CN1197851A

CN1197851A - 使表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性的表面加工方法

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Publication number: CN1197851A
Application number: CN 97104244
Authority: CN
Inventors: 蔡东宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1998-11-04
Anticipated expiration: 2017-04-29
Also published as: CN1060227C

Abstract

一种使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性的表面加工处理方法,包括工作物表面清洁、粗化的第一步骤,形成电熔线材被覆层的第二步骤,及形成氟碳树脂被覆层的第三步骤,电熔线材是以不锈钢与铝合金为主,藉由不锈钢与铝合金的同时输出,且经高温熔化,使喷覆于工作物表面的电熔线材被覆层同时含有铁、铬、铝、镍、钛等元件,最后再搭配氟碳树脂被覆层被覆,使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性。

Description

使表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性的表面处理方法

本发明涉及一种工作物的表面加工处理方法，特别涉及一种可使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性等性质的表面加工方法。

以往的金属锅体表面处理技术，如台湾发明专利第42088号不锈钢用的热喷覆法(美国专利第5069937号)中，是利用一种可喷覆不锈钢合金于基体金属上，以防止基体金属产生锈蚀现象，在基体金属表面再涂覆一层氟聚合物的方法，也就是可利用热喷覆法将不锈钢合金喷覆于该基体金属的粗糙表面，而该不锈钢合金的铬含量增加至超过标准不锈钢，使得该不锈钢含18至35％(重量)的铬，8至15％(重量)的镍，最大0.1％(重量)的碳，最大2％(重量)的镁，和0.4％(重量)硅，其余的部分为铁和不纯物，但是，该基体金属所经热喷覆法喷覆有特定的不锈钢合金，依上述方式与其成分相同的Y316L线材喷覆完成，完成的基体金属再利用盐水(浸蚀力最强)浸泡试验来测试该基体金属耐蚀性发现，将该基体金属浸置于含量为5％的盐水中，该盐水后经20分钟的煮沸后，自然冷却静待该基体金属浸泡72小时后，将盐水倾倒，而后检视该基体金属表面，可以发现有锈斑产生，所以，喷覆特定不锈钢合金的耐蚀效果仍有上述的缺点。

本发明的目的在于提供一种可使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性的表面加工处理方法。

本发明的特征在于：在以电熔线材喷覆电熔线材被覆层步骤中，该电熔线材是以不锈钢与铝合金为主，且不锈钢与铝合金等电熔线材是装于电弧装置的两极，以方便藉由不锈钢与铝合金的同时输出，且经电弧装置的高温熔化，使喷覆在工作物表面的电熔线材被覆层含有铁、铬、铝、镍、钛等元素，最后再搭配氟碳树脂被覆层被覆，使得该工作物表面同时具有高硬度、耐蚀性及不沾性的表面。

本发明是使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性等性质的表面加工处理方法，包含有分别对工作物表面施以高压氧化铝喷附处理，使工作物达到表面清洁、粗化的第一步骤，将特定的电熔线材均匀熔射被覆于工作物表面的第一层电熔线材被覆层的第二步骤，以及将工作物表面施以高压的氟碳树脂喷附，且再施以高温烧成，使工作物表面形成有至少一层以上的氟碳树脂被覆层的第三步骤，上述的电熔线材熔射是采用电弧装置，且在该电弧装置的两极分别安装有不锈钢与铝合金为主的两电熔线材，藉由不锈钢与铝合金两电熔线材的同时输出，以及同时输出的该不锈钢与铝合金电熔线材会在该电弧装置的喷布口高温熔化与喷射出，使得喷覆于该工作物表面的电熔线材被覆层同时主要含有铁、铬、铝、镍、钛等元素，最后再搭配氟碳树脂被覆层被覆，使得该工作物表面具有更高的硬度、耐蚀性及不沾性等性质的表面。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是本发明优选实施例的第一步骤示意图。

图2是本发明优选实施例的第二步骤示意图。

图3是本发明优选实施例的第三步骤示意图。

图4是本发明优选实施例的氟碳树脂喷附层示意图。

图5是图3第三步骤的另一示意图。

如图1所示，本发明优选实施例的第一步骤示意图，显现对一工作物(以下是以金属锅体1为例说明)表面进行氧化铝喷附的操作，使得经氧化铝喷覆后金属锅体1的表面粗糙度为4.5～5.5μm(其是指中心线平均粗糙度值Ra)，该金属锅体1是已经锻铸或其他的机械加工方法成型的锅体，且其材质可为金属(如铁、钢、铜及铝等)。

