专利名称：铝合金轮毂的镀膜工艺的制作方法
铝合金轮毂的镀膜工艺
技术领域：
本发明涉及材料表面处理领域，尤其涉及一种对铝合金轮毂镀膜的方法。背景技术：
铝合金轮毂在许多工业部门，尤其是汽车和摩托车制造业获得了广泛的应 用。多年来，湿法电镀铝合金轮毂的生产技术已趋成熟，有着很高的表面质量， 非常光亮，优良的装饰性，耐磨，耐蚀，耐热。
目前的铝合金轮毂湿法电镀工艺为毛坯一检验一除油一清洗一除蜡一二 次清洗一干燥一整理一装挂件一清洗一碱腐蚀一二次清洗一酸腐蚀一二次清洗 —浸三元涂覆层一退涂覆层一二次清洗一再浸三元涂覆层一二次清洗一预涂暗 镍一回收一二次清洗一酸活化一清洗一酸性光亮涂铜一清洗一浸酸活化镀铬一 回收一二次清洗一拆挂具一清洗一干燥一检验包装。
这种传统的铝合金轮毂湿法镀存在诸多不可克服的问题
1. 电镀废液中含有有毒金属，尤其是六价铬，需要进行三废处理，其治理 过程复杂，治理成本高，并且还不能完全杜绝环境污染；
2. 需要消耗大量的铜、镍、铬等贵重金属，这些金属的购买价格高，并且 镍、铬还是我国紧缺物资；
3. 能耗大，耗水量大，处理一个轮毂，用水量达l吨多；
4. 工序多，工艺复杂；
5. 生产条件较差，对工人身体健康有一定的影响；
6. 生产总成本高。
因此，传统的铝合金轮毂电镀工艺已不能满足环境、节能、节水、成本等 因素的需求，急需开发出一种减少对环境的污染，显著降低能耗、水耗和贵重 金属消耗，简化工艺流程，提高生产效率，以及成本低的铝合金轮毂镀膜方法。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种铝合金轮毂的镀膜工 艺，能够降低环境污染，降低能源消耗，并显著降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提出了一种铝合金轮毂的镀膜工艺，依次包括如 下歩骤
除油采用有机溶剂或者碱性溶剂或者乳化溶剂除去铝合金基体表面的油
污；
清洗干燥先水洗，然后烘干；
预处理采用碱性铬酸盐法或者磷酸一铬酸盐法或者磷酸锌法进行转化膜 处理；
环氧聚酯粉末喷涂及固化采用静电喷涂法施涂环氧聚酯粉末，在18(TC的
温度下固化至少10min;
研磨I:采用砂纸研磨法对涂层表面的缺陷进行打磨和去除； 甲基丙烯酸甲酯一丙烯酸酯共聚涂料喷涂及固化采用静电喷涂法施涂甲
基丙烯酸甲酯一丙烯酸酯共聚涂料，在13(TC — 15(TC的温度下固化15min —
30min;
研磨II :采用较细的砂纸对涂层表面的缺陷进行研磨；
聚丁二烯耐高温绝缘涂料喷涂及固化采用喷涂法喷涂聚丁二烯，喷涂压
力为3. 5—4. 0kg/c m2，经室温5 — 10分钟流平后进入烘箱，采用18(TC的温度 固化40 — 50 min;
真空阴极电弧离子镀铬和磁控溅射镀铝在兼有真空阴极电弧离子镀和磁
控溅射两种镀膜方式的真空镀膜设备中，采用先离子镀铬后磁控溅射镀铝的顺
序进行真空镀或者直接采用磁控溅射镀铝进行真空镀；
聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化先静电除尘，再采用空气喷涂法
喷涂工件，然后进入流平段，用红外加热管加热到50°C-60°C，流平时间为 3min-5min，最后用水银灯发出紫外光固化lmin-2min ，水银灯能量为
1000mJ/cm2-3000mj7cm2。
作为优选，所述除油步骤中采用乳化溶剂除油，即在碱性除油液中添加表 面活性剂溶液。
作为优选，所述预处理步骤中采用碱性铬酸盐法。
作为优选，所述环氧聚酯粉末喷涂及固化步骤中涂层厚度达60Wn—80她。 作为优选，所述聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化歩骤中静电除尘是
采用静电发生器及除尘枪将工件表面的灰尘除去，所除去的灰尘由抽风系统排出。
