本发明涉及表面处理高尔夫球杆的方法，特别涉及一种利用溅射镀膜和喷涂处理高尔夫球杆的方法。
背景技术：
随着国民生活水平的提高，热衷于高尔夫球运动的人数正逐渐地增加，因此市场对高尔夫球具的需求增长，且要求越来越高。高尔夫球杆是高尔夫运动的基本装备之一，它由球头、杆身、握把组成，其材质大多为金属材质，主要考量的是强度的要求。球头是球杆与球击打直接接触的部位，对其表面质量的要求非常严格，球头的好坏影响击球的效果，因此，为了使高尔夫球头符合使用要求，需要对高尔夫球头进行表面处理。由于金属材质本身就具金属光泽，因此，现有技术通常只在其外表面上涂覆一层保护膜，以保护表面不受刮伤磨损。但是色漆在球杆使用中容易发生剥离，或涂覆不均等问题，而且色漆本身并不具有强度，当保护漆磨损后，色漆亦会随之被磨损而失去色泽。
tw200724199a公开了一种高尔夫球杆之杆身及其表面涂装方法,该杆身包括一非金属之素杆体、一基础漆膜层组、一金属陶瓷膜层,及一保护膜层,该基础漆膜层组具有一涂覆该素杆体上的底漆膜层,该金属陶瓷膜层是利用真空磁控溅射方法,于该基础漆膜层组的表面上沉积一以金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷材质,该保护膜层是在该金属陶瓷膜层的表面上涂覆透明的保护漆。
cn102758233a公开了以一种硬氧氧化法处理高尔夫球头的方法，是将铝质球头进行清洗后，放入酸性氧化池中进行阳极氧化，槽液温度控制在5℃以下，电压控制在25—90v，电流密度为2—5a/dm2，氧化时间40—90分钟，铝质球头表面形成25—75μm的氧化膜，该膜横截面显微硬度超过350hv。该方法产品品质控制困难，形成的氧化膜不均匀，硬度大，易产生裂纹，影响使用。
cn101082074a公开了一种高尔夫球头表面硬化处理方法，采用高能量光束照射高尔夫球头，对球头表面进行热处理，使其达到硬化的效果，该方法的缺点是高能量光束照射仪器价格高，难以实施。
近年来研究人员采用使用钛、碳化钛等单一金属化合物涂层来处理高尔夫球头，但由于非金属元素和金属元素的原子半径比值小于0.59，使其涂层硬而脆，且在涂层的形成过程中是以柱状晶粒成膜的，为了获得一定的厚度，这种垂直于工作面生长的柱状晶常常生长较为发达，而柱状晶粒之间又存在着杂质，因此，其抗腐蚀性能差，表面光洁度也不好，内应力大容易脱落。
目前也有人采用自动沉积涂料，通过化学反应使以丙烯酸乳液或环氧树脂为基本材料的涂料自动覆盖在高尔夫球头表面的方法，该方法的缺点在于丙烯酸乳液自动沉积涂料具有热粘冷脆的特性，因此抗回粘性和耐热性不好，而环氧树脂自动沉积涂料的户外的耐候性差。
技术实现要素：
本发明目的是针对现有技术的缺陷，提供一种结合物理沉积和喷涂制备高硬度高尔夫球杆的工艺，使用该方法制成的高尔夫球杆具有表面光洁性好，硬度大，抗腐蚀，有塑性，耐冲击性能佳，镀层厚度可控，附着良好，击打效果好。本发明的详细技术方案如下所述。
一种利用溅射镀膜和喷涂处理高尔夫球杆的方法，包括以下步骤:
(1)表面预处理：将高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，并用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，进行真空溅射镀膜，控制功能层的厚度为0.1-2μm；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，控制保护层的厚度为0.2-0.8μm；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在160-200℃下烘烤12-24h，即可获得经过溅射镀膜和喷涂处理的高尔夫球杆；
其中，所述靶材为钛、铬、铝、锆、钨、金、铜、石墨中的一种或两种以上的混合或不锈钢，所述保护层涂料包括无机氟化合物、无机硅化合物和改性丙烯酸化合物，所述无机氟化合物、无机硅化合物、改性丙烯酸化合物的重量比为(1-2)：(1-2):(4-9)。
本发明首先在高尔夫球杆基材上物理沉积有一层功能层，主要起到保护支撑和美观的作用，增强球杆特别是杆头的强度，金属材质本身就具金属光泽，通过改变工艺功能层能够体现出不同的颜色，通过溅射镀膜技术制备的金属膜非常均匀，结合力好。由于高尔夫球杆在击球的过程中，撞击力度比较大，长期使用往往或出现脱色、磨损的情况，而溅射镀膜是物理沉积，功能层与球杆之间的结合是分子结合，结合的非常牢固，不会发生脱落的情况，也极其不可能出现裂缝。然后功能层上喷涂覆盖一层保护层，保护层包括无机氟化合物、无机硅化合物、改性丙烯酸化合物，无机氟化合物，既可以可用以保护金属层，且亦能增添球杆的美观程度，在人体使用触摸过程中，不会留下痕迹，非常美观，而且还能够起到防腐蚀的作用。
作为优选，所述真空溅射镀膜机在制备功能层过程中还通入了反应气体，所述反应气体为乙炔、氮气和氧气中的一种或多种混合。
作为优选，所述功能层的颜色为银色、黑色、金色、咖啡色、古铜色、蓝色、枪色、浅灰色、彩虹色中的一种。
作为优选，所述功能层的颜色为银色时，所述靶材为钛、铬中的一种；
所述功能层的颜色为黑色时，所述靶材为钛、铬、铬和二氧化硅的混合物中一种，所述反应气体为乙炔；
所述功能层的颜色为金色时，所述靶材为金，不需要反应气体，或所述靶材为钛、铬中的一种，所述反应气体为氮气；
所述功能层的颜色为咖啡色时，所述靶材为钛，所述反应气体为氮气和乙炔的混合物；
所述功能层的颜色为古铜色时，所述靶材为钛，所述反应气体为氮气和乙炔的混合物；
所述功能层的颜色为蓝色时，所述靶材为钛，所述反应气体为氧气。
作为优选，所述高尔夫球杆包括杆身和杆头，所述杆身的材质为碳纤维、不锈钢、钛合金中的一种，其中所述杆身为碳纤维时，溅射镀膜的温度为20-140℃；所述杆身为不锈钢或钛合金时，溅射镀膜的温度为80-500℃。
