零件的光澤覆層鍍覆方法及按該方法鍍覆後所得的零件的製作方法

2023-06-01 20:50:56 6

專利名稱：零件的光澤覆層鍍覆方法及按該方法鍍覆後所得的零件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來對零件，優選運輸工具零件，尤其車輪或輪圈塗覆光澤覆層的方法。該方法優選用來塗覆輕金屬車輪，以便在車輪上產生金屬光澤。該方法同樣可用於不論內用還是外用的運輸工具零件。此外，該方法還可用於各種不同應用領域的日用品，以獲得一種特殊的光學效果或者改進的使用性能及防蝕性能。這些日用品的例子有儀器儀表外殼。本發明的主題還涉及一種按上述方法製得的運輸工具零件，優選是車輪。
人們已知，為使這樣的製品—尤其車輪—能耐腐蝕，對之塗覆由油漆組成的覆層體系(G 8103758 U1)。在陰極電泳塗覆的底漆層上，塗覆一層添加顏料的面漆層，該面層藉助電子束來固化。在該層上再塗覆一層同樣用電子束固化的清漆面層。這種塗層體系的不足之處在於，僅僅只能產生有條件的金屬光澤顏色。
人們已知，在輕金屬車輪上形成各種彩色層(EP-0525867 A1)。為此，塗覆一種雙層體系，而且兩層均為漆層。第一層由一種含有底色的漆組成，而第二層則由一種含有雲母類顏料的透明漆組成。其缺點在於，使用這種塗層體系不能獲得真的金屬光澤，而只能通過添加顏料來模仿金屬光澤。
眾所周知，以真空鍍覆法，尤其是磁控管蒸鍍法可在各種物體上沉積不同顏色與光澤效果的覆層。
在真空室中，將待鍍覆物體與一個或多個靶對置，所述靶由所鍍覆層的材料或其一種組分組成。在靶與待鍍物體之間引發氣體放電，以產生等離子體，並使靶的顆粒汽化。作靶材用的是金屬、金屬合金或金屬化合物。但金屬化合物也可通過反應磁控管汽化來沉積，進行這種汽化時，使金屬汽化，並在真空室中另外引入一種反應性氣體，例如O2、N2。經適當選擇材料，在可能有的情況下結合使用一種工藝氣體，則可製得不同顏色的覆層。為使這種蒸鍍上的覆層在很小應力下能防止腐蝕和機械磨損所致的損壞，在金屬光澤層上按物理氣相沉積法(PVD)與化學氣相沉積法(CVD)沉積堅硬而耐磨的覆層作為覆蓋層。這種具保護層的金屬光澤層，其缺點在於，對於高機械負荷及高腐蝕負荷而言，例如車輪，這種保護並不充分。此外，這些覆層的製備成本也很高。
本發明賴以為基礎的發明目的是，提供一種對零件，優選運輸工具零件，尤其車輪鍍覆光澤層的方法，以此方法可在所述零件的表面或某些部位上產生許許多多不同的金屬色調。優選應能對由金屬製造的，尤其是輕金屬合金製造的車輪，而且優選對其可見表面進行鍍覆。該光澤層也應具有持久的耐蝕性，並能經得住高機械負荷，例如車輪抗磨損和石子撞擊即為此情況。該方法及按該方法所鍍覆零件能以低廉的成本製備或鍍覆。
依照本發明，上述發明目的以權利要求1、2或3以及11中所述的技術特徵來實現。有利的進一步發展記載於從屬權利要求4至10以及12至21中。
依照本發明，以多層覆層的組合來獲得零件的，尤其車輪的，優選其可見部位的光澤鍍覆。在一種實施方式中，第一道工序以已知的方式塗覆一層例如由一種過程最優化的粉末烤漆或一種濺射漆組成的平滑防蝕漆底層。接著，在第二道工序中，在真空室中經磁控管蒸發法在待鍍零件上鍍覆一層厚度為10nm至5μm，優選為100nm至500nm的高光澤層。視所需製備的色調而定該高光澤層可由金屬、金屬合金或金屬化合物來製備。取決於欲獲得的高光澤層色調和所用的鍍覆材料，即靶材料，採用合宜的磁控管蒸發方案。主要的方案是經引入反應性氣體或反應性氣體混合物如O2、N2、低分子量烴類對由塗層物質製成的靶進行的反應性汽化，或者非反應性汽化、直流汽化或以脈衝形式供給電能的脈衝磁控管汽化。此外可使用一個或多個靶，而且在使用多個靶時，將靶交替接成陽極和陰極。
