一種可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及表面裝飾、防護、改性領域，具體地說是一種可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層。
【背景技術】
[0002]電鍍是當代工業(yè)產業(yè)鏈中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，在機械、電子、汽車、航空、航天等各個領域都有廣泛的應用。通過電鍍獲得的沉積層稱為電鍍層，可以保護基體材料不受環(huán)境腐蝕，改善基體材料外觀，增加美感等。按用途分，可以將電鍍層分為防護性鍍層、裝飾防護性鍍層和功能性鍍層三大類。其中，前兩種特性占電鍍行業(yè)80%左右。電鍍鉻層是最常用的電鍍層，根據技術要求一般由三層組成:底層是銅，中間層為鎳，面層為鉻，即銅/鎳/鉻三層結構。近幾年電鍍裝飾性貴金屬(金、銀)鍍層需求和應用增多，主要包括銅/錫合金、銅/鋅合金、銅/錫/鋅合金、錫/鎳合金等。2011年據不完全統(tǒng)計，我國從事電鍍行業(yè)的人員有100多萬人，電鍍生產企業(yè)達15000余家，生產線總數已經超過5000條，產能(電鍍面積)為10億平方米，年產值達千億元人民幣，我國已經成為了電鍍大國。
[0003]盡管技術成熟、應用廣泛，但是電鍍存在一些突出問題:首先，電鍍嚴重污染環(huán)境和危害人體。電鍍過程中三廢(廢氣、廢液、廢物)排放將嚴重污染環(huán)境和危害人類健康。其中，電鍍鉻排放物中的六價鉻及電鍍鍍層中含有的鎳元素均是致癌物質，對人體有害。其次，電鍍涂層的耐腐蝕性能不能滿足一些特殊場合和環(huán)境的要求。如:電鍍鉻層內存在微裂紋和穿透性針孔，導致腐蝕介質從表面滲透至界面而腐蝕基體。第三，電鍍的成本和價格較高。主要原因包括:電鍍過程能耗高，電鍍工藝沉積速度慢、效率低，電鍍的三廢處理越來越嚴格，所需要的裝備越來越復雜，導致費用越來越高。因此，無論從社會進步還是應用需要開發(fā)替代電鍍(涂層)的工藝是必然趨勢。
[0004]在過去幾十年間人們進行了大量的工作，嘗試對電鍍進行部分或全面替代。從環(huán)境、性能以及成本等多方面綜合考慮，以下三種技術被認為最有可能取得突破:濕法鍍三價鉻技術、涂裝技術以及離子鍍技術。
[0005]濕法鍍三價鉻技術使用類似于六價鉻的電鍍技術對工件實施鍍層制備。其優(yōu)勢在于相對于六價鉻危害性要小得多，同時可以保持原有六價鉻電鍍的設備，從而減小替代成本。但是，該方法僅消除了六價鉻的危害，電鍍的其他污染環(huán)境和危害人類健康的問題依舊沒有解決。此外，目前的三價鉻技術還不夠成熟，無法推廣應用。
[0006]涂裝技術使用噴涂油漆以及化學試劑(還原成金屬)的方法。專利號CN200610140828.2、專利申請?zhí)?CN200710301440.0、專利號 CN200910110379.0、專利申請?zhí)?CN200910038606.3、專利號 CN201110037243.9 以及專利號 CN201010112195.0 均提供了一種鏡面納米噴鍍方法，該方法均建立在一種有機涂層底漆表面應用銀鏡反應還原置換一層光亮的金屬銀。上述專利技術中沒有解決有機涂層與金屬銀層(無機)及面漆之間的交聯(lián)(偶聯(lián))問題，容易造成鍍層與有機涂層附著力不強易剝離現(xiàn)象。在此基礎上，專利申請?zhí)?CN201110361359.8提出了金屬工件或非金屬工件的底漆上化學噴鍍100?300納米厚度的銅層、鎳層、銀層中任意一種光亮的金屬鍍層，然后在金屬鍍層上噴鍍抗變色劑和交聯(lián)劑，確保光亮的金屬鍍層亮度穩(wěn)定不變色，使鍍層附著牢固。盡管提高了金屬層與有機涂層的結合并豐富了金屬鍍層的顏色，但該方法采用的化學噴鍍帶來了新的三廢排放及其對環(huán)境污染和人體危害的問題。同時，化學反應還原出來的金屬材料及顏色相對有限。
