專利名稱：一種普炭鋼及其表面處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種普碳鋼及其表面處理方法，對金屬表面處理，富于金屬防腐蝕能力。
背景技術：
普碳鋼由于其價格低廉，易焊接等優(yōu)點而廣泛應用在工業(yè)產(chǎn)品、家電配件以及裝潢裝飾行業(yè)，但是其在生產(chǎn)、使用或者儲運過程中，如果不經(jīng)過防銹處理，則會在較短時間內(nèi)產(chǎn)生銹蝕，對材料的外觀和性能產(chǎn)生影響，銹蝕嚴重的甚至會造成普碳鋼產(chǎn)品的報廢。相比較普碳鋼，不銹鋼則具有高耐磨性、高防腐蝕性、不易銹蝕的優(yōu)點，但是其價格高，生產(chǎn)成本較高。同時，在不銹鋼的表面處理工藝中，常用的有化學白化方法、化學氧化
法、電化學法等。通?；瘜W方法會采用氫氟酸和硝酸進行酸洗，或采用重鉻酸鹽進行氧化著色，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染，對人體有害。除此之外，有些在高壓電流下在化學溶劑中對不銹鋼表面進行著色氧化處理，屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，對能源依賴嚴重。中國發(fā)明專利CN101220497A中公開了一種鋁合金材料表面仿不銹鋼處理工藝，該工藝中采用硫酸浸洗，因此不利于環(huán)保，同時由于普碳鋼比鋁合金更容易生銹腐蝕，所以該處理過程并不適用于普碳鋼。中國發(fā)明專利CN101653999A中公開了一種仿不銹鋼復合鋼板，但是該處理工藝中需要添加膠水粘結層，所以工藝較復雜。因此，如果能夠結合普碳鋼和不銹鋼兩者的優(yōu)點，并對普碳鋼表面進行仿不銹鋼處理的話，不僅能夠減少污染和能耗，而且還能降低成本和增強美觀效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種普炭鋼及其表面處理方法，使用該發(fā)明，賦予普碳鋼基材仿不銹鋼的表面紋路、光澤和觸感，同時具有不銹鋼材料的防腐、防污、耐磨的功能，成本低廉、工藝簡單、環(huán)保安全。為達到上述目的，本發(fā)明采用的結構技術方案是一種普炭鋼，包括普炭鋼基材及表面涂層，所述表面涂層為一復合涂層，所述復合涂層由底層的金屬層及表層的防護涂層構成，所述防護涂層為一有機水性涂料層。上述技術方案中，所述水性涂料層可采用現(xiàn)有技術中的水性漆噴涂，在普炭鋼基材與保護涂層之間設置金屬層，提高保護涂層的附著力，金屬硬度達4H，附著力的百格實驗(在噴涂表面用百格刀或刀片劃IXlmm的方格(露出基體)，用3M膠帶粘貼在劃格區(qū)域(要求緊貼工件，無氣泡)，停留2分鐘后與被測工件成45°角迅速揭起，看工件劃格區(qū)域是否有超過3個方格脫落，若有則為不合格)可達到ISO標準0級，即切口邊緣光滑，格子邊緣完全沒有剝落，表面呈現(xiàn)不銹鋼效果。在本發(fā)明中，金屬層可以作為保護層提高普碳鋼基材耐大氣或者耐介質(zhì)腐蝕的能力，而水性涂料層能夠以封閉的形式有效地阻隔普碳鋼基材與外界腐蝕介質(zhì)的接觸，使得普碳鋼基材處于一個層層疊加的屏蔽層中，創(chuàng)造了一種阻礙腐蝕電流通道的封閉層，使得基材能夠長期有效地防腐蝕，達到仿不銹鋼的性能。
