CN114959583B - 一种轮毂复合pvd镀膜处理工艺 - Google Patents

一种轮毂复合pvd镀膜处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，包括以下步骤：步骤一：研磨；步骤二：脱脂；步骤三：酸洗；步骤四：无铬钝化；步骤五：喷涂底粉；步骤六：喷涂介质粉；步骤七：等离子体轰击；步骤八：制备多层复合膜，多层复合膜由内至外依次为镍膜层、镍铬合金膜层和铬膜层，镍膜层采用多弧离子镀膜的方式制备，镍铬合金膜层与铬膜层均采用磁控溅射镀膜的方式制备；步骤九：制备透明保护层。本发明旨在解决现有技术中轮毂表面镀膜工艺存在资源浪费严重、污染严重、工艺复杂、成本高、镀层结合力差、耐腐蚀和耐紫外线照射性能差等技术问题。

Description

一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺
技术领域
本发明涉及轮毂表面镀膜技术领域，尤其涉及一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺。
背景技术
轮毂是汽车零部件的一个重要组成部分，其用于固定安装和支撑轮胎并且连接车轮和车轴负责轮胎和车轴之间承受负荷并且旋转，轮毂表面镀膜处理是轮毂生产加工的重要步骤。
目前，轮毂的镀膜一般包括电镀工艺和PVD镀膜工艺，PVD镀膜工艺，即物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术，具体是在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。现有的电镀工艺存在一些弊端，主要包括：会产生大量的污染物、物料的利用率低、水资源和金属资源需求量大且浪费严重、成本高、电镀铬时会产生大量的可致癌的六价铬；而现有的PVD镀膜工艺存在工艺复杂，生产周期长，从而增加了生产成本，镀层结合不牢固，耐腐蚀和耐紫外照射性能差的问题。
针对以上技术问题，本发明公开了一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，本发明具有节约水资源与金属资源、减少对环境的污染、简化工艺、缩短生产周期、节约成本、保证膜层的结合力、提高耐腐蚀和耐紫外线照射性能等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，以解决现有技术中轮毂电镀工艺会产生大量的污染物、物料的利用率低、水资源和金属资源需求量大且浪费严重、成本高、电镀铬时会产生大量的可致癌的六价铬；轮毂真空镀膜工艺存在工艺复杂，生产周期长，从而增加了生产成本，镀层结合不牢固，耐腐蚀和耐紫外照射性能差等技术问题，本发明具有节约水资源与金属资源、减少对环境的污染、简化工艺、缩短生产周期、节约成本、保证膜层的结合力、提高耐腐蚀和耐紫外线照射性能等优点。
本发明通过以下技术方案实现：本发明公开了一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：研磨，使用植绒砂纸对轮毂的整个表面进行打磨；
步骤二：脱脂，将脱脂剂与水混合后冲洗步骤一得到的轮毂，冲洗后再经清水三道冲洗；
步骤三：酸洗，常温下，采用酸洗液冲洗步骤二得到的轮毂5min，冲洗后再经清水两道冲洗；
步骤四：无铬钝化，在常温下，采用无铬钝化液清洗步骤三得到的轮毂5min，清洗后再经去离子水四道冲洗，最后进行烘干，去离子水使用过后采用逆流漂洗重新回用；
步骤五：喷涂底粉，在步骤四得到的轮毂的表面喷涂底粉；
步骤六：喷涂介质粉，在步骤五得到的轮毂的表面喷涂介质粉；
步骤七：等离子体轰击，在真空状态下，采用离子源产生的等离子流对步骤六得到的轮毂的表面进行轰击清洗；
步骤八：制备多层复合膜，将步骤七得到的轮毂置于真空室体内进行镀膜，在轮毂的表面制备多层复合膜，多层复合膜由内至外依次为镍膜层、镍铬合金膜层和铬膜层，镍膜层采用多弧离子镀膜的方式制备，镍铬合金膜层与铬膜层均采用磁控溅射镀膜的方式制备；
