[00039884]五金产品、汽车铝合金轮毂真空溅镀

　　电镀应用已久，但镀膜不够致密，有气孔，易发生氢脆，对环境污染严重，三废处理费用高昂，尤其六价铬、镍、镉元素对人体有害，是致癌物质，而真空溅镀在生产过程中通过利用聚丁二烯的绝缘性来克服溅镀过程中出现的共磁问题、通过利用聚丁二烯的耐热性来克服在使用过程中镀膜层黄变的问题、通过利用聚丁二烯的饱满性来提高产品表面的镜面性和光泽度、通过利用改变电流、氩气量和溅镀的时间来改变镀膜层的外观颜色、通过利用镀膜层颜色与涂层颜色相结合来产生色变、在整个生产过程中不使用任何的重金属以及环保不允许使用的化工原料，所以真空溅镀替代电镀在环保上具有深远的意义。 　　【关键词】：真空溅镀 发展趋势 电镀 环境污染 处理费用 致癌物质 工业发展 六价铬 镉元素 三废 　　1、真空溅镀的发明背景 　　真空溅镀为干法镀的一种工艺，此工艺能在基材上产生一种电镀的效果。具体的说，此工艺是利用媒介涂层聚丁二烯的特殊特性将铝耙或铜耙的真空镀膜层与媒介涂层作结合，通过改变PVD的电流、氩气量和溅镀的时间参数来改变镀膜层的外观效果，并利用底部涂层的颜色与镀膜层的颜色相结合，从而达到色变的效果。特别是，真空溅镀工艺能在铝制和铝镁合金制的基材上镀铝或镀铜。例如：在汽车轮毂上镀上铝或铜。 　　此工艺有具体的步骤，从而在铝制和铝镁合金制的汽车配件上镀铝或镀铜。该工艺能防止剥离、黄变，耐热性好，具有抗化学和道路上有害物质的特点。虽然下文中揭示的主要利用聚丁二烯的特殊性能与磁控溅镀技术相结合来对汽车轮毂的变色溅镀和溅镀工艺，但是其他的利用聚丁二烯的特殊性与磁控溅镀技术相结合的变色溅镀和溅镀工艺也同样在此工艺的范围内。 　　2、真空溅镀替代电镀的研究 　　过去，铝制和铝镁合金制轮毂都通过传统的电镀（1、水电镀，2、真空离子镀）的方式做出电镀轮圈。而水电镀这个工艺需将轮毂抛光使表面变得光滑，这样才能将铬、镍有效的电镀上去。再者，轮毂要在有毒的化学品中做前处理来使表面变得干净和均匀，从而加强电镀的附着力。然后再在轮毂上包裹3种不同的金属层（其中两种为铬、镍），每次上金属层时轮毂都必须浸在有毒的溶液里。这个工艺的不良率通常很高，而且过程中要使用有毒的溶液和重金属铬、镍来作为它必须的镀膜层，因此对环境造成较严重的污染。再者，如果镀铬层一旦被破坏，腐蚀和生锈的现象就很容易发生，从而使铬镀曾从轮毂表面脱落。 　　另一种工艺：2、真空离子镀，被研发出来后，虽然在工艺上有一定的改进，降低了剥离的概率，但是其过程中使用的铬耙材、镍耙材本身就同水电镀使用的铬和镍一样，都是高污染的重金属材料。在注重环保问题的21世纪，这些在制造过程中使用高污染材料的、产生高污染排放物的、可能在使用的过程中产生二次污染的工艺制造出的产品，已不能为多数欧美国家所接受。并且其PVD的过程中由于底部涂层绝缘性、耐热性的问题，在电镀时产生的共磁现象会造成镀层与底部涂层结合性差和镀膜层黄变的问题。 　　现在的真空溅镀能克服之前工艺的困难和缺点。此工艺的目的是在轮毂上达到电镀的外观并能抵抗恶劣的气候条件，通过利用媒介聚丁二烯的耐热性，使产品在高温的环境下不容易产生黄变（如汽车轮毂在紧急刹车是产生的高温现象等）。利用媒介聚丁二烯的绝缘性，能有效的克服以往真空溅镀时磁控溅镀机与基材产生共磁的现象。