對合金輪施加塗層的方法與流程
2023-05-29 02:38:41 1
在先申請
本申請要求美國臨時專利申請no.62/077447(申請日為2014年11月10日)的優先權。
本申請總體上涉及對鑄造合金輪施加塗層的方法，用於提高耐久性。更具體地說，本申請涉及一種用等離子體處理鑄造合金輪的方法，作為用於提高耐久性的塗覆方法的一部分。
背景技術：
提高外部汽車部件的耐久性是一直在進行的努力。特別地，已知的是：金屬基材的外部塗層的修整或其它磨損將導致防氧化塗層的加速失效，這表現為在鋁合金部件上的白鏽。對於鋁製輪尤其是這樣，該鋁製輪需要大量的處理，以便提供美觀且能夠抵抗修整和鏽蝕的表面。迄今為止，在鑄造合金輪上進行的處理都不能提供oem客戶要求的增強的耐久性。
典型的鑄造合金輪的三維構造增加了塗層處理的複雜性。該方法包括多個步驟，開始於通過鑄造處理來形成合金輪，以便獲得三維構造。在形成後，對合金輪進行機械加工，以便提供具有合適構造的光滑表面。機械加工後，對整個輪進行預處理，包括液體清潔和添加轉化塗層，以便提供耐腐蝕性和提高塗料粘附。已知轉化塗層包括酸性洗滌劑，以便製備合金的表面以接收塗料塗層。在用轉化塗層處理之後，對該合金輪塗上粉末底漆和液體彩色塗層，然後，有時對合金輪的面再次進行機械加工，以便露出明亮的機械加工表面，從而達到所希望的美觀效果。合金輪的機械加工部分再次用轉化塗層來處理，並塗上粉末或液體透明塗層，以便提供兩色調的外觀，其中，該合金輪的面呈現明亮的機械加工表面，且該合金輪的三維輪廓的其餘部分呈現彩色塗層。
該方法不僅非常費力，而且透明塗層的耐久性(特別是在輪表面上)沒有跟上不斷增長的消費者預期。與維護和操作施加設備(該施加設備用於施加轉化塗層)相關聯的成本正在變得越來越高，同時並沒有提供所需的耐久性。因此，人們希望提高合金輪的塗層表面的耐久性，同時減少提供耐久性塗層所需的步驟數量。
技術實現要素：
這裡公開了一種對合金輪施加塗層的方法，以便提高耐久性。合金輪形成為具有確定面和凹入表面的三維構造。該合金輪的面進行機械加工，從而在該面上提供光滑表面，並確定在該面的光滑表面和凹入表面之間的邊緣。還提供了噴嘴元件，用於朝向該合金輪投射等離子體射流。等離子體射流朝向所述面的光滑表面、朝向所述邊緣和朝向至少一部分凹入表面投射，從而至少在所述面上以及在形成於所述面和凹入表面之間的邊緣上形成合金氧化物。第一聚合物塗層施加在所述面上、所述凹入表面上以及形成於所述面和所述凹入表面之間的邊緣上。
除了朝向輪表面投射等離子體射流之外，等離子體射流還可選地在施加第二塗料塗層之前投射至第一塗料塗層上。已經證明對第一塗料塗層進行等離子體處理能夠提高塗層之間的粘附。當與將等離子體射流投射至輪合金上組合地使用時，可以實現多層塗層的粘附和提高耐久性。
本申請的發明方法提供了現有技術塗層方法在以前不能獲得的提高的耐久性質量。在對經受本申請方法處理的輪進行性能測試之前，人們相信在用聚合物塗層來塗覆輪表面時，用傳統的轉化塗層來處理合金表面將提供最好的耐久性。通過提供意想不到的耐久性結果，加速測試後的提高超過了所有預期。根據astm測試程序，在溼室中的絲狀測試後，腐蝕幾乎沒有從劃入合金基體內的線延展。反過來，使用傳統轉化塗層的傳統輪塗層系統則顯示了超過3mm的腐蝕。
根據astmd3170標準，在通過本發明的方法而施加塗層的輪和通過傳統方法施加塗層的輪上進行砂礫計量測試。儘管塗層磨損，但是使用本發明的方法施加塗層的輪在經受砂礫計量測試之後沒有顯示出塗層的碎裂且具有astm等級a或最高等級。而採用傳統方法施加塗層的輪則顯示了在3-6mm範圍內的大量塗層碎屑。
附圖說明