作为优选，所述高尔夫球杆和所述靶材的工作距离为8-12cm，所述靶材与所述高尔夫球杆的旋转转速的旋转转速之比为1：(2-4)。
所述高尔夫球杆和所述靶材的工作距离可以影响溅射的撞击力，进而改变溅射时沉积的速度，高尔夫球杆和靶材同时旋转，可以使得功能层较为均一，合适的旋转转速，可以让靶材沉积的速度较为一致，获得的功能层厚度可以得到较好的控制。
作为优选，所述无机氟化合物为氟化钠、氟化钙中的一种或多种。
作为优选，所述无机硅化合物为纳米二氧化硅。
纳米二氧化硅(sio2)作为纳米粉体，其体积效应和量子隧道效应使得其产生渗透作用，可以与有机物的π键电子云发生重叠，形成空间网状结构。本申请使用纳米二氧化硅主要有三个作用，首先是纳米二氧化硅具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能够给无机氟化合物提供支撑和载体的作用；其次是稳定乳液，纳米二氧化硅表面包覆层有机材料，使之具有疏水特性，将它添加到密封胶中能很快形成一种网络结构，抑制胶体流动，固体速率加快，提高粘接效果，同时由于颗粒细小，更增加了胶的密封性；最后是消毒抗菌，纳米二氧化硅具有生理惰性、高吸附性，可吸附抗菌离子，起到消毒抗菌的作用。
作为优选，所述改性丙烯酸化合物为有机硅改性丙烯酸树脂。
作为优选，所述保护层涂料还包括钛酸丁酯，所述二氧化硅与钛酸丁酯的重量比为：1：(0.01-0.06)。钛酸丁酯提高聚酯漆的性能，并提高整个体系的附着力。
本发明还保护根据权上述的方法制备的高尔夫球杆。
本发明的有益效果有：
(1)本发明溅射镀膜和喷涂两次处理，物理沉积的功能层主要起到保护支撑和美观的作用，喷涂形成的保护层能够形成进一步的保护，两者功能互补，改变反应气体的种类和靶材的搭配，以及改变功能层的厚度，能够获得不同的颜色的高尔夫球杆；
(2)本发明保护层涂料包括无机氟化合物、无机硅化合物、改性丙烯酸化合物，不仅可以防止腐蚀，吸附性力强，还能够增添球杆的美观程度；
(3)本发明处理的高尔夫球杆具有表面光洁性好，硬度大，抗腐蚀，有塑性，耐冲击性能佳，镀层厚度可控，附着良好，击打效果好，产品的用户提现好，市场前景不可限量。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
制备实施例
制备保护层涂料
在搅拌设备中依次将10g氟化钠、10g纳米二氧化硅、0.5g钛酸丁酯加入到50g有机硅改性丙烯酸树脂乳液中，在100r/min的搅拌速度下搅拌20分钟，即可制备得到保护层涂料。
发明实施例
发明实施例1制备银色的高尔夫球杆
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将钛作为靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为10cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,随后将钛接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的银色高尔夫球杆a1。
发明实施例2制备黑色的高尔夫球杆
本实施例与实施例1的不同之处包括通入了乙炔气体作为反应气体，杆身的材质为碳纤维，防指纹漆不同，具体如下所述：
(1)表面预处理：将杆身的材质为碳纤维的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将钛作为靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为10cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,然后通入乙炔气体作为反应气体，随后将钛接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为100℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的黑色高尔夫球杆a2。
发明实施例3制备黑色的高尔夫球杆
本实施例与实施例1的不同之处包括靶材为铬和二氧化硅的混合物，通入了乙炔气体作为反应气体，具体如下所述：
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将铬和二氧化硅作为靶材放入靶材工作区域，钛和二氧化硅的重量比为5:1，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为10cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,然后通入乙炔气体作为反应气体，随后将靶材接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的黑色高尔夫球杆a3。
发明实施例4制备金色的高尔夫球杆
本实施例与实施例1的不同之处包括靶材为铬，通入了氮气作为反应气体，具体如下所述：
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将铬作为靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为12cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,然后通入氮气作为反应气体，随后将靶材接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的黑色高尔夫球杆a4。
发明实施例5制备咖啡色的高尔夫球杆
本实施例与实施例1的不同之处包括通入了氮气和乙炔作为反应气体，具体如下所述：
