一種不鏽鋼複合材料及其製備方法

2023-06-27 23:32:56 2

專利名稱：：一種不鏽鋼複合材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種不鏽鋼複合材料，還涉及該不鏽鋼複合材料的製備方法。
背景技術：
：傳統的不鏽鋼表面裝飾採用拋光、拉絲、緞面和噴砂等方法，此類方法均能在一定程度上改變不鏽鋼的外觀，使不鏽鋼表面具有一定的美觀效果。還可以採用不鏽鋼著色技術使不鏽鋼表面具有各種各樣的顏色，一般的不鏽鋼著色技術可以採用直接氧化不鏽鋼表面著色、薄膜幹涉、噴塗、絲印等技術，但採用直接氧化不鏽鋼表面著色以及採用薄膜幹涉雖然能夠得到表面為彩色的不鏽鋼材料，但其工藝的穩定性較差、較難實現顏色的重複性。採用噴塗、絲印等方法所得到的不鏽鋼產品的耐磨性較差，顏色及美觀性均不理想。
發明內容本發明的目的在於克服上述現有技術中的不鏽鋼產品的耐磨性較差的缺陷，提供一種耐磨性較好的不鏽鋼複合材料，還提供了該不鏽鋼複合材料的製備方法。本發明提供了一種不鏽鋼複合材料，該複合材料包括不鏽鋼基材，其中，該複合材料還包括位於該不鏽鋼基材表面的含金屬鈦層和位於含金屬鈦層表面的含氧化鈦層。本發明還提供了一種不鏽鋼複合材料的製備方法，該方法包括在不鏽鋼基材表面形成含金屬鈦層，在所述含金屬鈦層表面形成含氧化鈦層。根據本發明提供的不鏽鋼複合材料及其製備方法，使不鏽鋼複合材料表面獲得各種需要的色彩，且耐磨性很好。並且通過本發明的製備方法，在優選情況下，通過調節操作條件，可以使不鏽鋼複合材料表面獲得各種需要的色彩，使不鏽鋼基材可以獲得更好的裝飾效果，從而可以提高產品的價值。具體實施例方式本發明提供的不鏽鋼複合材料包括不鏽鋼基材，其中，該複合材料還包括位於該不鏽鋼基材表面的含金屬鈦層和位於含金屬鈦層表面的含氧化鈦層。本文所描述的"不鏽鋼基材"表示不鏽鋼材料，當所述"不鏽鋼基材"存在於所述不鏽鋼複合材料中時，所述"不鏽鋼基材"表示在不鏽鋼材料表面形成含金屬鈦層後的不含金屬鈦的不鏽鋼材料部分；當所述"不鏽鋼基材"存在於所述不鏽鋼複合材料的製備方法中時，所述"不鏽鋼基材"表示未形成含金屬鈦層的初始不鏽鋼材料或者在不鏽鋼材料表面形成含金屬鈦層後的不含金屬鈦的不鏽鋼材料部分。根據本發明提供的不鏽鋼複合材料，優選情況下，所述含金屬鈦層的厚度為20-80微米，所述含氧化鈦層的厚度為0.05-1微米。根據本發明提供的不鏽鋼複合材料，優選情況下，所述含金屬鈦層為不鏽鋼的滲金屬鈦層。由於該含金屬鈦層為不鏽鋼的滲金屬鈦層，因此本發明不鏽鋼複合材料中與不鏽鋼基材的結合力非常好。根據本發明提供的不鏽鋼複合材料，優選情況下，距離所述含金屬鈦層和含氧化鈦層的接觸表面3微米以內的含金屬鈦層的鈦含量至少為70重量%，所述含氧化鈦層的氧化鈦含量至少為85重量％。本發明提供的不鏽鋼複合材料的製備方法包括，在不鏽鋼基材表面形成含金屬鈦層，在所述含金屬鈦層表面形成含氧化鈦層。根據本發明提供的製備方法，所述含金屬鈦層可以採用各種方法來形成，優選情況下，所述在不鏽鋼基材表面形成含金屬鈦層的方法包括對不鏽鋼基材表面進行離子滲金屬鈦，且離子滲金屬鈦的條件使所述含金屬鈦層的厚度為20-81微米。根據本發明提供的製備方法，在優選情況下，離子滲金屬鈦的條件使所述含金屬鈦層表面3-4微米以內的含金屬鈦層的鈦含量至少為70重量％，更優選所述含金屬鈦層表層3微米內的最低含鈦量為85%;並且優選含金屬鈦層表面的鈦含量至少為95重量％，最優選含金屬鈦層表面為純金屬鈦層。根據本發明提供的製備方法，所述離子滲金屬鈦的方法為本領域技術人員公知的。優選情況下，離子滲金屬的條件包括電壓為200-1000伏、溫度為300-1200。C、惰性氣體的絕對壓力為10-1000Pa、時間為3-15小時。所述惰性氣體可以採用氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氡氣中的一種或幾種，並優選採用氬氣。