通過下面結合附圖的詳細說明，將很容易和更好地理解本發明的其它優點，其中：
圖1顯示了輪和本發明的噴嘴元件的剖視圖；
圖2顯示了輪和本發明的噴嘴元件的可選實施例的剖視圖；
圖3顯示了本發明方法的一個實施例的流程圖；
圖4顯示了本發明方法的再一實施例的流程圖；
圖5顯示了本發明方法的又一實施例的流程圖；以及
圖6顯示了本發明方法的再一實施例的流程圖。
具體實施方式
本發明的對鋁輪施加塗層的方法提供了優於現有技術的改進方法，同時提高了輪的耐久性。下面參考圖1，鋁輪的截面總體以附圖標記10表示。輪10通過傳統的成形方法來形成，並包括輪的機械加工面12，以便形成「明亮的機械加工」表面。還包括形成凸耳孔13和閥杆孔15的附加機器操作，但它們並不在本發明的範圍內。輪10確定了輪軸線a，輪環繞該輪軸線旋轉，如本領域技術人員公知。輪10還包括三維構造，該三維構造有凹入表面14，該凹入表面確定輪輻的側面和輪緣17的可見部分。邊緣19布置在機械加工面12和凹入表面14之間。
噴嘴元件21包括等離子體噴嘴23，該等離子體噴嘴安裝在鉸接臂25(例如機器人臂)上。等離子體噴嘴23在大氣環境中投射等離子體射流27，如在美國專利no.6677550中所述，該文獻的內容被本文參引。噴嘴23由plasmatreatgmbh提供。不過，也可以使用其它能夠提供大氣等離子體射流的等效噴嘴23。需要時，氣體管線29將反應氣體供給至噴嘴23中。本發明人考慮了矽氧烷或其它反應物將滿足要求，如後面更清楚所述。
鉸接臂25使得噴嘴23在相對於輪軸線a大致平行的方向上側向運動以及相對於輪10徑向向內和向外運動。在處理過程中，輪10環繞軸線a旋轉，同時噴嘴21朝向輪10投射等離子體射流27。當輪旋轉時，鉸接臂使噴嘴21沿徑向方向運動，以使得等離子體射流27接觸輪的整個面12和邊緣19。噴嘴23繼續將等離子體射流27投射至在輪10的輪輻33和凸耳孔13之間的開口空間31中，以使得凹入表面14的至少一部分受到等離子體處理。
在圖2中顯示了可選實施例，其中包括兩個噴嘴元件21。各噴嘴元件21包括安裝在鉸接臂25上的噴嘴23。相信兩個噴嘴元件21將使得等離子體處理的循環時間減少一半。各噴嘴21沿與軸線a平行的側向方向以及相對於輪的徑向方向運動。在一個實例中，輪只運動180°，同時噴嘴在合適位置處投射等離子體射流27。還考慮輪能夠保持在靜止位置，同時各鉸接臂25使得各噴嘴23繞輪10運動，包括在凹入表面14處直接投射等離子體。人們還相信超過兩個的噴嘴元件21能夠選擇為進一步減少循環時間。
在可選實施例中，多個噴嘴從軸線a徑向向外延伸，以使得輪只需要轉動一個360°旋轉就將完成等離子體處理。在還一實施例中，多個噴嘴29設置成從軸線a徑向向外延伸的x或十字形形狀，以使得輪只需要轉動90°就將實現完全等離子體覆蓋，或者根本不轉動，而是鉸接臂25使得噴嘴29環繞輪10運動。
下面參考圖3，第一實施例的流程圖總體表示為附圖標記16，其中，各編號方框代表輪10的處理和施加塗層的不同步驟。輪10首先形成為幾何上合適的構造，如在步驟18中所述。在形成步驟18之後，對輪10進行傳統的清潔和預處理，如步驟20中所述，在該步驟中，酸性清潔劑(例如基於磷酸的清潔劑)清潔輪的表面，並執行鋯鈦分子蝕刻，以便形成鋯基轉化塗層，從而製備用於施加塗料塗層的、輪的整個表面。在預處理步驟20之後，將基底塗層施加至整個輪表面，從而提供底漆表面，如步驟22中所述。在步驟22中施加基底塗層之後，彩色塗層施加給至少輪10的三維表面14，如圖在步驟24中所述。在步驟24中的彩色塗層(有時稱為基底塗層)包括用於顏色的顏料和用於增加三維表面14的視覺深度的金屬薄片，以便進一步提高輪10的美觀性。在顏色塗層步驟24之後，對輪10的面12在車床上進行機械加工，以便提供具有明亮機械加工外觀的大致平表面，如步驟26中所述。本領域普通技術人員應當知道，在各塗料施加步驟20、24、32之後，塗料在塗料烘箱中固化。