仍如图1所示，首先，由一个可产生压缩空气的高压源2连接一个喷管3，该喷管3的上缘适当处连通一个承置有粒度为60#-80#的粉末状氧化铝4的漏斗31，该喷管3的喷放口32与金属锅体1表面间保持有一段适当的距离，续经由高压源2释压使高压(5-8kg/cm²)空气连带粉末状氧化铝4从喷管3的喷放口32喷击金属锅体1表面，进而使金属锅体1表面清洁及粗化(喷附后的Ra为4.5-5.5μm)，以利于下一步骤的实施，而且，前述喷附粉末状氧化铝4的目的，主要是为达成金属锅体1表面粗化、脱脂及洁化等效果，藉使往后电熔线材与氟碳树脂(PTFE/PFA)涂层的键结力及附着力，可导因于金属锅体1表面此一特定的Ra值，而能大幅提高，否则将会影响到往后的电熔线材与氟碳树脂涂层的附着强度。

如图2所示，是本发明优选实施例的第二步骤示意图，当金属锅体1表面经前述的表面清洁及粗化等处理后，续由一个高温(4500～8000℃)高压(5kg/cm²～8Kg/cm²)电弧装置5对金属锅体1表面进行硬化处理，该电弧装置5也连通高压源2，且形成有两通道51、52，以供包含有0.2％以下的碳(C)、17-20％的铬(Cr)及7-10％的镍(Ni)及其余为铁(Fe)等成份组成的不锈钢6，以及包含有0.25％的硅(Si)、0.40％的铁(Fe)、0.10％的铜(Cu)、0.05-0.20％的锰(Mn)、4.5-5.5％的镁(Mg)、0.05-0.20％的铬(Cr)、0.10的锌(Zn)、0.06-0.20％的钛(Ti)、0.15％的不纯物及其余的铝(Al)等成份组成的铝合金等两电熔线材61、62喂送至电弧产生口53，也就是该不锈钢与铝合金等两电熔线材61、62是位于电弧装置5的两极，且其间两电熔线材61、62同时输送DC 30V-40V，100A-300A的电流，在融熔状态下经由辊轮组54同时将两电熔线材61、62逐一喂送至电弧产生口53，此时，由于两电熔线材61、62均导通有DC 30V-40V，100A-300A的电流，因此，当两电熔线材61、62逐渐接近时，将导致电弧效应而产生高达4500-8000℃的温度(当然，此一温度可随线材的材质作适当的调整)，在此高温下，两电熔线材61、62同时会被融熔成液态，且产生相互混合现象，此时，并再配合由高压源2供给高压气体，将不锈钢与铝合金相混合的电熔线材61、62液体直接喷附于金属锅体1的表面，使得喷覆于金属锅体1表面的电熔线材被覆层63主要含有铁、铬、铝、镍、钛等元素，正因前述喷覆的电熔线材被覆层63具有较佳的键结力，所以该电熔线材被覆层63的厚度可高达150μm，相对地，该金属锅体1也会因电熔线材被覆层63的厚度增加，使得其耐蚀性及硬度也相对提高。

仍续前述，有关前述的金属锅体1表面主要含有的铁、铬、铝、镍、钛等元素，其特性大致如下：铁：为主要的基材，使被覆层达到预期的强度。(含碳0.2％以下可成为钢)铬：可于钢铁的底面形成铬(Cr)氧化膜，以具有耐蚀效果，所以对于高温氧化、亚硫酸及高温氢氧等，具有较佳的耐蚀性。铝：为铝合金的主要基材，具有良好的耐蚀性。镍：可增加对硫酸(H₂SO₄)的耐蚀性。钛：可把碳(C)变为稳定的碳化物，避免析出于粒界发生粒间腐蚀，并增强硬度。

仍如图2所示，由于第一步骤中已针对金属锅体1表面进行表面清洁及粗化处理后，会有助于液态电熔线材61、62的附着，同时融熔状态的电熔线材61、62从其出口端到喷附于金属锅体1的距离间具有一10⁶DGE/°F/sec的冷却速度，而基于有此一冷却速度的条件下，通常可使得金属锅体1的表面温度大致介于摄氏60度到150度之间，且该温度绝不至于使金属锅体1产生变形，即使薄金属板与不会变形。前述的被覆在金属锅体1表面的第一层电线材被覆层63，就是可使得金属锅体1成为一正式产品后增强表面硬度的主要因素，同时该硬度可达9H上。