所述離子滲金屬方法優選採用雙輝離子滲金屬方法，該方法的具體過程及操作方法為採用氬氣真空低壓輝光放電使金屬鈦受激發變為離子及原子，滲入到不鏽鋼基材表面，形成鈦合金層，並且在優選情況下，隨著離子滲鈦的不斷進行，金屬鈦沉積在不鏽鋼基材表面，從而在不鏽鋼基材即鈦合金表面形成純金屬鈦層。在本發明的此優選情況下，將鈦合金層和純金屬鈦層統稱為含金屬鈦層。根據本發明提供的製備方法，所述含氧化鈦層可以採用各種本領域技術人員公知的方法來形成，優選採用陽極氧化的方法形成，且陽極氧化的條件使所述含氧化鈦層的厚度為0.05-1微米。根據本發明提供的製備方法，由於陽極氧化不能在不鏽鋼基材上進行，因此對於表面形成有20-81微米的含金屬鈦層的陽極氧化是將該含金屬鈦層中的金屬鈦進行陽極氧化，本發明的發明人發現，通過保證距離所述含金屬鈦層和含氧化鈦層的接觸表面3微米以內的含金屬鈦層的含鈦量至少為70重量％時，即可有效提高含氧化鈦層的附著力，因此，本發明優選將上述的離子滲金屬的條件限制在距離所得含金屬鈦層和含氧化鈦層的接觸表面3微米以內的含金屬鈦層的含鈦量至少為70重量％，更優選至少為85%。根據本發明提供的製備方法，所述陽極氧化的條件為本領域技術人員公知的。通過控制陽極氧化的操作條件可以獲得不同厚度的含氧化鈦層，而由於不同厚度的含氧化鈦層具有不同的顏色，從而可以使本發明的不鏽鋼複合材料獲得不同的顏色。例如，含氧化鈦層的厚度為0.78微米左右時，本發明的不鏽鋼複合材料表面具有紅黃色；厚度再少許增大，顏色變為玫瑰紅，厚度少許減小，顏色變為黃色或淺黃綠。例如，陽極氧化的條件可以包括，使表面形成有含金屬鈦層的不鏽鋼基材作為陽極與電解液接觸，以不與電解液反應的導電材料為陰極，電壓為1-110伏，電流密度為0.05-0.8A/dm2，電解液的溫度為15-35°C，陽極氧化的時間為5-50分鐘。所述陰極可以採用不鏽鋼、鉑、鉛板、石墨等，優選採用不鏽鋼作為陰極。可以通過控制上述條件中的電壓、時間控制含氧化鈦層的厚度，從而可以獲得需要的顏色。根據本發明提供的製備方法，所述陽極氧化所使用的電解液可以為本領域技術人員公知的各種電解液，一般為酸性電解液。在本發明中，優選採用含有磷酸、草酸和氟化氫等弱酸的電解液，亦可採用硫酸等強酸。例如，本發明所採用的電解液為含有磷酸50-180g/L、草酸5-20g/L、氟化氫5-30g/L的水溶液。根據本發明提供的製備方法，如果需要獲得預定的圖案，可以將具有該圖案的模覆蓋在不鏽鋼材料上或者在不鏽鋼材料表面用模將該圖案的外部覆蓋，然後依次進行離子滲金屬和陽極氧化，即可獲得所需要的圖案。根據本發明提供的製備方法，在優選情況下，本發明的製備方法還包括對不鏽鋼材料進行前處理，對不鏽鋼材料所進行的前處理通常包括拋光和清洗或者僅進行清洗。拋光可以採用本領域技術人員公知的各種拋光方法，例如可以採用機械拋光、化學拋光和電解拋光。清洗可以採用本領域技術人員公知的各種方法，可以直接採用廠家配置的金屬清洗劑，也可以直接配製，例如可採用含有NaOH10-15克/升、Na2C0310-20克/升、Na3P04'12H2050-70克/升和水玻璃5-10克/升的水溶液的清洗液進行清洗，優選還可以配合超聲波振動進行清洗。下面採用實施例的方式對本發明進行進一步詳細地描述。實施例1工件已衝壓成型的不鏽鋼(北美不鏽鋼公司，304)手機外殼1、前處理(1)機械拋光採用東莞市晶密機械設備有限公司生產的拋光機(JM-101型)用江門傑利信拋磨材料有限公司生產的黃色中粗拋光油膏(SBT-600型)在拋光輪的轉速為2840轉/分鐘的條件下對工件進行粗拋10分鐘，再用白色精拋油膏(SBW-804型號)在拋光輪的轉速為2840轉/分鐘的條件下對工件進行精拋IO分鐘。(2)清洗對上述拋光後的工件依次浸泡在常溫除臘水、除油粉溶液及7(TC的去離子水中進行超聲波清洗，清洗時間依次為5分鐘、5分鐘、IO分鐘，各步之間均用水洗滌。