在輪10的面12上執行機械加工步驟26之後(這時該面是裸露的光滑的機械加工後的鋁)，面12進行幹化預處理，如步驟28中所述。幹化預處理步驟28包括洗滌28a和漂洗28b輪10，以便通過除去合金磨屑、灰塵和脫模劑而使得面12為清潔表面。在漂洗之後，對輪的面12進行等離子體處理，該等離子體處理有大氣等離子體射流27，用於對輪10的面12進行幹化清潔。這在圖1中最好地顯示，其中，等離子體噴嘴23顯示為將等離子體射流27提供至包括輪10的面12的明亮機械加工表面上。
在該實施例中，輪10在軸線a(圖3)上進行樞軸轉動，同時噴嘴29從輪緣17附近朝向軸線a(圖1和圖2)運動，以向輪10的明亮機械加工面12以及布置在輪10的三維表面14和面12之間的邊緣30提供等離子體處理28c(圖4)。在該實施例中，在步驟28c中使用的等離子體射流27包括向輪10的明亮機械加工面12提供快速幹化清潔的噴射圖案。
在圖4的步驟28d中，進行幹化轉化過程，其中，將矽氧烷或等效反應劑注射至等離子體射流31中，因此鋁矽氧烷分子結構或其它合金矽氧烷結構形成於輪10的明亮機械加工面12上。在該實施例中，本發明人考慮等離子體射流31的直徑為大約6mm。不過，也可以使用上述步驟28b的幹化或等離子體的噴嘴23構造的多種實施例。而且，希望用於兩個步驟28c和28d的噴嘴23離輪10的明亮機械加工面12為有效距離。在一定程度上，輪10的明亮機械加工面12並不是基本平面形，噴嘴23朝向輪10的面12運動，以便保持離該面12的有效距離，如上所述。還如上所述，邊緣19也承受等離子體射流27。
在幹化轉化步驟28d之後，執行幹化預熱步驟28e，以便製備用於施加透明塗層塗料的輪，如在步驟32中所述。根據特殊輪的需要和性能要求，透明塗層為粉末或液體。在透明塗層固化後，輪準備進行包裝和運輸，如在步驟34中所示。
在圖4中顯示了可選實施例。在該實施例中，在步驟36形成輪，如上所述。在形成之後，整個輪進行顏色預處理，如在步驟38中所述。在顏色預處理步驟38的過程中，整個輪進行洗滌和漂洗，如在步驟38a和38b中所述，以便從輪10表面的鑄造部上清除汙染物。整個輪10進行大氣等離子體清潔處理，如在步驟38c中所述。在該實施例中，輪布置於真空室中，在該真空室中，等離子體氣體對輪10的整個表面進行等離子體清潔。在等離子體清潔步驟38c之後，執行等離子體或幹化轉化步驟38d。在該步驟38d中，所述室再次保持為真空，且在等離子體處理整個輪之前注射矽氧烷氣體或等效反應劑。因此，整個輪包括矽氧烷鋁或等效矽氧烷合金蝕刻表面。在等離子體轉化步驟38d之後，輪10進行幹化預熱步驟38e，從而完成輪10的幹化預處理步驟38。在幹化預處理步驟38之後進行基底塗層或底漆施加，如在步驟40中所述。在基底塗層施加步驟40之後，以與上面所述類似的方式來執行顏色施加步驟42。
輪10的面12進行機械加工步驟44，該機械加工步驟與上面所述類似的方式進行，以便露出明亮的機械加工面12。在機械加工步驟44之後，進行幹化預處理步驟46，該幹化預處理步驟與在上述實施例的步驟28中所述的透明預處理步驟類似。因此，在該實施例中，輪10的明亮機械加工面12在進行透明塗層施加步驟48之前通過等離子體射流27來進行大氣等離子體清潔和等離子體轉化。如上所述，透明塗層施加採取粉末透明塗層或液體透明塗層的形式。還如上所述，在各塗料施加步驟40、42、48之後，塗料在塗料烘箱中固化。一旦透明塗層固化，輪就進行包裝，以運送給客戶。