另一个目的是通过改变PVD的电流、氩气量和溅镀的时间参数来改变镀层的颜色，并利用镀层的颜色与底部涂层的颜色相结合产生出各种具有金属感的色系，使普通涂装与电镀做到完美的结合。另外一个目的是工艺的制程中不使用有害的原材料，不使用含有重金属的设备和原料，具体的说，此工艺的目的是做出一种具有电镀品外观的并且环保的物理型干式环保溅镀产品。 　　总之，此工艺为一种在铝制和铝镁合金制的基材上镀铝镀铜的工艺。此工艺利用了聚丁二烯合成树脂的耐热、绝缘的特性和超真空磁控溅镀时可改变的电流、氩气量和溅镀时间的技术。它包括了5个阶段：清洗和准备阶段；底部涂层阶段；媒介涂层阶段；PVD阶段；外部涂层阶段。每个阶段都运用了特定的工艺步骤，并且在特定的工艺参数下使用具体的方程式。 　　2。1真空溅镀工艺流程 　　1、清洗和准备阶段： 　　a、打磨轮毂表面使其平整 　　b、50—60度的自来水清洗 　　c、自来水清洗 　　d、自来水清洗 　　e、自来水清洗 　　f、自来水清洗 　　g、自来水清洗 　　h、自来水清洗 　　i、R。O水清洗 　　j、R。O水清洗 　　k、高压过滤空气吹水 　　l、烘干和除气 　　o、冷却 　　2、底部涂层步骤： a、涂上底部涂层 　　b、涂层闪干、流平及烘烤 　　c、冷却 　　3、媒介涂层步骤： a、涂上媒介涂层 　　b、涂层闪干、流平及烘烤 　　c、冷却 　　4、PVD的过程： a、铝耙或铜耙的溅镀 　　b、改变参数获取不同的外观效果 　　5、外部涂层步骤： a、涂上外部涂层 　　b、涂层闪干、流平及烘烤 　　c、冷却 　　铝制和铝镁合金制的基材，例如：汽车轮毂。在清洗阶段需先打磨轮毂的表面使其光滑平整，然后对轮毂进行几次清洗，再经R。O水的漂洗，然后用高压过滤空气吹干，再放入热室中除水除气，最后将轮毂冷却。在清洗和准备过程中不需任何碱性和酸性的溶液来建立基材的皮膜，本工艺只需清水和R。O水即可。 　　底部涂层阶段中的底部涂层可根据最终的外观要求来选择不同的有色树脂或类似物，以便和镀膜层结合后产生不同的外观颜色，以达到色变的效果。（如黑色的底部涂层和铜镀膜层结合会产生宝蓝色的电镀外观效果）。 　　媒介涂层必须是使用含有聚丁二烯的合成树脂或者类似物，其特有的饱满性能为铝/铜（AL/CU）层的附着力提供平滑饱满光泽的表面，其耐热性解决了产品在使用过程中的黄变现象，其独有的绝缘性避免了PVD阶段时的磁控溅镀机和基材的共同磁场现象。在涂层过程中通过温度增加从而使媒介涂层凝固，然后轮毂温度再降低，为PVD阶段做准备。 　　PVD阶段开始时，将轮毂放入PVD炉内接受铝或铜镀层。该步骤都在真空的条件下进行溅镀或类似工艺。其步骤是通过超高真空磁控溅镀技术以溅射的方式将铝或铜的原子附着在媒介涂层上的。并通过改变电流、氩气量、溅镀的时间参数来改变电镀层的外观颜色。根据此发明所讲述的内容，任何这种工艺都可以被用来沉积铝层或铜层及改变镀膜层的外观效果。 　　外部涂层阶段，为更好的显现出铝和铜镀膜层以及镀膜层与底部涂层结合后的光泽度和金属感，最好是选择透明的树脂做外部的涂层。外部涂层在轮毂上来盖住铝或铜的镀膜层，接着加热来产生交连和凝固，然后将轮毂再冷却，以充分的保护电镀层。 　　