专利名称：：用于车轮的热处理的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及车辆车轮制造。具体地，本发明涉及在涂覆工艺期间将车辆车轮的状态提高到峰值强度的方法。
背景技术：
：由于汽车制造商放弃了(moveaway)由钢制造的车轮，因而对铝车轮的需求每年都在增加。汽车工业从钢车轮转移到铝车轮的原因受多种因素驱使。例如，铝车轮比钢车轮轻，因此有助于节省汽车的总重量。总重量的降低提高了燃料节约并改善了汽车的性能和操纵。此外，许多消费者感到铝车轮可提供比钢车轮更为优异的美学品质。通过对金属的表面处理加工，例如精细机加工和/或抛光或磨光，可提高铝车轮的美学特征。一旦赋予金属所需的光洁度和光泽，这时通过施用保护涂层对其进行保持。典型用于这种保护的技术由以下步骤组成液体或粉末形式的透明漆，随后进行热固化步骤以获得完全的聚合。在一些情况下，施用中间彩色涂层以进一步提高制成产品的样式。在其它情况下，用图像或图案涂覆或装饰铝车轮以增加车轮的美学品质。用于涂覆或装饰车辆车轮的技术在本领域中是众所周知的。例如，染料升华、喷墨印刷、丝网印刷、移印(padprinting)或专门的液体/粉末喷涂均可用于为牟辆车轮涂覆需要的图像。典型地，车辆车轮的金属基材在涂覆所需图像之前处于峰值强度(即T6状态)。为了达到峰值强度，在最初的制造后车辆车轮通常进行许多退火步骤，例如固溶热处理和时效。与表面保护和装饰处理相结合，这些步骤需要时间和能量，这最终导致增加的生产和消费者的成本。因此，存在如下方法的需求减少制造具有T6状态的涂覆/装饰的车辆车轮所需退火步骤的总数。发明概述本发明提供了在向物品表面施用装饰性图像的处理期间，将物品的状态提高到峰值强度的方法。概括而言，该方法包括提供一种物品，该物品具有基本上均匀的析出物硬化组成的溶体；和在所述物品至少一部分上施用图像，其中所述图像的至少所述施用的温度和时间在所述物品中提供峰值强度。对车轮施用图像可进一步包括对物品表面施用底漆涂层并使其固化，然后在确保图像与底漆涂层附着的温度下向底漆涂层施用图像。该方法还可以包括在底漆施用之前施用底涂层。也可在图像上方形成透明涂层。当存在时，选择底涂层和透明涂层的固化时间和温度以便与底漆和图像施用处理步骤联合作用以将物品的机械性能提高到峰值强度。可由铝合金制造该物品。更具体地，本发明中公开的物品是由铝业协会A356、6061或5454铝合金制造的铝车辆车轮。底涂层可以是液体或粉末丙烯酸的，其可以在约150C-约205*€(300°F-400°F)范围的温度下，在约20分钟-约75分钟范围的时间间隔内固化。粉末涂层的底漆可以包括聚酯，并且可以以约50微米-约100微米范围的厚度施用在底涂层上方，而且可以在约150C-约205。C(400°F)范围的温度下，在约20分钟-约45分钟范围的时间间隔内固化。透明涂层可包括聚酯，其可以在约150X:-约205'C范围的温度下，在约20分钟-约40分钟范围的时间间隔内固化。可以使用包括(但不限于)染料升华、喷墨印刷、丝网印刷、移印、专门的液体/粉末喷涂或类似的印刷处理的技术将图像施用到物品上。本发明的另一方面，提供了一种方法，该方法用于在从透气的墨水承载材料施用图像期间将汽车车轮热处理到峰值强度。概括而言，该方法包括提供车辆车轮，该车辆车轮具有基本上均匀的析出物硬化组成的溶体；对所述车轮施用粘附层；使粘附层与其上设置有图像的墨水承载材料接触；在一定温度下对车轮和墨水承载材料施加真空以便将图像从墨水承载材料转移到粘附层上，其中用于施用至少所述粘附层和所述图像中一个的温度和时间在所述车辆车轮中提供峰值强度。附图简述图1(预期图)描绘了已依照本发明进行涂覆和热处理的车轮。图2是描绘本发明所公开的方法的一个优选实施方案的流程图。图3描绘了说明依照本发明进行涂覆的车辆车轮的强度特性的表。优选实施方案详述下面的附图和说明书以其优选实施方案对本发明进行描述。