一种锌合金的表面镀层结构的制作方法

本实用新型属于金属的表面处理技术领域，尤其涉及一种锌合金的表面镀层结构。

背景技术：

锌合金材料具有许多优点，例如成本低，加工性优良，机械强度佳等，因此在工艺上用途很广。但是锌合金也存在一些缺陷，例如表面化性太活泼，在空气中容易变化，在水中（酸、碱等环境）更容易起反应。另外，锌合金的压铸条件较为严苛，成形工件内部容易有孔洞，这些不利因素造成锌合金抗腐蚀能力差，使用寿命短等问题，在锌合金的电镀过程中往往就是电镀液残留在工件的孔洞内因而产生腐蚀点，当腐蚀点一旦形成便容易扩大，结果工件脆化，产品的性能满足不了要求。而立避免孔洞生成腐蚀，锌合金的电镀起期便要用剧毒性的氰化物做孔洞封闭。这更造成锌合金的电镀污染与风险大大提高。有些科技单位虽然开发出无氰化物的锌合金电镀工艺得到的镀层结构，但是品质不稳定，迄今无法大量推广使用。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种锌合金的表面镀层结构，具有很好的耐蚀性，而且制备过程环保。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种锌合金的表面镀层结构，在锌合金基材的表面从内到外依次设有底涂层、溅射镀铝膜层、金属M颜色膜层和面涂层。

采用此技术方案，利用金属铝比Zn活泼的原理，在锌合金的表面设有底涂层后，具有较好的粘结力，然后设有溅射镀铝膜层，在外界的氧和水分等渗透到镀层内部时，Al首先进行反应，消耗掉氧，具有很好的抗腐蚀性，更好的保护锌合金基材。其中金属M颜色膜层提供外观的颜色。面涂层起到更好的表面保护的作用。

作为本实用新型的进一步改进，所述溅射镀铝膜层的厚度为0.01~1μm ；优选的，所述溅射镀铝膜层的厚度为0.01~0.5μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述溅射镀铝膜层、金属M颜色膜层之间还设有Al-M合金金属层，所述M为Cr、Al、Zn、Ti、Cu、Ni、Zr或其任意两种组合的合金。

采用此技术方案，在溅射镀铝膜层、金属M颜色膜层之间设有Al-M合金金属层，起到更好的层间结合力的作用，另外，形成层间的逐渐过渡，至少两层含有Al，同时起到更好的抗腐蚀的作用，大大降低了腐蚀的速度。

作为本实用新型的进一步改进，所述Al-M合金金属层和金属M颜色膜的厚度总和为0.02-2μm ；进一步优选的，所述Al-M合金金属层和金属M颜色膜的厚度总和为0.05-0.5μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述锌合金基材的表面与底涂层之间设有底水层或预处理粘结层。所述预处理粘结层也可以采用现有技术常用的改性的附着力促进剂涂覆的方式得到。

作为本实用新型的进一步改进，所述预处理粘结层包括石墨烯增强铝基纳米复合材料或铝基石墨烯复合材料。采用此技术方案，在锌合金的表面采用含有石墨烯增强铝基纳米复合材料或铝基石墨烯复合材料的预处理粘结层，石墨烯具有很好的导电性能，将镀层中活泼的电子传导入铝中，将锌合金与外界阻隔，具有更好的抗腐蚀性能。

作为本实用新型的进一步改进，所述石墨烯增强铝基纳米复合材料中铝粒子的粒径为5-100nm。

作为本实用新型的进一步改进，所述预处理粘结层的厚度为2-5μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述底涂层的厚度为6-20μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属M颜色膜层和面涂层之间设有第二底水层，所述第二底水层的厚度为0.5~3μm；进一步的，所述面涂层的厚度为5-20μm。

其中优选的，所述底涂层的材质为UV底漆。所述面涂层的材质为UV面漆或PU面漆。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型的技术方案，得到一种功能性优异的仿电镀锌合金产品，具有十分突出的抗腐蚀性，还具有出色的抗冷热循环性能，而且制备过程更加环保。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的镀层结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的镀层结构示意图。

附图标记包括：1-底水层，2-底涂层，3-溅射镀铝膜层，4-金属M颜色膜层，5-第二底水层，6-面涂层；7-预处理粘结层，8- Al-M合金金属层，10-锌合金基材。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种锌合金的表面镀层结构，在锌合金基材10的表面从内到外依次设有底水层1、底涂层2、溅射镀铝膜层3、金属M颜色膜层4和面涂层6。所述溅射镀铝膜层3的厚度为0.01~0.5μm 。所述金属M颜色膜层4和面涂层6之间设有第二底水层5，所述第二底水层5的厚度为0.5~3μm；所述面涂层6的厚度为5-20μm。所述底水层1采用市售底水。