作为优选，所述聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化步骤中喷涂工件的 压力为0. 3MPa-0. 4Mpa，喷嘴口径为1. 0匪-1. 5mm，喷涂层厚度为8 u m-12 u m。
本发明的有益效果本发明采用干法镀取代传统的湿法电镀，镀层表面质 量和理化性能大致与湿法电镀铝合金轮毂相当，铬的用量约为原来的1/5，用水 量约为湿法电镀的1/7，不使用较为贵重的镍和铜，不含六价铬等有毒金属物质， 减少对环境的污染，显著降低了能耗、水耗和贵重金属消耗，简化了工艺流程， 提高了生产效率，省去了繁重的抛光工序，显著改善了劳动条件，整体生产成 本约为湿法电镀的1/2。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是本发明铝合金轮毂的镀膜工艺的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，铝合金轮毂的镀膜工艺，以汽车用16英寸铝合金轮毂。铝合 金材料为ZL101A。轮毂通过表面处理可显著提高产品的使用性能，并且最终决 定了它的外观和色泽。其工艺流程依次包括如下步骤
除油l:这道工序及其后面两道工序，都是为得到高质量的环氧聚酯粉末涂
层做好准备。
除油有很多方法有机溶剂除油，碱性除油，乳化除油等。本实施例的处
理工艺采用乳化除油的方法，即在碱性除油液中添加若干表面活性剂溶液，利 用碱性除油液对油脂的皂化以及表面活性剂的乳化、分散作用，达到低温、快 速除油的目的。
乳化除油方法中溶液配比为
焦磷酸纳 40 — 60 (g/L)
碳酸纳 40 — 60 (g/U
水玻璃 2 — 5 (g/L)
表面活性剂 3 — 5 (g/U
处理温度 7(TC—9(TC
处理时间 3min —5min。
清洗干燥2:经过多道水洗再烘干。
用水清洗后烘干。为提高质量，采用下列流程在硝酸中(室温)浸渍10
一15秒一水洗一在45g/L的氢氧化钠溶液中(60°C —7(TC)浸渍10秒一在3 份硝酸与1份氢氟酸的混合液中(室温)浸渍5秒一水洗一在硝酸中(室温) 浸渍10_15秒一水洗一烘干。
预处理3:主要是进行转化膜处理，为随后的环氧聚酯粉末涂装提供良好的
基底。转化膜处理有多种方法碱性铬酸盐法，磷酸一铬酸盐法，磷酸锌法等。
本实施例的工艺采用碱性铬酸盐法，使铝合金表面得到灰白色多孔膜层。
采用碱性铬酸盐法进行转化膜处理，处理液的配方及处理条件如下
碳酸钠 2。％—5% 铬酸钠 0. 5%_2. 5%
处理温度 90°C —100°C
处理时间 3min—5min 处理后经二道水洗再烘干(6(TC以下的热风加速干燥)。
环氧聚酯粉末喷涂及固化4:铝合金轮毂具有重量轻(汽车耗油少)、耐蚀 和抗疲劳等优点，已经广泛用于汽车、摩托车等车辆，为了进一歩提高它在各
种气候、水的冲刷或溅射、泥砂和碎石冲击的环境中可靠、耐久性能，以及增 强美观，必须进行良好的表面处理。采用有机底涂—真空镀膜—有机面涂的干 法镀工艺是一项先进的技术，具有重要的使用价值，但是它对有机底涂提出了 高要求与工件(铝合金)表面及真空镀膜层都有良好的接触性能，结合牢固， 彼此不发生恶化性能的反应，适宜的硬度和韧性，较高的耐热性，热膨胀系数 差值小，在真空状态下放气量小，并且底涂层有足够的厚度。
环氧聚酯粉末涂料是一种热固性粉末涂料，在环氧中加入聚酯后，涂层的
耐候性能得到了提高，成本下降。采用静电喷涂法施涂，固化条件为180°C-10min 或以上。涂层厚度达60Hm—80Wn。涂层与铝合金基底结合牢固，铅笔硬度为2H， 耐盐雾，耐化学介质。涂料易回收，污染小。