此外，對製備一種由多組元化合物如鈦-鋁-氮化物製成的高光澤層而言，尤其可用的是本身已知的反應性脈衝磁控管濺射，進行這種濺射時，可在反應性氮氣氛中使用金屬鈦和金屬鋁製成的單一材料靶。所述脈衝磁控管濺射一方面可使過程(Prozessfuhrung)穩定、保險，並具有再現性地進行，這是用其它鍍覆方法所不可能實現的，因為其它鍍覆方法經常產生電火花放電(所謂的飛弧)。另一方面，可對兩種不同金屬制的靶經單純的電學手段，即調節佔空比，來調節鍍層的組成，從而在寬廣的極限範圍內調節光澤層的顏色，並保持恆定。在隨後的工序中，在高光澤層上以已知的方法塗覆一層透明的耐磨麵漆層。該面漆層以丙烯酸酯或聚氨酯或環氧樹脂為主成分或者由一種有機-無機化合物組成，優選由Ormocer組成。其厚度為0.5μm至100μm。現已發現，只有通過依次將兩種已知的塗漆工序同介於這兩道工序之間、在真空室進行的鍍層蒸鍍工序相結合，才能產生一種鍍層體系，這種鍍層體系能滿足對光學印象和耐腐蝕方面的高要求。
光澤鍍覆的一種有利進行的方式是，在塗覆抗腐蝕平滑漆層之前，先將零件表面，尤其是零件的待鍍覆部位，以機械方法打光，再鍍覆一層絡酸鹽層。
此外，還有利的是，在所述方法的另一種發展中，於鍍覆鉻酸鹽層之後與塗覆耐蝕底漆層之前，在鉻酸鹽層上鍍覆一層粉末漆層。
所述方法的一個有利發展還在於，以CVD法在高光澤層上塗覆所述由油漆組成的面屬即本發明覆層體系的最後一層。
如此，經磁控管汽化製得了在顏色和光澤方面以常規塗漆方法不能製得的、具有光學裝飾性能的覆層。這種可經廣泛選擇而製得的色調具有金屬光澤，也即它不需通過相應的添加顏料來模仿。色度板可從深、淺銀色經金色、紅棕到紫色。舉例來說，鈦-鋁-氮體系被證明是特別有利的。單獨用該體系就可以製備許多色調。但也可以採用其它體系，例如鋯-鋁-氮、鈦-鋯-氮來製備其它色調。其它色調可用銅或黃銅來實現。
除此之外，用磁控管汽化來鍍覆高光澤層既簡單，成本又低廉。對於三維形狀複雜的零件，可以獲得所有側面都良好的鍍層，這是用其他真空鍍覆方法如電子束蒸發、電弧蒸發、舟皿蒸發或離子鍍所不能實現的。
另一個優點在於，以本發明方法，即使相當敏感的高光澤層也能防止大負荷和環境的影響，例如鹼和酸的侵蝕。相當厚的底漆層和面漆層所具有的彈性，大大有助於減少高機械作用，例如石子撞擊和磨損。除此之外，有了底漆層，實現了對被塗覆零件的腐蝕防護並使粗糙表面，例如鍛造或鑄造的輕金屬車輪所具有的粗糙表面得以整平。從而，對隨後鍍覆光澤層來說，產生光滑的表面，並改善該層結合力。經在透明面漆層中附加各種添加劑，即可有的地另行調節光澤層的光澤，從而能獲得符合美學和流行要求的多層次光澤。
本發明另一個有利的發展在於，於塗覆底漆層之前，先對待塗覆表面進行機械磨光。除此之外，當在塗覆此層之前，通過加熱和/或浸蝕，在惰性氣體等離子體或反應性氣體等離子體中進行預處理，或者鍍覆結合力增強層(Haftvermittlerschicht)，還可改善高光澤層的結合力。對於由輕金屬製成的車輪而言，有利地是整個表面僅塗覆了安全的色層。從而降低了金屬的成本。
該光澤鍍覆方法可用來鍍覆由鋼、輕金屬(例如鎂、鈦、鋁及其合金)制的零件，而且也可用來鍍覆塑料零件。由這些材料製成的車輛零件，例如為反光鏡外殼、通風器柵格(Lueftergitter)、冷卻器柵架(Kuehlergrille)、車門把手、操縱旋鈕、附件、以及類似零件。運輸工具的內部零件或外部零件均可鍍覆一層光澤層。這些零件可以是鑄件、壓鑄件、或者組裝的塑料零件或板金工製件。在鍍覆塑料零件時，須以調整工藝參數的措施來考慮塑料零件鍍覆，尤其汽化上(Aufstaeuben)高光澤層的特殊條件和可能有的、輝光淨化之前的特殊條件。