其上述锌合金的表面镀层可以采用以下步骤制备得到：

步骤1，将锌合金基材10上喷上一层市售的底水（金属附着力促进剂），厚约1-2μm。

步骤2，在步骤1制备出的锌合金基材上喷上一层UV底漆形成底涂层2，底涂层2的膜厚约14-15μm。

步骤3，将前述已喷好UV底漆的锌合金工件送入PVD炉内，进行以下步骤：

（1）采用铝靶，在工件表面以溅射方式镀铝膜，靶的功率电流为12A，氩气流量为100SCCM，此层溅射铝膜的厚度约为0.25μm。

（2）接着用电弧靶镀铬膜；靶的电流为70A，通入氩气的流量为100SCCM，总镀铬时间共计12min。

步骤4，将步骤3所制备的锌合金工件从PVD炉内取出，先喷上一层厚度约2μm的底水，然后再喷上一层厚约15μm的UV面漆。

本实施例的锌合金工件表面镀层结构的制备过程环保，并提高了锌合金工件的抗腐蚀性能和冷热循环性能，落砂（16升）冲击测试通过率为100%，冷热循环测试通过率（冷热循环测试条件为：-30±3 ℃/h →20±5 ℃/h →65±3 ℃/h冷热冲击20次）的通过率为90%，CASS 4小时耐蚀测试通过率为80%，CASS 8小时耐蚀测试通过率为60%，CASS 16小时耐蚀测试通过率为30%。结合力（百割4B以上）测试通过率为5B。其中，落砂（16升）冲击测试通过和冷热循环测试通过为表面不起泡，表面起泡代表不通过。CASS耐蚀测试通过为表面没有脱落，起泡或产生腐蚀点。而采用常规现有技术的有氰化物电镀工艺的冷热循环测试20次通过率仅仅为20%；CASS 4小时耐蚀测试通过率为70%，CASS 8小时耐蚀测试通过率为40%，CASS 16小时耐蚀测试通过率为0。采用现有技术的无氰化物电镀冷热循环测试20次通过率仅仅为10%，CASS 4小时耐蚀测试通过率为50%，CASS 8小时耐蚀测试通过率为20%，CASS 16小时耐蚀测试通过率为0。采用现有技术的先喷涂有机底涂然后PVD镀M金属或铬的方式的锌合金经过冷热循环测试20次通过率也只有70%；CASS 4小时耐蚀测试通过率为30%，CASS 8小时耐蚀测试通过率为0，CASS 16小时耐蚀测试通过率为0。

优选的，所述溅射镀铝膜层3、金属M颜色膜层4之间还可以设有Al-M合金金属层8，所述M为Cr、Al、Zn、Ti、Cu、Ni、Zr或其任意两种组合的合金。所述Al-M合金金属层8和金属M颜色膜的厚度总和为0.02-2μm。

实施例2

如图2所示，一种锌合金的表面镀层结构，在锌合金基材10的表面从内到外依次设有预处理粘结层7、底涂层2、溅射镀铝膜层3、Al-M合金金属层8、金属M颜色膜层4、第二底水层5和面涂层6。所述溅射镀铝膜层3的厚度为0.01~0.5μm 。所述Al-M合金金属层8的M为Cr、Al、Zn、Ti、Cu、Ni、Zr或其任意两种组合的合金。所述Al-M合金金属层8和金属M颜色膜的厚度总和为0.05-0.5μm。其中，所述底涂层2的材质为PU或UV漆。所述底涂层2的厚度为6-20μm。所述面涂层6的材质为PU、漆或UV漆的一种。所述面涂层6的厚度为5-20μm。

所述预处理粘结层7包括石墨烯增强铝基纳米复合材料。所述石墨烯增强铝基纳米复合材料中铝粒子的粒径为5-100nm。所述预处理粘结层7的厚度为2-5μm。所述第二底水层5的厚度为0.5~3μm。

其中优选的，所述溅射镀铝膜层、Al-M合金金属层、金属M颜色膜层可以采用以下步骤得到：

（1）PVD炉抽真空至7×10^-3Pa，通入氧气流量100-300SCCM，使用等离子源电压300-500V，在工件表面做等离子辉光清洗3-5min。然后开启溅射镀铝膜。铝靶的功率电流为8-15A，偏压380-400V，氩气流量为100-150SCCM。镀铝时间为每次镀3min即停止3-5min（冷却），此为一个周期。总共做溅射铝4-6次，4个周期工溅射12min。

（2）溅射镀铝膜完成以后，开启Al-M复合镀膜。此处M代表铝、镍、钛、铜、锆等金属的一种或其中任两种金属的合金，以铬代表M时，此种复合镀膜的操作方法为：

1)使用电流镀铬与溅射镀铝同时启动；

2)电弧铬靶的电流为60-80A，溅射铝靶的电流为8-15A；

3)通入氩气的流量为100-00SCCM；

4)实镀时间为每次镀膜4min后即将电流归零冷却5min。

此为一个共镀周期，总共需镀膜2-3个周期。

（3）实施共镀后，立即进行电弧镀有色金属膜做为外观颜色。以外观为光亮铬色为例：启动电弧铬靶，电源调为60-90A，通入的氩气流量为100-200SCCM。镀膜工序为每镀3min即停下冷却5min，此为一个周期，总共镀有色金属膜需3-4个周期。

该实施例表面镀层结构的锌合金基材的制备过程环保，并大大提高了锌合金工件的抗腐蚀性能和冷热循环性能，落砂（16升）冲击测试通过率为100%，冷热循环测试通过率（冷热循环测试条件为：-30±3 ℃/h →20±5 ℃/h →65±3 ℃/h冷热冲击20次）的通过率为100%，CASS 4小时耐蚀测试通过率为100%，CASS 8小时耐蚀测试通过率为100%，CASS 16小时耐蚀测试通过率为100%。结合力（百割4B以上）测试通过率为5B。其中，落砂（16升）冲击测试通过和冷热循环测试通过（20次）为表面不起泡，表面起泡代表不通过。CASS耐蚀测试通过为表面没有脱落，起泡或产生腐蚀点。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。