步骤九：制备透明保护层，在同一真空室体内，在步骤八得到的轮毂的表面连续制备透明保护层。
在步骤九中，所述制备透明保护层的具体步骤为：在同一所述真空室体内，充入氧气和氩气，开启中频磁控溅射电源，将气压维持在0.1～0.3pa，电压为500～600V，电流为30～40A，靶材为钛靶，镀膜时，在汽车铝合金轮毂与真空腔室之间加负偏压150～1000V，镀膜时间为180～300s，完成所述透明保护层的制备。
优选的，步骤二中，脱脂剂与水的体积比为1：15～18。
优选的，步骤二中，脱脂的具体步骤为，在温度为50～60℃的范围内对轮毂采用喷淋的方式冲洗10～15min。
优选的，步骤五中，底粉为环氧聚酯粉末，喷涂底粉的具体步骤为：采用静电的方式喷涂底粉，喷涂的厚度为90～120μm，喷涂后在180℃的温度下固化10～15min。
优选的，步骤六中，介质粉包括酚醛环氧树脂95份、固化剂2份、流平剂2份和促进剂1份，固化剂为聚酰胺类固化剂，流平剂为异氟尔酮或者二丙酮醇，促进剂为促进剂TBTD、促进剂NBOS或者促进剂TETD，喷涂介质粉的具体步骤为，采用静电喷涂的方式喷涂介质粉，喷涂的厚度为70～90μm，喷涂后在230℃的温度下烘烤固化20min。
优选的，步骤七中，等离子体轰击的具体步骤为：将步骤六得到的轮毂置于真空设备的腔体内，然后抽真空，当真空设备的腔体内的真空度为6.0×10～-3pa时，开始向真空设备的腔体内充入氩气，维持真空设备的腔体内的压强为4～5pa，并在离子源与真空设备的腔体之间加500～2500V电压，电流为1～4A，产生等离子流，在稳定放电的条件下，让等离子流轰击轮毂表面80～400s，然后关闭等离子轰击电源。
优选的，步骤八中，多层复合膜的具体制备步骤为：
镍膜层的制备：抽真空，当真空室体内的真空度为8.0×10～-3pa，充入氩气，维持气压在0.1～0.2pa范围内，开启多弧离子镀膜电源，电压为30～60V，电流为80～120A，并在真空室体内加负偏压200～1200V，靶材呈柱状且为镍靶，镍靶的纯度为99.95％，镀膜时间为80～160s，完成镍膜层的制备；
镍铬合金膜层的制备：关闭多弧离子镀膜电源，开启直流磁控溅射镍铬合金靶电源，电压为500～600V，电流为80～90A，靶材为镍铬合金靶，镍铬合金靶中镍含量为70％，铬含量为30％，镍铬合金靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为190～220s，完成镍铬合金膜层的制备；
铬膜层的制备：关闭镍铬合金靶电源，开启直流磁控溅射铬靶电源，电压为500～600V，电流为80～140A，靶材为铬靶，铬靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为80～175s，镀膜完成后关闭直流磁控溅射铬靶电源，完成铬膜层的制备。
优选的，钛靶与轮毂之间的距离为15～30cm，透明保护层的厚度为01.～0.5μm，透明保护层的硬度为4H～6H。
本发明具有以下优点：
(1)本发明在轮毂的表面通过等离子轰击和物理气相沉积的镀覆方法，避免了水电镀过程中大量的水资源及重金属的消耗，减小对环境的污染，同时也降低了污水废水的处理成本，简化了工艺，提高了效率；
(2)本发明中，多层复合膜与透明保护层的制备在同一真空腔室内进行，避免了额外的工艺，缩短生产周期，大大节约的生产成本；
(3)本发明中，在制备多层复合膜之前，先对轮毂的表面进行强力的等离子体轰击，将轮毂表面的底粉涂层和介质粉涂层刻蚀呈表面凹凸不平的微孔结构面，进一步提高表面处理效果，增加膜层与涂层之间的结合力，先采用多弧离子镀膜的方式制备镍膜层，再采用磁控溅射镀膜的方式制备镍铬合金膜层，最后再制备铬膜层，金属镍有很好的延展性，铬膜层有良好的外观，为避免底粉涂层和介质粉涂层与金属镀层之间因不同的热胀系数而开裂，多弧离子镀膜激发带的离子能量较大，能使底粉涂层和介质粉涂层的表面产生100～200℃的高温，以增强金属镍离子的镶入能力，增强其结合力，增强膜层的延展性和韧性，膜层不易脆裂，多弧离子镀膜时会使真空腔室内的温度上升，温度持续上升后会对镀层的表面造成烧伤，从而，镍铬合金膜层和铬膜层的制备转换为磁控溅射镀膜的方式，以保证多层复合膜的质量和其相互之间的结合力；