在一個實施例中以多種方案對本發明予以詳細闡明。一種由Al、Mg、Ti輕金屬合金製成的車輪，應當主要在其輪圈(Felgenstemes)部位得到紫色的光澤層。為此，將該車輪於機械磨光之後，在第一道工序中以已知的方法塗以一層分布最優化的粉末烘烤漆。接著，在第二道工序中，將該車輪置於真空室中，使之處於真空室中所置磁控管汽化源的兩個靶之間。兩個靶之中，一者為鋁靶，而另一者為鈦靶。在將真空室抽空之後，將氬氣引入其中，並在此惰性氣氛中引弧。高光澤層的塗覆以已知方法經脈衝磁控管汽化來進行。塗覆時，以10kHz的頻率，使鋁靶和鈦靶交替地起輝光放電的陽極和陰極的作用。輸給兩靶的總功率為15kW。另外，往真空室中引入80sccm用作反應性氣體的氮氣，以將工作壓力調節到2×10-3mbar(毫巴)。為得到均勻的覆層起見使車輪在鍍覆過程中繞自身的對稱軸旋轉。在3min(分鐘)的鍍覆時間內，車輪上沉積出200nm(納米)厚的紫色高光澤層。在第三道工序中，以已知的方法緊貼光澤層塗上一層厚度為30μm、以聚氨酯為主要成分的面漆層。
如果所述零件—在本實施例中為車輪—由鎂製成，有利的是，在鍍覆覆層體系之前，先進行機械磨光，作為所謂的整平磨光(Glaettschleifen)。然而，為了除去表面上否則會對覆層質量產生不利影響的雜質，此工序對於其他材料制的零件也會是有利的。
在經機械磨光之後，先鍍一層鉻酸鹽層作為第一層，再在該鉻酸鹽層上鍍覆一層粉末漆層，以此也可將上述方法相宜地加以發展。
所述鉻酸鹽層優選以化學方法鍍覆並尤其以起防蝕作用為目的。同時，所述底漆層作為額外的防蝕層，作用會減弱。所述粉末漆層對外來影響，例如對石子撞擊車輪產生彈性阻抗。
權利要求
1.對零件，優選對運輸工具零件，尤其對車輪鍍覆一種覆層體系，的光澤覆層鍍覆方法，其特徵在於，該方法包括下列工藝步驟-塗覆一層防止腐蝕的底漆層，-在真空中，藉助磁控管噴鍍一種由金屬、金屬合金或金屬化合物組成的高光澤鍍層，-塗覆一層透明、耐磨的面漆層。
2.對零件，優選對運輸工具零件，尤其對車輪鍍覆一種覆層體系，的光澤覆層鍍覆方法，其特徵在於，該方法包括下列工藝步驟-對表面進行機械磨光，-塗覆一層鉻酸鹽覆層，-塗覆一層防止腐蝕的底漆層，-在真空中，藉助磁控管噴鍍一種由金屬、金屬合金或金屬化合物組成的高光澤鍍層，-塗覆一層透明、耐磨的面漆層。
3.對零件，優選對運輸工具零件，尤其對車輪鍍覆一種覆層體系，的光澤覆層鍍覆方法，其特徵在於，該方法包括下列工藝步驟-對表面進行機械磨光，-塗覆一層鉻酸鹽覆層，-鍍覆一層粉末漆層，-塗覆一層防止腐蝕的底漆層，-在真空中，藉助磁控管噴鍍一種由金屬、金屬合金或金屬化合物組成的高光澤鍍層，-塗覆一層透明、耐磨的面漆層。
4.權利要求1、2或3所述的方法，其特徵在於，在高光澤鍍層上，以CVD法鍍覆面層。
5.權利要求1、2或3及4所述的方法，其特徵在於，在噴鍍高光澤鍍層之前，於真空中進行預處理，優選經在惰性或反應性氣體等離子體中加熱及/或酸洗來進行此預處理。
6.權利要求1、2或3及4所述的方法，其特徵在於，在噴鍍高光澤鍍層之前，於真空中經塗覆一層粘合劑來進行預處理。
7.權利要求1至6中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述高光澤鍍層經於惰性氣體氣氛或反應性氣體中直流蒸發或脈衝磁控管蒸發來噴鍍。
8.權利要求1至7中至少一項所述的方法，其特徵在於，將一種氣體或氣體混合物，優選O2、N2或低分子量烴類化合物作為反應性氣體引入。