在圖5中顯示了另一實施例。在該實施例中，第一步驟是形成步驟47，在該形成步驟之後，輪10進行顏色預處理步驟49。顏色預處理步驟49是傳統的顏色預處理(其中，輪進行液體清潔和液體轉化)，或者是需要時進行幹化清潔和幹化轉化。在顏色預處理步驟49之後，輪進行基底塗層施加步驟50。該步驟包括提供底漆，特別是向輪10的三維表面14提供。在基底塗層施加步驟50之後，執行塗層間轉化步驟52，從而對布置在輪10上的基底塗層進行幹化等離子體清潔52a，如上所述，然後進行等離子體的幹化轉化步驟52a，該等離子體有布置在等離子體射流中的矽氧烷或其它反應劑，以便改變在基底塗層施加步驟50中施加的基底塗層的化學組成。
在塗層間轉化步驟52之後，該輪通過顏色施加步驟54而接收彩色塗層，特別是在三維表面14上。然後，輪10的面12進行機械加工步驟56，以便提供明亮機械加工表面，然後，該明亮機械加工表面進行透明預處理步驟58，該透明預處理步驟是傳統的液體預處理，或者是使用上述等離子體射流27的等離子體清潔和等離子體轉化處理。當透明預處理步驟58完成時，透明塗層施加步驟60對整個輪10提供美觀的表面光潔度。如上所述，在各塗覆步驟50、54、60之後，塗料在塗料烘箱中固化。一旦完成，輪10就進行包裝，以運送給客戶。
下面參考圖6，圖中顯示了本發明的靈活性，其中，利用本發明的等離子體清潔和等離子體轉化步驟，可選和冗餘的幹化處理步驟可以應用於輪10。這樣，輪在步驟62中形成，隨後進行顏色預處理步驟64，該顏色預處理步驟利用液體清潔和液體轉化進行塗覆。接下來是基底塗層施加步驟66，底漆施加給輪10。
在基底塗層施加步驟66之後，輪進行塗層間轉化步驟68，該塗層間轉化步驟以與上述實施方案中所述相同的方式進行，利用在基底塗層施加步驟66中施加的底漆的等離子體清潔68a和等離子體轉化步驟68b。在塗層間轉化步驟68之後，輪10進行顏色施加步驟70，因此，彩色塗層至少施加給輪10的三維表面14。
在顏色施加步驟70之後，在機械加工步驟72中，輪10的面12在車床上機械加工，以便在輪10的面12上提供明亮機械加工表面。在機械加工步驟72之後，進行透明預處理步驟74，其中，輪10首先在洗滌步驟74a中進行洗滌和在漂洗步驟74b中進行漂洗。在漂洗步驟74b之後，利用環境等離子體射流27進行幹化清潔步驟74c和幹化轉化步驟74d，該環境等離子體射流包括矽氧烷或等效反應劑(就如前面所述的那樣)。在幹化轉化步驟74d之後，將輪進行乾燥並預熱，隨後進行透明塗層施加步驟76，以便對整個輪施加透明塗層。如上所述，在各塗覆步驟66、70、76之後，塗料在塗料烘箱中固化。在透明塗層步驟76完成之後，輪10進行包裝，以運送給顧客。
本領域普通技術人員應當知道，各等離子體步驟不僅對輪10的至少明亮機械加工表面12進行幹化清潔，且使用矽氧烷或類似反應化合物的幹化轉化也使過渡邊緣19進行相同的預處理。在各實施例中，當進行碎屑測試和腐蝕測試時，輪的耐久性表現出意想不到的增強結果。由本發明人考慮的幹化清潔和幹化轉化步驟的各種施加方法包括2d轉動輪廓，其中，輪10沿著三維cnc表面輪廓在它的軸線a上樞軸轉動，因此，等離子體射流27通過鉸接臂25而跟隨輪的輪廓，且在環境和矽氧烷增強步驟中，整個輪的等離子體處理都在低真空環境中進行。
已經以示例說明的方式介紹了本發明，應當理解，使用的術語將是說明性質，而不是限制。顯然，根據上述教導，本發明能夠進行多種變化和改變。因此，應當理解，在本說明書中，附圖標記只是為了方便，而決不是限制，本發明可以以與這裡特別所述不同的方式來實施。