采用静电喷涂工艺，即在喷枪头部金属上接高压负极，被涂铝合金工件接 地形成正极，铝合金工件与喷枪电极之间施加高压直流电，形成较强的静电场。 空气压縮机送出的风经净化器后将塑料粉末由供粉器送到喷枪的导流杯时，此 杯上的高压负极产生电晕放电，形成密集电荷，使粉末带上负电荷，然后在静 电和压縮空气的作用下，粉末均匀地飞向正极的铝合金轮毂上。粉末层达到一 定厚度时，表层粉末所带电荷与再飞来的粉末同性，使新粉末受到排斥而不再 附着，此时完成一道喷涂。轮毂在粉末喷涂后进入炉中加热到一定温度，使塑 料粉末熔融、流平与固化，形成均匀、连续、平滑的涂层。
具体的工艺参数为
粉末细度 《180目
工作电压 80kv —100kv
空气压力 0. 9MPa— 1. 8MPa
固化温度 200 °C
固化时间 20min
环氧聚酯粉末涂层的厚度为60Wn—80Wn。
研磨15:粉末涂装的平滑性不及油漆，容易产生桔皮等缺陷，所以形成环 氧聚酯粉末涂料的涂层后，通常用砂纸研磨等方法对涂层表面的某些缺陷进行 打磨和去除。
铝合金轮毂用压铸方法成形，表面不平度达几十微米，经粉末涂装60幽一 80to厚度后，这个不平度基本上得到修补。但是，粉末涂装可能产生一些缺陷， 故用400号砂纸进行研磨来除去，使粉末涂层表面平滑。
甲基丙烯酸甲酯一丙烯酸酯共聚涂料喷涂及固化6:该涂料的主要组分是甲 基丙烯酸甲酯树脂与少量丙烯酸酯共聚形成的树脂，具有良好的性能，用静电
喷涂法施涂。其固化条件是13(TC — 15(TC， 15min —30min，在实际生产时固化 温度要适当提高，固化时间适当延长。该涂料着成黑色，以便在后道研磨涂层 表面时容易发现某些缺陷。
该涂料着成黑色，以便于后面的研磨。涂料使用时需搅拌均匀，并且添加 专门的稀释剂，调至规定的涂装粘度4号杯，17±2秒(25°C)。喷涂采用静 电喷涂法。喷涂、流平后进入烘道。固化条件为16(TC， 20min—30min。实际烘 烤条件为170°C —180°C， 30min。涂层应达到下列性能
附着力(百分格) 100/100
铅笔硬度 >1H
耐盐雾性(5XNacl水溶液，35°C) 240小时无异状。
研磨II7:在甲基丙烯酸甲酯一丙烯酸酯(共聚)涂料喷涂及固化后，为提 高涂层表面平整度和去除某些表面缺陷，要进行更细致的研磨。 一般采用较细 的砂纸进行研磨。用600号砂纸研磨，并且将表面砂粒和其他污物清除干净。
聚丁二烯耐高温绝缘涂料喷涂及固化8:该涂料能耐18(TC高温，绝缘，有 利于离子镀和磁控溅射镀膜。施涂采用喷涂法，喷涂压力为3.5—4.0kg/cm2， 经室温中5 — 10分钟流平后进入烘箱(道)。固化条件是18(TC， 40 — 50分钟。 实际操作温度适当高些。
涂料为清漆，耐18(TC高温，绝缘。涂料使用时，用甲苯稀释，调到规定的 涂装粘度18±2秒(25°C)。采用空气雾化式喷涂，压力为O. 3MPa—0.4MPa。喷涂后，经室温中静置5min-10min流平后，工件进入烘道。固化条件为180°C， 40min-50min。实际烘烤条件是180。C-19(TC， 1小时。涂层应达到下列性能 光泽度(60° ) 》90% 附着力(百分格) 100/100 铅笔硬度 >1H 耐盐雾性(5。/。Nacl水溶液，35°C) 240小时无异状。 真空阴极电弧离子镀铬和磁控溅射镀铝9:对于有机底涂层的磁控溅射镀铝 来说，溅射功率，尤其是溅射电压，往往是影响镀铝质量的关键因素之一。在 溅射电压达不到要求、工件装载量大的情况下，先用镀膜速率高的真空阴极电 弧离子镀方法进行镀铬或钛等镀层，然后磁控溅射镀铝，可以使镀铝层有良好 的附着力和银白色泽。
工件经前述8道工序后进入真空镀膜设备。其工件装载量较大，例如18英 寸的铝合金轮毂， 一次可装12件。工件架在运行过程中能公转和自转，使工件 镀膜均匀。工作室关闭后，先抽至高真空，然后充入一定量的氩气，使室内真 空度达到规定值，然后先开启离子镀靶，接着开启磁控溅射靶进行镀铝，直至 达到工艺要求后关闭。充入空气后，打开工作室，工件取出后流入面涂工序。 工件16英寸铝合金轮毂 b 16个