(4)本发明中，在多层复合膜外还采用磁控溅射的方式制备透明保护层，透明保护层的成分为二氧化钛，化学性能稳定，耐腐蚀和耐紫外线照射性能优异，从而大大提升了轮毂的耐腐蚀和耐紫外线照射性能，提升了轮毂的品质。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
实施例1公开了一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：研磨，使用植绒砂纸对轮毂的整个表面进行打磨；
步骤二：脱脂，将脱脂剂与水混合后冲洗步骤一得到的轮毂，冲洗后再经清水三道冲洗，脱脂剂与水的体积比为1：15～18，脱脂的具体步骤为，在温度为50～60℃的范围内对轮毂采用喷淋的方式冲洗10～15min；
步骤三：酸洗，常温下，采用酸洗液冲洗步骤二得到的轮毂5min，冲洗后再经清水两道冲洗；
步骤四：无铬钝化，在常温下，采用无铬钝化液清洗步骤三得到的轮毂5min，清洗后再经去离子水四道冲洗，最后进行烘干，去离子水使用过后采用逆流漂洗重新回用，逆流漂洗是物料与洗液进行逆向流动的一种漂洗方式。在电镀工业中,镀件从电镀槽提出后依次通过若干个漂洗槽进行漂洗,补充水仅加于最后一个槽内,利用液位差(连续式)或泵(间歇式)使各漂洗槽内洗液按镀件传送的反方向进行倒溢。与单槽漂洗相比,可显著节约用水，同时可将漂洗废液直接或间接(通过浓缩)送回电镀槽使用,从而减轻环境污染、回收资源；
步骤五：喷涂底粉，在步骤四得到的轮毂的表面喷涂底粉，底粉为环氧聚酯粉末，喷涂底粉的具体步骤为：采用静电的方式喷涂底粉，喷涂的厚度为90～120μm，喷涂后在180℃的温度下固化10～15min；
步骤六：喷涂介质粉，在步骤五得到的轮毂的表面喷涂介质粉，介质粉包括酚醛环氧树脂95份、固化剂2份、流平剂2份和促进剂1份，固化剂为聚酰胺类固化剂，流平剂为异氟尔酮或者二丙酮醇，促进剂为促进剂TBTD、促进剂NBOS或者促进剂TETD，喷涂介质粉的具体步骤为，采用静电喷涂的方式喷涂介质粉，喷涂的厚度为70～90μm，喷涂后在230℃的温度下烘烤固化20min；
步骤七：等离子体轰击，在真空状态下，采用离子源产生的等离子流对步骤六得到的轮毂的表面进行轰击清洗，等离子体轰击的具体步骤为：将步骤六得到的轮毂置于真空设备的腔体内，然后抽真空，当真空设备的腔体内的真空度为6.0×10～-3pa时，开始向真空设备的腔体内充入氩气，维持真空设备的腔体内的压强为4～5pa，并在离子源与真空设备的腔体之间加500～2500V电压，电流为1～4A，产生等离子流，在稳定放电的条件下，让等离子流轰击轮毂表面80～400s，然后关闭等离子轰击电源；
步骤八：制备多层复合膜，将步骤七得到的轮毂置于真空室体内进行镀膜，在轮毂的表面制备多层复合膜，多层复合膜由内至外依次为镍膜层、镍铬合金膜层和铬膜层，镍膜层采用多弧离子镀膜的方式制备，镍铬合金膜层与铬膜层均采用磁控溅射镀膜的方式制备，多层复合膜的具体制备步骤为：
镍膜层的制备：抽真空，当真空室体内的真空度为8.0×10～-3pa，充入氩气，维持气压在0.1～0.2pa范围内，开启多弧离子镀膜电源，电压为30～60V，电流为80～120A，并在真空室体内加负偏压200～1200V，靶材呈柱状且为镍靶，镍靶的纯度为99.95％，镀膜时间为80～160s，完成镍膜层的制备；