上述技術方案中，所述的金屬層為由鋁、鎳、鑰、鈦、鉻中的一種或兩種以上構成。上述技術方案中，所述水性涂料層由改性丙烯酸、環(huán)氧樹脂、乳化劑、醇類和乙二醇丁醚組成的稀釋助劑組成。改性丙烯酸是水性丙烯酸樹脂溶液及水性環(huán)氧樹脂、以及混合胺基樹脂中的兩種或兩種以上混合溶液，其各自的固含量在40 % 800 %。為達到上述目的，本發(fā)明采用的方法技術方案是一種普炭鋼的表面處理方法，包括以下步驟(I)對普碳鋼基材表面用除油溶液浸泡，去除表面氧化物及油污(也可采用高溫烘烤法)；(2)用拋光機對所述步驟(I)中獲得的普碳鋼基材表面進行拋光處理，需拋光出拉絲紋路,并將表面瑕疵去除；
(3)將所述步驟⑵預處理的普碳鋼基材置于真空環(huán)境下，將鋁、鎳、鑰、鈦、鉻中的一種或兩種金屬材料，施以高電壓，致使其在高電阻的基座上熔融，揮發(fā)為離子狀態(tài)，并沉積在普碳鋼基材的表面，形成金屬層；(4)將所述步驟(3)處理后的材料，置于水性涂料中，使材料表面形成防護涂層；(5)置于常溫下干燥，完成表面處理。上述技術方案中，所述步驟(I)中去除表面氧化物及油污的方法為，通過高溫烘烤，使油污在表面形成硬膜，后采用布質(zhì)千葉輪對普碳鋼基材表面進行拋光，去除表面硬膜。上文中，去除表面氧化物及油污的方法還可以用除油溶液浸泡，再用布質(zhì)千葉輪拋光，或者是用揮發(fā)性的有機溶劑浸泡后，通過加溫使其揮發(fā)并形成硬膜，最后用布質(zhì)千葉輪拋光。上述技術方案中，所述步驟(3)為，經(jīng)所述步驟(2)預處理好的普碳鋼基材置于真空環(huán)境下，加熱，然后輸入轟擊電壓進行轟擊，采用真空離子鍍氣相沉積的方法使金屬元素在高電阻基座上熔融并揮發(fā)成離子狀態(tài)，并沉積在普碳鋼基材表面，冷卻后取出。進一步的技術方案是，所述加熱時間為IOmin 60min,加熱溫度為450 °C 500°C,轟擊輸入電壓為300V 380V,轟擊時間為IOmin 30min,真空環(huán)境中真空值為1.3X10_3Pa 3.4X10_3Pa。上述技術方案中，所述步驟⑷中，所述水性涂料由改性丙烯酸、環(huán)氧樹脂、乳化齊U、醇類和乙二醇丁醚組成的稀釋助劑組成，噴涂于所述步驟(3)處理后的材料表面，然后流平、固化，放置在常溫下直至完全干燥，所述固化時間與環(huán)境溫度及水性涂料中稀釋劑量相適應。進一步的技術方案是，所述噴涂時間為Imin 5min,流平時間為5min 15min,固化溫度為15CTC 25CTC,固化時間為5min 15min,常溫干燥時間為5min 15min。由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點I.本發(fā)明在普碳鋼基材上附著金屬層及防護層構成的復合涂層，表面呈現(xiàn)不銹鋼效果，且具有不銹鋼的防銹、防腐蝕性，生產(chǎn)成本低；在表面處理過程中，表面噴涂水性涂料作為防護層，與以往的化學處理方法相比，能耗低，減少污染，更為環(huán)保；2.在本發(fā)明中，由于復合涂層能夠很好地附著在普碳鋼表面，使得普碳鋼具有仿不銹鋼的表面紋路、光澤和觸感，外表美觀，同時成本低于不銹鋼，且金屬硬度達4H，可在金屬加工、配件配飾等領域代替不銹鋼的應用；3.在本發(fā)明中，由于復合涂層包括金屬防護層及有機防護層，其中金屬防護層可以作為保護層提高普碳鋼基材耐大氣或者耐介質(zhì)腐蝕的能力，而水性涂料層能夠以封閉的形式有效地阻隔普碳鋼基材與外界腐蝕介質(zhì)的接觸，總的來說，復合涂層使得普碳鋼基材處于一個層層疊加的屏蔽層中，創(chuàng)造了一種阻礙腐蝕電流通道的封閉層，使得基材能夠長期有效地防腐蝕。此外，由于采用環(huán)境友好型和使用安全型的水性金屬防護涂料，該表面處理方法環(huán)保安全。