其中除臘水和除油粉均為麥德美精細化工有限公司產品。清洗完畢後烘乾。2、離子滲金屬將上述前處理後的工件放入離子滲金屬設備(多功能等離子體表面改性設備，武漢首發表面工程有限公司，型號LDMC-15A/LD-15A)中進行離子滲鈦，所採用的電壓為500±50伏，氬氣的絕對壓力為30±10帕，溫度為300-650°C，滲鈦時間為5小時。金相組織檢測(德國ZEISS金相顯微鏡，型號AxioImager.Alm)測試出，在不鏽鋼基材表面獲得厚度為50微米的含金屬鈦層，用能譜儀檢測分析(日本ULVAC-PHI公司1800型光電子能譜儀)測試出，含金屬鈦層表面3微米內的鈦含量90重量％。然後，對所得離子滲金屬後的工件進行粗拋並使用超聲波用乙醇(濃度99.9重量％，天津化學試劑廠)進行除油清洗。3、陽極氧化將上述進行前處理後的不鏽鋼基材浸入電解槽的電解液中，以工件為陽極，以不鏽鋼板為陰極，在電壓為30V，電流密度為0.2A/dm2，且在電解液的溫度為25"C的條件下進行陽極氧化，陽極氧化的時間為20分鐘。電解液為含有磷酸100ml/L、草酸15g/L、比重為1.13g/cm3的氫氟酸15ml/L，pH值為3的水溶液。取出工件清洗乾淨並在50-75"C下烘乾，最終得到表面為深藍色的不鏽鋼手機外殼產品。測得該產品的含氧化鈦層的厚度為0.5微米，氧化鈦含量為92重量％，含金屬鈦層的厚度為50微米，且含金屬鈦層表層3微米內的鈦含量為88%。實施例2工件300X60X0.5mm的不鏽鋼板(通用不鏽鋼合金，304)1、前處理清洗對上述拋光後的工件依次浸泡在常溫除臘水、除油粉溶液及70。C的去離子水中進行超聲波清洗，清洗時間依次為5分鐘、5分鐘、IO分鐘，各步之間均用水洗滌。其中除臘水和除油粉均為麥德美精細化工有限公司產品。清洗完畢後烘乾。2、離子滲金屬將上述前處理後的鋼板放入離子滲金屬設備(多功能等離子體表面改性設備，武漢首發表面工程有限公司，型號LDMC-15A/LD-15A)中進行離子滲鈦，所採用的電壓為600±50伏，氬氣的絕對壓力為50帕，溫度為750士25。C，滲鈦時間為8±0.5小時。金相組織檢測(德國ZEISS金相顯微鏡，型號AxioImager.Alm)測試出，在不鏽鋼基材表面獲得厚度為30微米的含金屬鈦層，用能譜儀檢測成(日本ULVAC-PHI公司1800型光電子能譜儀)測試出，含金屬鈦層表面3微米內的鈦含量92%。然後，對所得離子滲金屬後的工件進行粗拋並使用超聲波用丙酮(濃度99.9重量％，天津化學試劑廠)進行除油清洗。3、陽極氧化將上述進行前處理後的不鏽鋼基材浸入電解槽的電解液中，以工件為陽極，以不鏽鋼板為陰極，在電壓為10V，且在電解液的溫度為25"C的條件下進行陽極氧化，陽極氧化的時間為20分鐘。電解液為濃度為0.8體積％的氫氟酸(比重為1.13g/cm3)水溶液。取出工件清洗乾淨並在65°C下烘乾，最終得到表面為金黃色的不鏽鋼複合材料產品。測得該產品的含氧化鈦層的厚度為0.7微米，氧化鈦含量為94%，含金屬鈦層的厚度為30微米，且含金屬鈦層表層3微米內的鈦含量為90重量％。對比例1工件300X60X0.5mm的不鏽鋼板(通用不鏽鋼合金，304)按照實施例1的方法進行前處理。然後採用噴塗工藝，噴塗距離為20cm、噴槍直徑為1.2mm、噴塗壓力為0.2MPa、烘烤溫度為150。C、烘烤時間為18分鐘。塗料為亞加力烤漆(2000系列，東莞威霸實業有限公司、搭配廠家#201溶劑稀釋至40-60體積％)。最終在不鏽鋼基材表面得到厚度為IO微米的塗層。性能測試1、結合力測試所採用的標準ISO2409。測試步驟在待測試的樣品表面劃出100個lmmXlmm的格子，劃格的深度至露出樣品底材，用美國3M公司生產的型號為600的透明膠帶粘貼在劃好的格子上，並使膠帶與格子完全粘貼，不可有折皺氣泡等現象。