镍铬合金膜层的制备：关闭多弧离子镀膜电源，开启直流磁控溅射镍铬合金靶电源，电压为500～600V，电流为80～90A，靶材为镍铬合金靶，镍铬合金靶中镍含量为70％，铬含量为30％，镍铬合金靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为190～220s，完成镍铬合金膜层的制备；
铬膜层的制备：关闭镍铬合金靶电源，开启直流磁控溅射铬靶电源，电压为500～600V，电流为80～140A，靶材为铬靶，铬靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为80～175s，镀膜完成后关闭直流磁控溅射铬靶电源，完成铬膜层的制备；
步骤九：制备透明保护层，在同一真空室体内，在步骤八得到的轮毂的表面连续制备透明保护层，制备透明保护层的具体步骤为：在同一真空室体内，充入氧气和氩气，开启中频磁控溅射电源，将气压维持在0.1～0.3pa，电压为500～600V，电流为30～40A，靶材为钛靶，镀膜时，在汽车铝合金轮毂与真空腔室之间加负偏压150～1000V，镀膜时间为180～300s，完成透明保护层的制备，钛靶与轮毂之间的距离为15～30cm，透明保护层的厚度为01.～0.5μm，透明保护层的硬度为4H～6H。
对上述实施例获得的轮毂的性能进行测试，测试的方法与步骤如下：
百格实验：用百格刀在待检测的轮毂的表面划10×10(100个)1mm×1mm的小网格，每一条划线深及轮毂表面覆层的底部，用毛刷将测试区域的碎片刷干净，用3M600号胶纸牢牢站住被测试的小网格，并用橡皮用来擦拭胶带，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度，静置3～5min后用手抓住胶带的一端，在垂直方向迅速扯下胶带，同一位置进行2次相同实验，测试的结果是划线的边缘及交叉点处均无覆层脱落，从而本发明制备的轮毂表面各覆层的结合力达到要求；
盐雾实验：将待检测的轮毂放置于实验箱内，让盐雾自由沉降在轮毂的表面，1000小时后，观察轮毂表面的缺陷面积，检测的结果是缺陷面积占比小于0.25％，从而，本发明制备的轮毂的盐雾实验等级在8级以上，轮毂的防腐性能达到要求；
耐冲击实验：让1kg铁球从1m高的位置自由下落到待检测的轮毂的表面，观察轮毂的表面有无脆裂，检测结果是轮毂的表面无任何脆裂，从而，本发明制备的轮毂的耐冲击性能达到要求；
耐光老化实验：将待检测的轮毂放置于实验箱内，让紫外光照射轮毂的表面，1600h后观察轮毂的表面，检测的结果是轮毂表面的色泽并无差异，从而本发明制备的轮毂的耐紫外线照射性能达到要求。
综上所述，本发明公开的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺具有节约水资源与金属资源、减少对环境的污染、简化工艺、缩短生产周期、节约成本、保证膜层的结合力、提高耐腐蚀和耐紫外线照射性能等优点。

Claims (8)

1.一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：研磨，使用植绒砂纸对轮毂的整个表面进行打磨；
步骤二：脱脂，将脱脂剂与水混合后冲洗步骤一得到的轮毂，冲洗后再经清水三道冲洗；
步骤三：酸洗，常温下，采用酸洗液冲洗步骤二得到的轮毂5min，冲洗后再经清水两道冲洗；
步骤四：无铬钝化，在常温下，采用无铬钝化液清洗步骤三得到的轮毂5min，清洗后再经去离子水四道冲洗，最后进行烘干，所述去离子水使用过后采用逆流漂洗重新回用；
步骤五：喷涂底粉，在步骤四得到的轮毂的表面喷涂底粉；
步骤六：喷涂介质粉，在步骤五得到的轮毂的表面喷涂介质粉；
步骤七：等离子体轰击，在真空状态下，采用离子源产生的等离子流对步骤六得到的轮毂的表面进行轰击清洗；
步骤八：制备多层复合膜，将步骤七得到的轮毂置于真空室体内进行镀膜，在轮毂的表面制备多层复合膜，所述多层复合膜由内至外依次为镍膜层、镍铬合金膜层和铬膜层，所述镍膜层采用多弧离子镀膜的方式制备，所述镍铬合金膜层与所述铬膜层均采用磁控溅射镀膜的方式制备；