9.權利要求1至8中至少一項所述的方法，其特徵在於，使待鍍覆零件在噴鍍高光澤鍍層的過程中相對於磁控管的靶進行運動。
10.權利要求1至8中至少一項所述的方法，其特徵在於，鍍覆零件的光澤經往面漆層中添加顏料來調節。
11.按權利要求1、2或3所述方法鍍覆一種覆層體系、由金屬或金屬合金製成，尤其由輕金屬製成的具覆層零件，其特徵在於，至少在零件的可見表面上鍍覆該鍍層體系，而且該塗層體系至少由一層防蝕性光滑漆層，一層由金屬、金屬合金或金屬化合物組成的高光澤層和一層由油漆組成的透明耐蝕面層組成。
12.權利要求11所述具有覆層的零件，其特徵在於，在高光澤層之下塗有粘合劑層。
13.權利要求11及12中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，在底漆層之下塗有一層鉻酸鹽層。
14.權利要求11至13中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，在鉻酸鹽層和底漆層之間塗覆了一層粉末漆層。
15.權利要求11至14中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，所述底漆層是厚度為100μm至500μm，優選為30μm至300μm的分布最優化的(verlaufsoptimierter)粉末烘漆。
16.權利要求11至15中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，。所述高光澤層厚度為10nm至5μm，優選為100nm至500nm。
17.權利要求11至16中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，所述高光澤層是一種由鈦、鋁、氮組成的化合物。
18.權利要求11至16中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，所述高光澤層是一種由鋯、鋁、氮組成的化合物。
19.權利要求11至16中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，所述高光澤層是一種由鈦、鋯、氮組成的化合物。
20.權利要求11至19中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，所述面層是厚度為0.5μm至20μm，優選為2μm至5μm的一種有機-無機化合物，該化合物優選為Ormocer。
21.權利要求11至20中任何一項所述具有覆層的零件，其特徵在於，面漆層是一層主成分為丙烯酸酯或聚氨酯或環氧樹脂、厚度為1μm至100μm，優選為20μm至30μm的有機化合物層。
全文摘要
迄今為止,車輪均塗以多層任意色調的漆層。經添加雲母類顏料可獲得金屬色效果。物品,尤其是車輪,應具有多種不同的金屬光澤色調。在第一道工藝步驟中,以已知的方法塗覆一種阻蝕的平整底漆層,在第二道工藝步驟中,於上述底漆層之上鍍覆一層經磁控管汽化沉積的高光澤層。接著,在第三工道藝步驟中,以常規方法塗以一層耐磨的透明面漆層。在可能有的情況下,再對零件進行機械預處理,並塗以一層保護層或面層。以此方法,能以較廣泛的色彩多樣性來生產具有金屬光澤層的運輸工具零件,尤其是車輪。
文檔編號B32B15/08GK1191902SQ971214
公開日1998年9月2日 申請日期1997年7月31日 優先權日1996年7月31日
發明者F·高姆勒, R·瑟帛琉茨基, K·格迪克, F·菲茨克 申請人:F·波爾希名譽工學博士公司