150咖-200mm 6. 6X10—:iPa
离子鍍铬工艺
耙/基距 本底真空度 基体温度 耙数
充Ar后真空度
耙电流
耙电压
水
(1-1.5) X10—'Pa 50A 20V
10
镀膜时间 25sec
磁控溅射镀铝工艺
耙/基距 15腿-200匪
本底真空度 6. 6X10—3Pa
基体温度 至温 耙数 2个 充Ar后真空度 (卜1.5) X10—'Pa
耙电流 55A 耙电压 490V 镀膜时间 5min 。
聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化(面涂)10:为减少对环境的污染， 有效降低能耗，加快固化速度，显著较少不良品或返修品，以及保证面涂层与 真空镀膜层之间有良好的结合力、透明光亮以及较高的硬度、耐磨性和耐蚀性， 本实施例的面涂工艺采用聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料。
光固化工序的生产流水线由下列5部分组成(1)配制有多个红外线加热 管的流平段；(2)配制有多个水银灯、反射板、电源、冷却装置等的光固化段;
(3)延伸段；(4)进出料段；(5)空气净化抽送风系统。其中水银灯光源的紫
外光照射强度大，使涂层固化时间縮短，提高了工作效率。水银灯除发射紫外
光外还有红外光，水银灯正常运行时表面温度也高达700—80(TC，因此为了防 止光固化段内温度过高以及延长水银灯的使用寿命，通常采用净化空气冷却。
涂料聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料
设备光固化生产线
工艺流程经底涂与真空镀膜的工件一静电除尘一喷涂一流平一固化一检 验一包装入库
静电除尘用静电发生器及除尘枪将工件表面的灰尘除去，所除去的灰尘 由抽风系统排出。
喷涂采用空气喷涂法，压縮空气除油除水，压力0. 3MPa-0. 4Mpa，喷嘴口 径1.0腿-1.5mm，面涂层厚度m-12ym。
流平工件喷涂后进入流平段，用红外加热管加热到5CTC-60 。C，流平时间为3min-5min。
固化工件经流平后进入固化段，用水银灯发出的紫外光进行固化。水银 灯能量在1000mJ/cm2-3000mJ/cm2，确保涂料完全固化。工件在固化段经过的时间 为lmin-2min。
经上述表面处理后，铝合金镀层的主要性能达到
(1) 铅笔硬度 》3H
(2) 镀层厚度 》110um
(3) 附着力(百分格) 100/100
(4) 耐盐雾性(5。/。Nacl水溶液，35°C) 240h，无异状
(5) 耐热性能 170。C-2h镀层无
脱落、无变点
(6) 耐变温性能 85°C/lh—23。C/15min为一个循环，4次循环后 镀层无脱落、无变点。
经上述工艺流程后工件要逐个检验，除少量不良品要重新去膜返修外，合 格品送至包装存放。这样的制造方法取得了良好的效果减少了对环境的污染， 显著降低能耗、水耗和贵重金属消耗，简化工艺流程，提高生产效益以及降低 生产成本。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单 