偏压参数不变状态下,开始向真空镀膜机的真空室内通入120sccm的氮气,再用中频溅射358min氮化铬硅,此种形成厚度为800nm的铬硅合金层30,此种更加有利于对烙铁头进行防腐、加硬和耐磨,本发明采用中频溅射沉积铬硅合金层30(氮化硅铬涂层),可有效提高提高铁基材料10的耐蚀性能;
6)完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100sccm的氩气,使真空达到1.5 E-1Pa,打开偏压设定为100V,用电弧沉积5min纯铬为面色镀层40,面色镀层40作用为面色(白铬色)及不粘锡功能层,面色镀层40的厚度为100nm;
7)完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100sccm的氩气和200sccm的氧气,使真空达到3.0E-1Pa,打开偏压设定为100V,用中频溅射55min氧化硅透明钝化膜层作为保护层50,其中保护层50作用为保护金属涂层,有利于隔绝氧气腐蚀,改变金属电位起到防腐蚀效果,保护层50的厚度为5nm,本发明采用中频溅射在烙铁头最外层沉积一保护层50(氧化硅透明膜层),其起到改变金属电位;
8)将上述步骤7)的烙铁头从真空镀膜机内取出即可,此种有利于避免了现有技术中取出还需要进行拉丝、喷透明漆或喷透明粉、进行固化和烘干操作,相比具有工艺更加简单,金属用量少,无废气废水排放,符合未来经济发展对节能环保的要求。
另外,如图2所示,本发明还提供了一种基于上述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺的防腐防锈涂层,包括铁基材料10,铁基材料10的外表面依次设置有打底金属层20、硅铬合金层30、面色铬镀层40和保护层50。
由上述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺所生产的铁基材料的防腐防锈涂层可通过以下功能测试:
(A) CASS: 16H
(B) 冷热冲击循环: 4 个循环;
( C) 落砂冲击: 12L
( D) 结合力( 百割): 5A
( E) 水浸 38℃ : 24H
( F) 铅笔硬度( 三菱): 2H
以上功能测试包括:
1、 抗腐蚀功能测试:
1) CASS 试验( ASTM B368-09) .
2、 抗磨耗功能测试:
落砂试验( ASTM D968-05)。
3、 结合力测试:
1) 百割测试( ASTM D3359-02);
2) 冷热循环试验( ASME A112.18.1-2005/CSA B125.1-05 )
4、 耐水测试
水浸测试( ASTM D870-02)。
5、 耐划伤性测试
1) 铅笔硬度测试( ASTM D3363-05)。
通过以上功能测试可以看出对于本发明了一种基于上述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺的防腐防锈涂层性能保持稳定,并不会随着膜层的改变有所降低,更加能够满足使用需求。
本申请文件中使用到的真空镀膜机和挂盘均可以从市场上购买,工人根据现有技术手册就可完成对其进行正常操作,在此不再作出具体叙述。
需要说明的是,尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述,但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此,基于本发明的创新理念,对本文实施例进行的变更和修改,或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,其制备方法如下:
1)将铁基材料(10)进行抛光或研磨处理的表面预处理;
2)在上述步骤1)后进行超声波除蜡、除油清洗及烘干;
3)在上述步骤2)之后将处理好的所述铁基材料(10)进行上挂到挂具上;
4)将上述步骤3)的所述铁基材料(10)放入真空镀膜机的真空室内进行离子辉光活化,并采用物理气相沉积方式在铁基材料的表面依次沉积有打底金属层(20)、硅铬合金层(30)、面色铬镀层(40)和保护层(50);
5)将上述步骤4)的所述铁基材料(10)从真空镀膜机的真空室内取出即可。
2.如权利要求1所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述步骤4)中的所述离子辉光活化采用的是真空镀膜机的真空室内通入400sccm的氩气,抽本底真空度达到2.0E0Pa,打开偏压设定为600V,计时5min。
3.如权利要求1或2或所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述步骤4)中,先将真空镀膜机的真空室内进行加温到120~150℃,抽本底真空度达到6.0E~3Pa,接下来将所述铁基材料(10)放入真空镀膜机的真空室内,然后关闭节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气,使真空镀膜机的真空室内真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为100~150V,用电弧在所述铁基材料(10)表面沉积所述打底金属层(20);
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氩气,抽真空使真空达到4.0-6.0E-1Pa,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射6~12min的铬硅合金金属,然后关闭弧靶电源,在氩气流量及偏压参数不变状态下,开始向真空镀膜机的真空室内通入200~400sccm的氮气,打开偏压设定为60~120V,打开中频磁控铬靶,进行共沉积中频溅射20~40min的氮化铬硅,此种从而形成所述硅铬合金层(30);
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气,使真空达到1.0-2.0E-1Pa,打开偏压设定为80~120V,用电弧在所述铁基材料(10)表面沉积所述面色镀层(40);
完成后关闭氩气质量流量计、偏压电源、打开节流阀,开始向真空镀膜机的真空室内通入100~200sccm氩气和200~300sccm氧气,使真空达到3.0-5.0E-1Pa,打开偏压设定为100~200V,用电弧在所述铁基材料(10)表面沉积所述保护层(50)。
4.如权利要求3所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述打底金属层(20)包括铬镍合金层和底纯铬层,用电弧沉积5min所述镍合金层在所述铁基材料(10)上,用电弧沉积5min所述底纯铬层在所述镍合金层上。
5.如权利要求4所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述打底金属层(20)的厚度为100~200nm。
6.如权利要求3所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述硅铬合金层(30)厚度为300~1200nm。
7.如权利要求3所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述面色镀层(40)厚度为100~200nm,所述用电弧在所述铁基材料(10)表面5min所述面色镀层(40),其中所述面色镀层(40)采用的是纯铬。
8.如权利要求3所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述保护层(50)的厚度为1~10nm。
9.如权利要求3所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺,其特征在于,所述电弧在所述铁基材料(10)表面进行中频溅射,用中频溅射3~8min,且所述保护层(50)采用的是氧化硅。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述一种铁基材料上的防腐防锈处理工艺的防腐防锈涂层,包括铁基材料(10),其特征在于,所述铁基材料(10)的外表面依次设置有所述打底金属层(20)、硅铬合金层(30)、面色铬镀层(40)和保护层(50)。
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