[0007]離子鍍技術是采用離子鍍工藝在(待防護)工件表面沉積金屬和/或金屬氮化物、碳化物等陶瓷材料實現(xiàn)耐磨、耐腐蝕等防護功能。大連理工大學陳寶清教授等人在國內最早立項開展離子鍍代替電鍍研宄工作。他們認為:離子鍍是在真空狀態(tài)下完成的工藝操作，對環(huán)境沒有污染，是代替污染嚴重的電鍍技術的主要出路之一。離子鍍膜層厚度及應用可分為:離子鍍裝飾薄膜及離子鍍功能厚膜。離子鍍裝飾薄膜主要用在提高工件裝飾性和抗大氣腐蝕。離子鍍功能厚膜主要用在提高工件耐磨性和耐蝕性。專利號:CN201210253921.X采用離子鍍氮化鋯或氮化鉻代替現(xiàn)行電鍍裝飾鉻工藝中電鍍鎳層，離子鍍鉻或鈷代替電鍍裝飾鉻工藝中電鍍鉻層；離子鍍超硬鉻代替電鍍硬鉻，離子鍍金屬化合物光亮劑鍍膜，如:三氧化二鋁或二氧化硅提高離子鍍膜光亮性。該專利實現(xiàn)了膜層中沒有Ni元素、對人體無害、硬度高耐磨性好等特點。近些年來國外也提出利用離子鍍替代電鍍技術，如:美國、日本開展了“多組電阻坩鍋蒸發(fā)源離子鍍鋁替代電鍍鎘、電鍍鋅”和“空心陰極離子鍍鉻替代電鍍鉻”方面的研宄工作，并已取得較好成果。其中，日本用碳鋼螺栓離子鍍鋁替代不銹鋼己投入生產。但是，在現(xiàn)階段，除了在不銹鋼材料表面可直接進行真空離子鍍夕卜，在很多其他材料(如:鋅合金、銅、鐵等)的工件上進行真空離子鍍膜前都需要先對它們進行(化學)電鍍鉻。由于沒有完全取代電鍍，環(huán)境污染問題依然沒有解決。此外，離子鍍工藝最大的問題是溫度高、液滴多、膜層粗糙、應用基材有限，所制備涂層內部容易存在結構缺陷以及穿透性裂紋(針孔)，從而導致耐腐蝕性能不能保證。盡管通過提高涂層厚度可以彌補上述問題，但成本的大幅度提高和光潔度、結合力的顯著下降限制了這項技術的應用和推廣。
【實用新型內容】:
[0008]針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層，該裝飾防護層具有裝飾效果好、顏色多樣可調、耐腐蝕性能高、表面硬度及耐磨性高等性能特點。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是:
[0010]一種可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層，該裝飾防護層由“①一層金屬層或兩層金屬層或三層金屬層或周期多層金屬層”和/或“②陶瓷層”與“③有機涂料層或無機涂料層”組成，從基材與裝飾防護層界面開始，當裝飾防護層由兩層組成時，第一層為金屬層和/或陶瓷層，最外一層為有機涂料層或無機涂料層；當裝飾防護層由三層組成時，第一層為金屬層或有機涂料層或無機涂料層，中間層為金屬層和/或陶瓷層，最外一層為有機涂料層或無機涂料層或陶瓷層或金屬陶瓷層；當裝飾防護層為兩組以上時，上述裝飾防護層按周期循環(huán)排列。
[0011]所述的可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層，金屬層和/或陶瓷層的厚度為0.05?1.0微米，當金屬和陶瓷混相時稱為金屬陶瓷層。
[0012]所述的可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層，有機涂料層或無機涂料層是厚度為0.5?10.0微米的環(huán)氧類、丙烯酸類、醇酸類、聚氨酯類、氨基類、氟碳類、有機硅類、無機硅類、水玻璃類或上述材料改性的透明或著色涂層。
[0013]所述的可以代替電鍍的材料表面裝飾防護層，基材是金屬、塑料、陶瓷或玻璃基材。
[0014]本實用新型采用真空蒸鍍、磁控濺射技術與電弧離子鍍技術的原理如下:
[0015]真空蒸發(fā)鍍膜是在真空條件下，用蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)物質使之汽化，蒸發(fā)粒子流直接射向基片并在基片上沉積形成固態(tài)薄膜的技術。其主要優(yōu)點是設備與工藝相對比較簡單，可沉積非常純凈的膜層，也可制備具有特定結構和性質的膜層；磁控濺射技術的工作原理是:真空室內，通過放電將惰性氣體如氬原子電離成氬離子和電子，在磁場作用和束縛下的電子增加了與氬原子的進一步碰撞并產生更多的氬離子和二次電子。氬離子在電場的作用下加速轟擊金屬靶材，濺射出大量的靶材原子并高速運動至基片表面成膜。其優(yōu)點是:膜層質量高、結構致密、與基材附著力好。電弧離子鍍技術是結合了蒸發(fā)與濺射技術而發(fā)展的一種PVD技術。在真空