变换后的结构均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于依次包括如下步骤除油采用有机溶剂或者碱性溶剂或者乳化溶剂除去铝合金基体表面的油污；清洗干燥先水洗，然后烘干；预处理采用碱性铬酸盐法或者磷酸-铬酸盐法或者磷酸锌法进行转化膜处理；环氧聚酯粉末喷涂及固化采用静电喷涂法施涂环氧聚酯粉末，在180℃的温度下固化至少10min；研磨I采用砂纸研磨法对涂层表面的缺陷进行打磨和去除；甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚涂料喷涂及固化采用静电喷涂法施涂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚涂料，在130℃-150℃的温度下固化15min-30min；研磨II采用较细的砂纸对涂层表面的缺陷进行研磨；聚丁二烯耐高温绝缘涂料喷涂及固化采用喷涂法喷涂聚丁二烯，喷涂压力为3.5-4.0kg/cm2，经室温5-10分钟流平后进入烘箱，采用180℃的温度固化40-50min；真空阴极电弧离子镀铬和磁控溅射镀铝在兼有真空阴极电弧离子镀和磁控溅射两种镀膜方式的真空镀膜设备中，采用先离子镀铬后磁控溅射镀铝的顺序进行真空镀或者直接采用磁控溅射镀铝进行真空镀；聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化先静电除尘，再采用空气喷涂法喷涂工件，然后进入流平段，用红外加热管加热到50℃-60℃，流平时间为3min-5min，最后用水银灯发出紫外光固化1min-2min，水银灯能量为1000mJ/cm2-3000mJ/cm2。
2. 如权利要求1所述的铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于所述除油歩骤中 采用乳化溶剂除油，即在碱性除油液中添加表面活性剂溶液。
3. 如权利要求1所述的铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于所述预处理步骤中采用碱性铬酸盐法。
4. 如权利要求1所述的铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于所述环氧聚酯粉末喷涂及固化步骤中涂层厚度达60Wn—80Mffi。
5. 如权利要求1所述的铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于所述聚氨酯丙烯 酸酯光固化涂料喷涂及固化步骤中静电除尘是采用静电发生器及除尘枪将工 件表面的灰尘除去，所除去的灰尘由抽风系统排出。
6. 如权利要求5所述的铝合金轮毂的镀膜工艺，其特征在于所述聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化歩骤中喷涂工件的压力为0. 3MPa-0. 4Mpa，喷嘴 口径为1. Oram-1. 5mm，喷涂层厚度为8 u m-12 u m。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金轮毂的镀膜工艺，依次包括除油、清洗干燥、预处理、环氧聚酯粉末喷涂及固化、研磨I、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚涂料喷涂及固化、研磨II、聚丁二烯耐高温绝缘涂料喷涂及固化、真空阴极电弧离子镀铬和磁控溅射镀铝、聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料喷涂及固化步骤，本发明采用干法镀取代传统的湿法电镀，镀层表面质量和理化性能大致与湿法电镀铝合金轮毂相当，铬的用量约为原来的1/5，用水量约为湿法电镀的1/7，不使用较为贵重的镍和铜，不含六价铬等有毒金属物质，减少对环境的污染，显著降低了能耗、水耗和贵重金属消耗，简化了工艺流程，提高了生产效率，省去了繁重的抛光工序，显著改善了劳动条件，降低了成本。
文档编号B05D3/06GK101343740SQ20071016445
公开日2009年1月14日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者吴晓云, 潘建华, 钱苗根 申请人:湖州金泰科技股份有限公司