目前这种工艺可使装饰性的铝、铜镀层镀在金属物体上，例如：铝制或铝镁合金制的汽车轮毂、手机部件、电脑外壳。此工艺在清洗时不使用任何有毒物质，不需添加碱、磷酸等化学原料来制造皮膜。工艺环保，不使用重金属铬和镍。并且由于媒介涂层聚丁二烯树脂的特性，使此工艺克服以前真空溅镀时机体与基材的共磁问题，解决了以前的电镀品易黄变剥离的缺点。而且通过改变PVD时的电流、氩气量、溅镀时间，结合底部涂层的颜色后，可以改变产品的外观色感。此工艺产出的产品在超过使用期限或报废后，由于不含有铬和镍之类的重金属材料，因此不会对环境造成二次污染。 　　此工艺的优点和其他一些优点可通过参照图表来解释，从而表现的更加突出。此工艺是一种将铝、铜镀在铝制或铝镁合金制的基材上的工艺。具体的说，是利用媒介涂层中聚定二烯的特殊性能将铝、铜溅镀到铝制或铝镁合金制的基材上面的。利用改变 电镀时的电流、氩气量以及溅镀的时间来改变镀膜层的外观颜色，又结合底部涂层的颜色，使镀层产生色变的过程，此工艺利用聚丁二烯树脂的耐热性、绝缘性、饱满性，结合和改良了涂装与电镀的技术优点，为铝制或铝镁合金制物体提供了一种装饰性的，耐久的，耐黄变的，环保的铝、铜外观效果。例如：汽车轮毂。以下会分步骤描述在汽车铝轮和铝镁合金轮上镀铝或镀铜的过程。参照图表1工艺的5个步骤。如：1、清洗和准备2、底部涂层3、媒介涂层4、PVD过程5、外部涂层。 　　清洗和准备 　　流程表里第一个清洗准备由1a-12几个步骤构成。最先将轮毂表面必须采用不粗于P400的材料研磨平整，这个步骤使轮毂表面在涂上底层后有良好的饱满度和足够的附着力。 　　接着把轮毂经过多步骤的水洗装置做清洗处理。第一步在50—60度的自来水中喷淋冲洗约80秒，这个过程是除去轮毂表面的残留污垢（如粉尘）。接着进行连续6道的常温自来水喷淋，每道喷淋时间约为60秒。最后用另外的R。O水进行两道的喷淋冲洗，以确保最后残留在轮毂表面水滴的矿物质量不超过20ppm。 　　接着在进烘干炉前用已过滤的空气吹干，轮毂在烘干炉内加热到150—160度，其目的有两个：将预处理中残留在轮毂上的湿气蒸干；在铝制或铝镁合金制的基材中产生气泡来除去残留蒸气。这个步骤确保了在底部涂层和外部涂层的加热过程中残留的蒸气不会渗出。然后轮毂再经过长度约为50m的冷却线自然冷却，以使轮毂表温不超过55度，以利于喷涂底部涂层。 　　底部涂层 　　底部涂层由2a-2c步骤组成。轮毂在上涂层的时候一般是水平放置的，面朝上，这样才能确保均匀的涂到每个地方。轮毂预热的时间必须保证在13-15分钟。在涂底层时轮毂的温度不超过55度，涂完后静置15-20分钟再进行烘烤，烘烤条件为150-175度X30分钟左右。 　　媒介涂层 　　媒介涂层由3a-3c步骤组成。媒介涂层的材料必须是含有聚丁二烯的树脂，并含有少量的醇酸树脂及少量的添加物。在上涂层时，轮毂预热的时间必须保证在13-15分钟，在涂媒介层时，轮毂的温度不可以超过60度，涂完后必须静置20-30分钟，以确保涂层能够充分的流平。然后进行烘烤，烘烤的条件为170—185度，烘烤时间为30-40分钟。涂层的厚度一般为30—35mils，这样的好处在于能使主要成分为聚丁二烯的媒介层充分体现出其耐热性、绝缘性、饱满性。