然而，可以理解的是，通常熟悉涂覆铝零件的技术人员将能够通过改变某些细节将这里所说明和描述的结构和方法的新特征应用于其它环境。因此，不应认为附图和说明书是对本发明范围的限制，而应理解为广泛和一般的教导。当提到值的任何数字范围时，这些范围应理解为包括介于所述范围最小值和最大值之间的每个数值和/或部分。本发明公开了一种用于向金属物品施用涂层的方法，该物品优选是如图1中所描绘的车辆车轮IO,该方法提供热处理以便将车辆车轮的机械性能提高到峰值强度。术语"峰值强度"表示对于给定的析出物硬化组成(例如但不限于AlMgSi合金体系)，可以获得的最大的抗拉强度或屈服强度。尽管下面的公开内容涉及车辆车轮，然而本发明同样可应用于任何可涂覆并热处理至峰值强度的金属物品。具体而言，本发明的方法通过利用涂覆工艺的加热步骤将车辆车轮人工时效到其峰值强度(即T6状态)来提高车辆车轮的机械性能。尽管优选该热处理包括与涂覆工艺的不同涂层组成对应的处理步骤，然而应注意的是可利用任何数目的步骤，只要当需要峰值强度时车轮不被过度时效。现在将更为详细地描述本方法。如从图2所能理解的，使用铸造或锻造工艺制造车辆车轮。该车辆车轮可包括任何可析出硬化的金属合金组成。更具体地，该车辆车轮可包括一种合金组成，可以通过在初始相基体内形成二次相的均匀分散的颗粒(析出物)来提高该合金组成的强度特性，所述颗粒是使用与涂覆工艺对应的本发明方法的热处理形成的。在一个优选实施方案中，通过形成均匀分散的Mg2Si析出物来提供析出物硬化。优选地，该车辆车轮包含铝合金，例如铝业协会的356、6061或S454。在一个实施例中，该铝合金基本上由6.5-7.5重量。/。Si、至多0.6重量VoFe、至多0.2重量。/oCu、至多0.35重量。/oMn、0.2-0.45重量%Mg、至多0.35重量o/oZn和至多0.25重量Q/oTi构成。在另一实施例中，该铝合金基本上由至多0.25重量。/。Si、至多0.4重量。/。Fe、至多0.1重量。/oCu、0.5-1.0重量。/oMn、2.4-3.0重量。/。Mg、0.05-0.20重量%Cr、至多0.25重量。/。Zn和至多0.20重量。/oTi构成。在另一实施方案中，该铝合金基本上由0.4-0.8重量o/oSi、至多0.7重量。/oFe、0.15-0.4重量。/oCu、至多0.15重量。/oMn、0.8-1.2重量。/oMg、0.05-0.20重量%Cr、至多0.25重量。/oZn和至多0,15重量％11构成。在制造车轮之后，典型对其进行机加工并辊压(rollstamp)成其最终的产品形状、抛光、磨光，然后用水或碱溶液进行清洗以除去碎屑。在机加工后，可以对车轮进行固溶热处理。在一些合金中，为了充分利用析出硬化反应，有利的是首先产生固态的均匀溶体。在一个实施方案中，可通过固溶热处理获得该固溶体，并且其目标是将合金中最大可用量的可溶硬化元素纳入固溶体中。该方法典型由以下组成在足够高的温度下均热合金并持续足够长的时间以提供可溶相的溶解并获得几乎均匀的固溶体。在一个实施例中，在AlMgSi合金中，温度范围可以是515-540X:。应注意的是，可关于温度来调节固溶热处理的时间以确保提供均匀的固溶体。在热处理后，将车轮快速冷却(即淬火)以确保将固溶体优选维持在过饱和状态。在对清洗过的车轮进行涂覆工艺前，可以用含钴无铬处理或用铬酸铬或磷酸锌预处理对车轮进行预处理，由此提高涂层(底涂层)与车轮保持附着的能力。该预处理的目的是赋予金属基材与第一涂层之间的粘附，而不损坏金属的结构特性，例如疲劳和腐蚀疲劳。因此，也可以利用其它氧化铝改性处理，使得所得表面的化学组成和物理特性与聚合体化合物的性能相容。末底涂层。例如，可以^使用喷涂、幕涂或浸涂方法向车轮表面施用底涂层。在一个实施方案中，该底涂层可包括丙烯酸基粉末涂层。该底涂层可充当随后形成的底漆涂层的粘附层。表l公开了用于将底涂层固化到车辆车轮表面上的烘箱温度和烘箱循环时间。表l:用于固化底涂层的烘箱温度和烘箱循环时间<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表l中可以看出，在施用底涂层之后，在约150。