步骤九：制备透明保护层，在同一所述真空室体内，在步骤八得到的轮毂的表面连续制备所述透明保护层；
在步骤九中，所述制备透明保护层的具体步骤为：在同一所述真空室体内，充入氧气和氩气，开启中频磁控溅射电源，将气压维持在0.1～0.3pa，电压为500～600V，电流为30～40A，靶材为钛靶，镀膜时，在汽车铝合金轮毂与真空腔室之间加负偏压150～1000V，镀膜时间为180～300s，完成所述透明保护层的制备。
2.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤二中，所述脱脂剂与所述水的体积比为1：15～18。
3.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤二中，所述脱脂的具体步骤为，在温度为50～60℃的范围内对所述轮毂采用喷淋的方式冲洗10～15min。
4.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤五中，所述底粉为环氧聚酯粉末，所述喷涂底粉的具体步骤为：采用静电的方式喷涂所述底粉，喷涂的厚度为90～120μm，喷涂后在180℃的温度下固化10～15min。
5.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤六中，所述介质粉包括酚醛环氧树脂95份、固化剂2份、流平剂2份和促进剂1份，所述固化剂为聚酰胺类固化剂，所述流平剂为异氟尔酮或者二丙酮醇，所述促进剂为促进剂TBTD、促进剂NBOS或者促进剂TETD，所述喷涂介质粉的具体步骤为，采用静电喷涂的方式喷涂所述介质粉，喷涂的厚度为70～90μm，喷涂后在230℃的温度下烘烤固化20min。
6.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤七中，所述等离子体轰击的具体步骤为：将步骤六得到的轮毂置于真空设备的腔体内，然后抽真空，当所述真空设备的腔体内的真空度为6.0×10-3pa时，开始向所述真空设备的腔体内充入氩气，维持所述真空设备的腔体内的压强为4～5pa，并在所述离子源与所述真空设备的腔体之间加500～2500V电压，电流为1～4A，产生所述等离子流，在稳定放电的条件下，让所述等离子流轰击轮毂表面80～400s，然后关闭等离子轰击电源。
7.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，步骤八中，所述多层复合膜的具体制备步骤为：
镍膜层的制备：抽真空，当所述真空室体内的真空度为8.0×10-3pa，充入氩气，维持气压在0.1～0.2pa范围内，开启多弧离子镀膜电源，电压为30～60V，电流为80～120A，并在所述真空室体内加负偏压200～1200V，靶材呈柱状且为镍靶，所述镍靶的纯度为99.95％，镀膜时间为80～160s，完成镍膜层的制备；
镍铬合金膜层的制备：关闭所述多弧离子镀膜电源，开启直流磁控溅射镍铬合金靶电源，电压为500～600V，电流为80～90A，靶材为镍铬合金靶，所述镍铬合金靶中镍含量为70％，铬含量为30％，所述镍铬合金靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为190～220s，完成镍铬合金膜层的制备；
铬膜层的制备：关闭所述镍铬合金靶电源，开启直流磁控溅射铬靶电源，电压为500～600V，电流为80～140A，靶材为铬靶，所述铬靶的纯度为99.95％，镀膜的时间为80～175s，镀膜完成后关闭所述直流磁控溅射铬靶电源，完成铬膜层的制备。
8.如权利要求1所述的一种轮毂复合PVD镀膜处理工艺，其特征在于，所述钛靶与轮毂之间的距离为15～30cm，所述透明保护层的厚度为0.1～0.5μm，所述透明保护层的硬度为4H～6H。
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