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将钛作为靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为12cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,然后通入氮气和乙炔作为反应气体，随后将靶材接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的黑色高尔夫球杆a5。
发明实施例6制备蓝色的高尔夫球杆
本实施例与实施例1的不同之处包括通入了氧气作为反应气体，具体如下所述：
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将钛作为靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为12cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,然后通入乙炔作为反应气体，随后将靶材接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)制备保护层:将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(4)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的黑色高尔夫球杆a6。
对比实施例
对比实施例1
本实施例与实施例1的不同之处在于，高尔夫球杆未制备保护层，具体如下所述。
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备功能层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在真空溅射镀膜机的工作区域，将靶材放入靶材工作区域，开启真空溅射镀膜机，真空度小于为0.08mpa，使高尔夫球杆和靶材的距离为10cm，使高尔夫球杆和靶材同时旋转，随后将靶材接入溅射电源，所述溅射电源的电压为600v，电流为25a，靶材的转速为20r/min,高尔夫球杆的转速为50r/min,进行真空溅射镀膜，溅射镀膜的温度为300℃,溅射镀膜的时间为2小时；
(3)烘烤干燥：将经过真空溅射镀膜的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的银色高尔夫球杆b1。
对比实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，高尔夫球杆未制备功能层，具体如下所述。
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)制备保护层:将经过表面预处理的高尔夫球杆放置在喷涂工作区域，将保护层涂料装填至喷枪内,开启喷枪进行喷涂，喷涂的时间为1h；
(3)烘烤干燥：将经过喷涂的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的银色高尔夫球杆b2。
对比实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，高尔夫球杆未制备功能层和保护层，具体如下所述。
(1)表面预处理：将杆身的材质为不锈钢的高尔夫球杆表面打磨，随后抛光，用草酸清洗使表面活化，然后将高尔夫球杆清洁；
(2)烘烤干燥：将经过抛光的高尔夫球杆在170℃下烘烤24h，即可获得所需的银色高尔夫球杆b3。
对比实施例4
该实施例选取从市面上购买的pu烤漆高尔夫球杆,记为b4。pu烤漆的主要成分是聚氨酯，聚氨酯是由多异氰酸酯与多元醇反应而形成的以氨基甲酸酯重复的结构单元。聚氨酯树脂具有软硬度可调、耐磨、耐溶剂、耐低温及与大多数材料有粘接性等特点，成为现有技术中高尔夫球杆的重要涂层材料。
测试实施例
厚度测试，通过球磨测试仪测试功能层和功能层的厚度，具体使用calotest球磨膜厚测试仪。水滴角测试通过水滴角测试仪实现，具体使用德国dataphysics接触角测量仪，若是固体表面为疏水，则水滴角将大于90°，在这种的表面上，水滴仅是停留在其上，而非真正对其表面浸润，可称之为疏水。盐雾测试依照gb/t2423.17—2008《电工电子产品基本环境试验规程+试验ka+盐雾试验方法》，具体测试时间为96h，测试完毕后判断是否出现点蚀。rca纸带摩擦测试通过rca纸带摩擦机实现，测试标准依照astmf2357-2010《用normantool的rca研磨器测定膜开关上墨水和敷层抗磨损性的试验方法》，具体操作为用橡皮擦施加500g的载荷在样本表面摩擦200个循环，观察表面是否存在异样，无异样则耐磨性好。百格测试，依照gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，用百格刀在测试样本表面划10×10个(100个)1mm×1mm小网格，用3m600号胶纸或等同效力的胶纸牢牢粘住被测试小网格，然后用力撕扯胶纸，计算被撕扯下来的格子数。测量实施例的测量结果如下表1所示。
表1测量结果统计表
通过球磨测试仪测试结果可知，功能层的厚度位于0.1-2μm的范围之内，保护层厚度位于0.2-0.8μm的范围之内。通过水滴角测试可知，本发明的保护层具有非常好的疏水效果，能够抵制各种污渍的沾染。通过盐雾测试测试可知，保护层具有非常好的耐腐蚀效果。通过rca纸带摩擦测试可知，本发明的功能层具有非常好的耐磨性，功能层和球杆的结合力非常强，功能层能够起到非常好的保护作用。通过百格测试可知，功能层和保护层结合的也非常牢固，不会发生脱落的情况，球杆质量高。综上，本发明通过二次物理沉积处理高尔夫球杆以后，球杆的耐磨能力、耐腐蚀能力、抗污渍能力、涂层的结合力都得到非常大的提高，球杆的使用性能得到了很大的改善。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。