C-约205。C范围的温度下对车轮进行固化，烘箱循环时间的范围是约20分钟-约"分钟。优选地，循环时间的范围是20分钟-30分钟。应注意的是，表1中公开的范围包括所公开范围内的每个数值和/或部分值。例如，烘箱循环时间可以是约20分钟-约35分钟、约35分钟-约50分钟、约50分钟-约65分钟、或约65分钟-约75分钟。固化底涂层可以是将车轮状态提高到峰值强度的加热步骤之一。尽管底涂层是优选地，然而也可省略底涂层，只要底漆涂层能附着在车轮表面上。在一个实施方案中，使用掩蔽步骤仅在部分车轮(而不是车轮的整个表面)上施用该底涂层。然后使用甲乙酮(MEK)溶剂清洗车轮以便从车轮除去碎屑，使用本领域中技术人员公知的喷涂技术在底涂层上方施用粉末涂层底漆(参见图2)。该粉末涂层底漆可充当图像的粘附层并确保随后形成的图像附着在底涂层或车轮上。在一个实施方案中，该底漆是聚酯粉末。典型地,该底漆具有从白色到褐色到灰色的颜色。表2:粉末涂层底漆厚度和烘箱温度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2公开了可施用到车辆车轮表面的粉末涂层底漆的厚度，以及对涂层进行固化的烘箱温度。从表2中可以看出，粉末涂层底漆的厚度范围可以是约50-约100微米。优选地，粉末涂层底漆的厚度是约75微米。应注意的是，表2中公开的范围包括所公开范围内的每个数值和/或部分值。一旦在车辆车轮上施用了粉末涂层底漆，就在约205r:(4oo°f)或更低的温度下在烘箱中固化车轮。下表3中公开了固化循环时间。表3:用于固化粉末涂层底漆的循环时间和温度<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>从表3中可以看出，在约205Cuoo。f)或更低的温度下，烘箱循环的范围是约20分钟-约45分钟。应注意的是，表3中公开的范围包括所公开范围内的每个数值和/或部分值。还应注意的是，粉末涂层底漆的固化过程的时间段可以是至多1.0小时，只要固化过程的温度和时间不降低车轮的机械性能。此外，本领域的技术人员应当清楚，的粉末底漆的量。此外，可在能基本上通过析出物硬化机制提高车轮强度的时间和温度下进行将粉末涂层底漆固化到车辆车轮上的步骤。如图2中所描绘，将粉末涂层底漆固化到车辆车轮上之后，通过使用在本领域中被称为成为染料升华的技术将图像转移到固化的底漆上。在一个实施方案中，将物品(在该情况下是车辆车轮)包覆在载有要将转移到物品上的图像的织物、膜或紙(墨水承载材料)中。然后将包覆的物品放入袋中，随后将该袋置于真空机器中。最后，在通过真空机器产生的真空下抽出袋中的空气，并加热整个组件(物品、墨水承载材料和袋)以便将图像转移到物品上,<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4公开了图像从墨水承载材料转移到车辆车轮底漆涂层上典型所需的烘箱温度和烘箱循环时间。从表4中可以看出，烘箱温度的范围可以是约150"C-约205*C(300°F-400°F)，而烘箱循环时间的范围是约20分钟-约40分钟。应注意的是，表4中公开的范围包括所公开范围内的每个数值和/或部分值。例如，固化循环时间的范围可以是约20分钟-约30分钟或者约30分钟-约40分钟。可以在能基本上通过析出硬化机制提高车轮强度的时间和温度下进行加热组件以便将图像从墨水承载材料转移到车辆车轮的过程。尽管优选使用染料升华将图像转移到车轮上，但本领域技术人员将认识到，也可以使用染料升华以外的其它技术来装饰车辆车轮。这些技术包括但不限于，喷墨印刷、丝网印刷、移印或专门的液体/粉末喷涂。从图2中可以理解，最后的加热步骤包括在装饰的车轮已冷却到室温之后向其表面上施用透明涂层以保护转移的图像不发生磨损和典型由紫外线(UV)降解引起的褪色。在一个实施方案中，该透明涂层组成包括聚酯。