在时间不同，参数不同的情况下会导致表面凹凸不平和桔皮现象。 　　PVD的步骤 　　将轮毂放入PVD炉内做金属化。炉内有铝耙材或铜耙材，轮毂在炉内是按轴心旋转。首先，将炉内的压力减少，创造一个真空的环境。在使用铝耙电镀时，将电压设定为大于或等于580V，电流为105A，氩气量为65—70R为保证铝镀膜层能有适合的光亮度，溅镀的时间为210秒。在电镀前的炉内真空度必须保证在9。9-5 mTorr的范围内。铝耙的纯度必须达到99。99%。同时，在相同的条件下，改变电流的大小和氩气量可改变铝耙的特性，即可产生不同的电镀外观。 　　当PVD炉内是铜耙时，其真空度必须保证在9。9-5mTorr的范围内。在电镀时，电流为5A，氩气量为20R，电镀时间为210秒。铜耙可分为黄铜和红铜。总的来说，在特定的真空度下，改变电流、氩气量和电镀的时间都可以制造出不同的电镀外观。这个发明的工艺可使超高真空磁控溅镀技术发展成为可以改变电镀外观的一项技术。 　　外部涂层 　　外部涂层由5a-5c三个步骤构成。外部的涂层是为保护金属层，可以提供耐磨、抗紫外线等功能。本工艺的外部涂层是一种透明的DY树脂，在外部涂层时，轮毂的预热温度为30-100度，涂完后，必须要经过150-170度的高温进行烘烤，涂层的厚度以30-35mils为佳。 　　用此工艺的轮毂所做的测试结果如下： 　　1、 盐雾测试 1000H 　　2、 附着力 100%OK 　　3、 铅笔硬度 45度角5回 H 　　4、 耐水性 OK 　　5、 酸雾测试 96H 　　总之，此工艺分第一阶段：清洗和准备。第二阶段：底部涂层。第三阶段：媒介涂层。第四阶段：PVD过程。第五阶段：外部涂层。此工艺在铝制或铝镁合金制的物体上产生铝或铜的涂层。此工艺利用聚丁二烯树脂的绝缘性克服了溅镀时的共磁效应；利用其耐热性解决了电镀产品镀膜层易黄变的问题；利用其饱满性加强了电镀品外观的镜面性。此工艺通过改变溅镀时的电流、氩气量、溅镀的时间来改变镀膜层的颜色，并通过镀膜层与底部涂层颜色的结合从而达到色变的效果，使普通电镀品的外观效果有明显的提升。此工艺不使用有毒的原材料，不排放有毒的化学物，并且由于不使用铬、镍等重金属重污染材料，使产品在超过使用周期时，回收、报废或更换时不会造成对环境的二次污染。此工艺的产品能抵抗恶劣的气候条件和道路上的一些有害物质，已通过多项性能测试。 　　2。2真空溅镀工艺特点及要求 　　a、 提供基材 　　b、 通过利用聚丁二烯的绝缘性来克服溅镀过程中出现的共磁问题 　　c、 通过利用聚丁二烯的耐热性来克服在使用过程中镀膜层黄变的问题 　　d、 通过利用聚丁二烯的饱满性来提高产品表面的镜面性和光泽度 　　e、 通过利用改变电流、氩气量和溅镀的时间来改变镀膜层的外观颜色 　　f、 通过利用镀膜层颜色与涂层颜色相结合来产生色变 　　g|、 基材为铝或铝镁合金 　　h、 基材的物体为汽车轮毂、手机部件、电脑外壳等，但不限于此 　　i、 媒介涂层为含有聚丁二烯的合成树脂、醇酸树脂或一些添加物的树脂 　　j、 过程中不使用铬、镍类重金属 　　k、 清洗过程不使用环保不允许的化工原料 　　通过以上工艺的介绍及说明，可以更清楚的看出真空溅镀替代电镀是工业发展的一种趋势，在环保上具有更深远的意义。 　　真空溅镀事业部：罗立军