如图3的第三步骤示意图所示，并配合图4的氟碳树脂层喷附示意图，该金属锅体1表面经过电熔线材被覆层63硬度加强处理后，继续由一个承装有氟碳树脂7(PTFE/PFA)的喷管同样连通前述的高压源2(此一设备即为氟碳树脂供给机)，藉其对金属锅体1表面进行第一层氟碳树脂7喷附，此时，金属锅体1表面可要求加热至90～100℃，时间则约5～10分钟，使得氟碳树脂7呈干燥状态附着在金属锅体1表面，形成一第一层氟碳树脂被覆层71(一般称底涂层，Primer Coating)，而有关本层所喷附的物质为含量较高的氟碳树脂7，其中PTFE与PFA各为55～60％与45～40％，其次则为密着剂(粘接剂用树脂)，再则为微量的着色剂与表面活性剂，而以上各物质的成份比例共约为26～42％，其余的成份为溶剂(如水)，而本层涂附的厚度约为5～10μm。

如图5所示，是本发明优选实施例的第三步骤另一示意图，继续对金属锅体1表面进行第二层氟碳树脂层72(PTFE)喷附(一般称表涂层，Top Coating)，此时，金属锅体1表面也同样要求加热至90～100℃，时间则约5～10分钟，使得氟碳树脂7呈干燥状态附着在金属锅体1表面，形成一第二层氟碳树脂被覆层72，而有关本层所喷附的物质为含量较高的氟碳树脂7，其中PTFE与PFA各为55％与45％，其次则为微量的着色剂与表面活性剂，而以上各物质的成份比例共约为40～50％，其余的成份为溶剂(如水)，是以本层并无密着剂(粘接剂用树脂)的成份，而本层涂附的厚度约为15～20μm。

最后对金属锅体1表面进行第三层氟碳树脂73(PTFE)喷附(一般称透明涂层，Clear Coating)，此时，金属锅体1表面则须提升加热至400～420℃，时间则约3～5分钟，使得氟碳树脂7呈干燥状态附着在金属锅体1表面，形成一第三层氟碳树脂被覆层73，而有关本层所喷附的物质为含量较高的氟碳树脂7，其中PTFE与PFA各为55％与45％，其次则为微量的表面活性剂，而以上各物质的成份比例共约为60％以下，共余的成份即为溶剂(如水)，所以本层并无着色剂与密着剂(粘接剂用树脂)的成份，而本层涂附的厚度约为3～6μm，依此方式涂附后的中心线平均粗度值为2.5～5.5μm，且涂附的总厚度为23～36μm，同时该金属锅体1表面的硬度能维持在8H～9H，而高于一般的2H～3H，且也能使金属锅体1表面确实具有不沾性。

前述的涂附材料中，成份最多的是氟碳树脂，着色剂对氟碳树脂来说，其含量极微，而表面活性剂与着色剂含量相同或可略为呈相对的微量，而为了提高对金属锅体1的密着性，除了氟碳树脂7以外，通常更加入前述的密着剂(粘接剂用树脂)，其含量在氟碳树脂7的1/3以下。

如上所述，本发明的步骤可连续实施，使金属锅体1表面形成多层氟碳树脂被覆层，而且该氟碳树脂被覆层71可完全渗入前述电熔线材被覆层63表面的凹隙，并藉由电熔线材被覆层63坚硬质体的支撑，进而增进整体氟碳树脂被覆层71、72、73的附着及硬度。

而且，前述的氟碳树脂被覆层可利用铅笔来测试硬度，利用钢珠笔来测试耐刮性，以及利用百格密着试验来测试附着性等性质，其中，前述的铅笔硬度测试方式，是由不同H值笔芯的铅笔于工作物(如金属锅体1等)表面划出一道近10mm的铅笔痕，再藉立体显微镜观察其划痕有无涂膜刮落的痕迹，事实证明氟碳树脂被覆层的硬度高达9H。另外，钢笔硬度测试仪是采用具直径1.0mm钢珠的笔芯，该笔芯可外接压力源，将笔芯由5psi压力开始，每增加1psi于预测物表面，各划出约10mm长度的划痕，再以立体显微镜观察其划痕有无涂膜被钢珠挤压而破裂见底材的痕迹，如超过20％即2mm，则认定在该压力为不合格(NG)，而以被覆金属钢体1的氟碳树脂7进行测试，可达20psi的耐刮值。至于百格密着试验法，是以利刃在工作物表面割成一百个小方格(方格大小1-2mm)，再以3M涂膜密着专用测试胶带紧粘于方格上，并以立体显微镜、冷光型聚光灯观察小方格的被覆层及撕离后的状态，当氟碳树脂被覆层进行测试时，则会顺利通过百格密着试验。不论由前述的铅笔硬度测试仪、钢笔硬度测试仪或百格密着试验等方式测试，更加证明氟碳树脂被覆层的附着性，以及外在硬度及耐刮等能力有所增进。