使用本领域技术人员公知的技术将可热固化或辐射(例如紫外线、红外线或由电子束能量)固化的透明涂层施用到转移的图像上方。这些技术包括液体或粉末喷涂方法。向车辆车轮施用透明涂层后，在烘箱中以下表5中公开的温度和循环时间固化车轮。表5:用于固化透明涂层的烘箱温度和循环时间<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表5中可以看出，最后的加热步骤是在约150C-约1781C(300°F-350°F)范围的温度下，对施用在车辆车轮上的透明涂层进行固化，且烘箱循环时间的范围是约20分钟-约40分钟。应注意的是，表5中公开的范围包括在所公开范围内的每个数值和/或部分值。在该最后的加热步骤的末端，装饰的车辆车轮将处于峰值强度。尽管透明涂层是优选地，但也可省略该透明涂层。与涂覆步骤的数目无关，可利用能够析出硬化的车轮组成实施本发明的方法，其中不将涂覆工艺的温度升高至高于并选择提供峰值强度的处理时间。应注意的是，析出物硬化可包括固溶热处理(可溶相的溶解)；淬火(过饱和的形成)；和在升高温度下的时效硬化(溶质原子(析出物)的析出)，其中通过装饰性固化步骤的固化温度和时间提供时效硬化。通过初始相基体内的移动位错和二次相析出物的相互作用和阻塞(obstruction)控制时效硬化的强度。如果将固化温度升高到高于250X:，则动力学将促进析出物的生长和分布，这种生长和分布不能提供适于汽车应用的约40Ksi数量级的抗拉强度。在优选的实施方案中，在约150r:-约205C(300°F-400°F)范围的温度下对车辆车轮进行四次加热步骤，持续约20分钟-约75分钟范围的时间。通过利用这些在线的热步骤，可减少制造具有峰值强度的车辆车轮所需的加热步骤的数目。本发明的一个优点是能够对不处于峰值强度的车辆车轮开始涂覆/装饰处理，并且在对其进行涂覆/装饰处理时提高车轮的状态，使得最终的涂覆/装饰的车轮具有T6状态。本发明的另一优点是提供了一种方法，该方法通过将装饰性处理的固化步骤和人工时效(析出物时效)过程的热处理结合，减少了为获得处于峰值强度的装饰车轮所需的处理步骤的总数目。给出下面的实施例以说明本发明热处理对涂覆铝车轮机械性能的影响。由于给出这些实施例仅是为了举例说明，因此不应认为本发明局限于此。实施例在该实施例中，将铝业协会6061的铸造铝合金车轮切割成测试试样，然后根据本发明进行涂覆，其中在涂覆工艺的每个阶段测量测试试样的机械性能。对车轮进行固溶热处理和淬火以确保均匀的固溶体铸件。然后将铸造车轮切割为测试样品，然后使用本发明的方法进行处理，其中在涂覆工艺的每一步骤之后测量并记录机械性能。参照图3，提供了由施用底涂层、粉末底漆涂层、图像和透明涂层后的测试样品测量的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率的表格。施用丙烯酸粉末基的底涂层，然后在181-185'C下进行固化持续约26分钟的时间段。在固化之后，对测试试样进行测量，其具有23.3Ksi的平均屈服强度、39.7Ksi的抗拉强度和约23.8%的伸长率，如图3描绘的表所示。在涂覆工艺的下一步骤中，施用聚酯粉末底漆涂层，然后在190.5-:2oor;温度下固化持续55分钟的时间段。在该过程中到此时的总的固化时间等于81分钟。在固化之后，对测试试样进行测量，其具有33.2Ksi的提高的平均屈服强度、41.6Ksi的抗拉强度和约22.0%的伸长率，如图3描绘的表所示。然后使用染料升华将图像从墨水承栽材料转移到车轮的表面。具体地，将载有图像的墨水承载材料包覆在车轮上，其中在一定温度下对车轮和墨水承载材料施加真空以便将图像从墨水承载材料转移到车轮。烘箱温度的范围是约190.5-约200t:,其中转移图像所需要的烘箱循环时间是大约25分钟。在该过程中到此时的总的热处理时间是106分钟。在图像转移之后，对测试试样进行测量，其具有37.2Ksi的提高的平均屈服强度、44.4Ksi的提高的抗拉强度和约12.4%的伸长率，如图3描绘的表所示。