然後從膠帶單邊以180°水平方向迅速拖起膠帶。評價標準為5B切割邊緣完全光滑，格子的四角沒有變形；4B覆膜內部有小的剝落，小於5%的區域受到影響；3B覆膜邊緣和內部有小的剝落，格子有5-15%的區域受到影響；2B覆膜的邊緣和部分平面有脫落，影響的區域佔格子的15-30%;1B覆膜的切割邊緣剝落，並有大面積的帶和整塊分離，影響區域在35-65%;0B脫落和分離超過1B級要求。2、耐磨性使用型號為F350008的RCA紙帶耐磨儀，在175克力下磨擦樣品表面，至樣品表面磨至露底時，記錄橡膠輪轉動的圈數。採用上述測試方法對實施例1-2和對比例1所得到的不鏽鋼複合材料進行性能測試，所得結果列於表l中。tableseeoriginaldocumentpage12從上述實施例1-2和表1的數據可以看出，根據本發明的方法所得到的不鏽鋼複合材料可以具有鮮豔的色彩，耐磨性很好，並且在不鏽鋼複合材料中與不鏽鋼基材的結合力也很好，在現代不鏽鋼材料的裝飾領域中有很大的應用前景。權利要求1、一種不鏽鋼複合材料，該複合材料包括不鏽鋼基材，其特徵在於，該複合材料還包括位於該不鏽鋼基材表面的含金屬鈦層和位於含金屬鈦層表面的含氧化鈦層。2、根據權利要求1中所述的複合材料，其中，所述含金屬鈦層的厚度為20-80微米，含氧化鈦層的厚度為0.05-1微米。3、根據權利要求1或2所述的複合材料，其中，所述含金屬鈦層為不鏽鋼的滲金屬鈦層。4、根據權利要求1或2所述的複合材料，其中，距離所述含金屬鈦層和含氧化鈦層的接觸表面3微米以內的含金屬鈦層的鈦含量至少為70重量%，所述含氧化鈦層的氧化鈦含量至少為85重量％。5、權利要求1所述的不鏽鋼複合材料的製備方法，其特徵在於，該方法包括在不鏽鋼基材表面形成含金屬鈦層，在所述含金屬鈦層表面形成含氧化鈦層。6、根據權利要求5所述的方法，其中，所述在不鏽鋼基材表面形成含金屬鈦層的方法包括對不鏽鋼基材表面進行離子滲金屬鈦，且離子滲金屬鈦的條件使所述含金屬鈦層的厚度為20-81微米。7、根據權利要求6所述的方法，其中，離子滲金屬鈦的條件使所述含金屬鈦層表面3-4微米以內的含金屬鈦層的鈦含量至少為70重量％。8、根據權利要求5或6所述的方法，其中，所述離子滲金屬鈦的條件包括電壓為200-1000伏、溫度為300-1200°C、惰性氣體的絕對壓力為10-1000Pa、時間為3-15小時。9、根據權利要求5所述的方法，其中，所述在所述含金屬鈦層表面形成含氧化鈦層的方法包括對含金屬鈦層的表面進行陽極氧化，且陽極氧化的條件使所述含氧化鈦層的厚度為0.05-1微米。10、根據權利要求9所述的方法，其中，所述陽極氧化的條件包括，使表面形成有含金屬鈦層的不鏽鋼基材作為陽極與電解液接觸，以不與電解液反應的導電材料為陰極，電壓為1-110伏，電流密度為0.05-0.8A/dm2，電解液的溫度為15-35°C，陽極氧化的時間為5-50分鐘。11、根據權利要求IO所述的方法，其中，所述電解液為含有磷酸、草酸和氟化氫的水溶液，且該電解液中，磷酸的濃度為50-180g/L、草酸的濃度為5-20g/L、氟化氫的濃度為5-30g/L。全文摘要本發明提供了一種不鏽鋼複合材料，該複合材料包括不鏽鋼基材，其中，該複合材料還包括位於該不鏽鋼基材表面的含金屬鈦層和位於含金屬鈦層表面的含氧化鈦層。本發明還提供的該不鏽鋼複合材料的製備方法。根據本發明提供的不鏽鋼複合材料及其製備方法，使不鏽鋼複合材料表面獲得各種需要的色彩，且耐磨性很好。並且通過本發明的製備方法，在優選情況下，通過調節操作條件，可以使不鏽鋼複合材料表面獲得各種需要的色彩，使不鏽鋼基材可以獲得更好的裝飾效果，從而可以提高產品的價值。文檔編號B32B15/01GK101642972SQ200810135480公開日2010年2月10日申請日期2008年8月7日優先權日2008年8月7日發明者剛王,強郭申請人:比亞迪股份有限公司