前述的金属锅体1表面经电熔线材及氟碳树脂7被覆后，特别利用盐水浸泡试验来测试其耐蚀性。首先，将含量50％(浸蚀力最强)的盐水适量放入金属锅体1中，该盐水后经20分钟的煮沸后，自然冷却，且金属锅体1浸泡72小时后，将盐水倾倒，而后检视该基材表面只发现较少的锈斑而已，换言之，本案的金属锅体1因有不锈钢与铝合金等两电熔线材的相熔喷覆，使得金属锅体1本身具有较佳的高硬度、不沾性等性质外，也增加金属锅体1的耐蚀效果，此外，前述的耐蚀性测试中产生的锈斑是经过较为苛刻的条件方才产生的，所以实际煮食食物时并不会产生任何锈斑现象。

由以上的实施步骤说明可知，本发明除了具有高硬度不沾性等性质外，也可产生下列的优点及功效：

1、由于本案不锈钢及铝合金等电熔线材被覆于物品上，使得电熔线材被覆层具有较佳的键结力，所以该电熔线材被覆层的厚度可高达150μm。

2、由于电熔线材被覆层的厚度增加，使得工作物表面的耐蚀性及硬度也相对增加。

Claims

1、一种使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蚀性的表面加工处理方法，其具备有氧化铝供给机、电熔机、氟碳树脂供给机及前述材质于其表面全面完成加工处理的工作物，且依序包括以下步骤：分别对该工作物表面施以高压氧化铝喷附处理，使该工作物达到表面清洁、粗化的第一步骤，将电熔线材利用一电弧装置的加热、喷覆，使工作物表面均匀被覆有第一层电熔线材被覆层的第二步骤，以及将该工作物表面施以高压喷附与温度烧成，使工作物表面形成有至少一层以上的氟碳树脂被覆层的第三步骤，其特征在于：

该电熔线材是以包含0.2％以下的碳、17-20％的铬及7-10％的镍及其余的铁的不锈钢，以及包含有0.25％的硅、0.40％的铁、0.10％的铜、0.05-0.20％的锰、4.5-5.5％的镁、0.05-0.20％的铬、0.10％的锌、0.06-0.20％的钛、0.15％的不纯物及其余的铝的铝合金为主，且该不锈钢与铝合金等两电熔线材分别安装于该电弧装置的两极，由该不锈钢与铝合金的同时输出，以及该不锈钢与铝合金等电熔线材受到该电弧装置的高温熔化，使得喷覆于该工作物表面的电熔线材被覆层同时含有铁、铬、铝、镍、钛等元素，最后再搭配氟碳树脂被覆层被覆。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

在该工作物表面清洁及粗化步骤后，其中心线平均粗糙度值是4.5-5.5μm。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

该工作物表面也加热至90-100℃，时间为5-10分钟，使得氟碳树脂呈干燥状态附着在该工作物表面，形成一第二层氟碳树脂被覆层，而本层所喷附的物质为含量较高的氟碳树脂，其中PTFE与PFA各为55％与45％，其次则为微量的着色剂与表面活性剂，而以上各物质的成份比例共约为40-50％的，其余的成份为溶剂，而本层涂附的厚度为15-20μm。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

该第二层氟碳树脂被覆层喷覆后，再对该工作物表面进行第三层氟碳树脂被覆层喷覆，该工作物提升加热至400-420℃，时间为3-5分钟，使得氟碳树脂呈干燥状态附着在工作物表面，形成一第三层氟碳树脂被覆层，而本层所喷附的物质为含量较高的氟碳树脂，其中PTFE与PFA各为55％与45％，其次则为微量的表面活性剂，而以上各物质的成份比例共约为60％以下，其余的成份为溶剂，而本层涂附的厚度为3-6μm。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于：

在经过第三层氟碳树脂被覆层喷附步骤处理后的该工作物，其中心线平均粗糙度值为2.5-5.5μm。