在最后的涂覆步骤中，施用聚酯粉末透明涂层，然后在约170.5"C温度下固化持续约25分钟的时间。在该过程中到此时的总的热处理时间是131分钟。在该过程中到此时的总的热处理时间是106分钟。在透明涂层施用之后，对测试试样进行测量，其具有35.2Ksi的平均屈服强度、41.3Ksi的抗拉强度和约2(K3。/。的伸长率，如图3描绘的表所示。上面给出了上述实施方案和实施例以说明本发明的范围和主旨。这些实施方案和实施例将使本领域的普通技术人员了解到其它的实施方案和实施例。这些其它的实施方案和实施例在本发明的范围内。因此，应当仅通过附属的权利要求对本发明进行限制。权利要求1.将物品的状态提高到峰值强度的方法，包括提供物品，该物品具有基本上均匀的析出物硬化组成的溶体；和向所述物品至少一部分上施用图像，其中至少所述图像的所述施用的温度和时间在所述物品中提供峰值强度。2.权利要求l的方法，其中所述的施用所述图像包括向所述物品施用底漆涂层；和在所述底漆涂层上方施用所述图像。3.权利要求l的方法，其中所述析出物硬化组成包含铝。4.权利要求3的方法，其中所述析出物硬化组成包含铝业协会的A356、6061或5454铝合金。5.权利要求2的方法，其中在约205C下固化所述底漆涂层持续约20-约45分钟范围的时间间隔。6.权利要求5的方法，其中所述底漆涂层是包含聚酯的液体或粉末。7.权利要求2的方法，其中使用染料升华、喷墨印刷、丝网印刷、移印、或液体/粉末喷涂来装饰所述物品。8.权利要求2的方法，其中所述在所述底漆涂层上方施用所述图像包括将所述图像从墨水承载材料转移到所述底漆涂层上，其中所述图像的所述转移包括将所述墨水承载材料置于所述底漆涂层上方，并在低于205"C温度下施加真空。9.权利要求2的方法，进一步包括在施用所述底漆涂层之前向所述物品施用底涂层。10.权利要求9的方法，其中所述底涂层是丙烯酸基的液体或粉末涂层。11.权利要求10的方法，其中在约150。C-约205X:(300。F-400。F)范围的温度下固化所述底涂层持续约20分钟-约75分钟范围的时间间隔。12.权利要求9的方法，其中在所述底涂层上方施用厚度范围约50微米-约100微米的所述底漆涂层。13.权利要求2的方法，进一步包括在所述图像上方施用透明涂层。14.权利要求13的方法，其中在约150'C-约205n范围的温度下固化所述透明涂层持续约20分钟-约40分钟范围的时间间隔。15.权利要求13的方法，其中对所述透明涂层进行热固化或用辐射固化。16.将车辆车轮的状态提高到峰值强度的方法，包括提供车轮，该车轮具有基本上均匀的析出物硬化组成的溶体；向所述车轮施用粘附层；使所述粘附层与在其上设置有图像的墨水承载材料接触；和在一定温度对所述车轮和所述墨水承载材料施加真空以便将所述图像从所述墨水承载材料转移到所述粘附层上，其中用于施用至少所述粘附层和所述图像之一的温度和时间在所述车辆车轮中提供峰值强度。17.权利要求16的方法，其中所述析出物硬化组成包含铝业协会A356、6061或5454，且所述温度不高于205°C。18.权利要求16的方法，其中所迷粘附层包含形成在所述车轮上的丙烯酸基底涂层和形成在所述丙烯酸基底涂层上的聚酯底漆涂层。19.权利要求16的方法，进一步包括在所述图像上施用透明涂层，其中所述透明涂层包含聚酯。20.权利要求16的方法，其中所述峰值强度包括约40Ksi的屈服强度。全文摘要本发明公开了一种涂覆物品同时将物品的状态提高到峰值强度的方法。将物品的状态提高到峰值强度的该方法包括提供具有基本上均匀的析出物硬化组成的溶体的物品；和在物品的至少一部分上方施用图像，其中施用图像的温度和时间在物品中提供峰值强度。可通过染料升华向物品表面施用图像。该物品可以是由铝形成的车辆车轮(10)。文档编号B05D3/02GK101107080SQ200680002614公开日2008年1月16日申请日期2006年1月30日优先权日2005年1月28日发明者L·F·维加,T·L·莱文杜斯基申请人:美铝公司