圖I是本發(fā)明實施例一中普碳鋼的結構圖。其中1、普碳鋼基材；2、金屬層；3、有機防護層。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見圖I所示，一種普碳鋼及其表面處理方法，包括普碳鋼基材I及復合涂層，所述復合涂層包括金屬層2及有機防護層3，從所述普碳鋼基材I由里至外依次包括有所述金屬層2、所述有機防護層3，所述金屬層2由金屬元素組成，所述有機防護層3為水性涂料層。所述的金屬元素為鋁和鉻的合金。所述水性涂料層的成膜物質(zhì)為水性丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧樹脂及聚氨酯的組。所述的助劑為甲醇、乙醇和乙二醇丁醚的組合。其方法首先通過高溫烘烤，使油污在表面形成硬膜，后采用布質(zhì)千葉輪對普碳鋼基材表面進行拋光，去除表面硬膜，所述的拋光處理需要拋光出拉絲紋理得到預處理后的普碳鋼基材I。然后將預處理好的普碳鋼基材I置于真空環(huán)境下，抽真空至I. 3X 10_3Pa，加熱至450°C，保持60min，轟擊輸入電壓350V，轟擊時間為30min，充入氮氣，使壓力降至2Pa，冷卻至100°C以下，取出并靜置20min，得到含金屬層2的普碳鋼基材I。最后將含金屬層2的普碳鋼基材I置于十萬級的無塵車間中，將成膜物質(zhì)和助劑噴涂在含金屬層2的普碳鋼基材I表面3min,流平13min, 200°C下固化IOmin,然后在常溫下干燥8min,待表面完全干燥后，取出，得到仿不銹鋼表面的普碳鋼基材。該仿不銹鋼表面的普碳鋼基材，按照GB/T2423. 17-933中性鹽霧試驗標準測試后經(jīng)72h后表面光澤無變化，按照GB/T 9286-1998漆膜的劃痕實驗(百格測試)后，ISO等級為0，切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落，按照GB/T6739-1996鉛筆硬度進行測試，硬度為4H。實施例二 一種普炭鋼，包括普炭鋼基材及表面涂層，所述表面涂層為一復合涂層，所述復合涂層由底層的金屬層及表層的防護涂層構成，所述防護涂層為一水性涂料層。所述金屬層中的金屬元素為鎳和鉻的合金，水性涂料層中的成膜物質(zhì)為水性丙烯酸樹脂和水性環(huán)氧樹脂的組合，助劑為乙醇和乙二醇丁醚的組合。其處理方法如下首先用除油溶液浸泡，采用布質(zhì)千葉輪對普碳鋼基材表面進行拋光以除去表面氧化物及油污，同時拋光出拉絲紋理，得到預處理后的普碳鋼基材。然后將預處理好的普碳鋼基材置于離子真空鍍膜機中，鎳靶純度達到99. 99 %，鉻靶純度達到99. 8 %，然后抽真空至3. 4 X 10_3Pa，加熱至500°C，保持40min，然后向鍍膜機中通入純度為99. 99 %的氬氣和氮氣的混合氣體，轟擊輸入電壓300V，釋放1200V的電壓弧，轟擊時間為lOmin，充入氮氣，使壓力降至2Pa，冷卻至100°C以下取出并靜置20min得到含金屬層的普碳鋼基材。最后將含金屬層的普碳鋼基材置于十萬級的無塵車間中，將成膜物質(zhì)和助劑噴涂在含金屬層的普碳鋼基材表面5min，流平15min，在250°C下固化15min，然后在常溫下干燥lOmin。待表面完全干燥后，取出，得到復合涂層處理后的普碳鋼，可用于生產(chǎn)吸塵器伸縮管，該伸縮管具有不銹鋼的色澤和觸感，同時按照中性鹽霧試驗標準測試后經(jīng)72h后表面光澤無變化，進行漆膜的劃痕實驗(百格測試)后，其剝落面積為0%，進行鉛筆硬度測試，硬度為4H。實施例三本實施例中，結構及方法與實施例二相似，不同點在于金屬層中的金屬元素為鈦元素，有機防護層中水性涂料的成膜物質(zhì)為水性丙烯酸樹脂，助劑為正丁醇、正辛醇和乙二醇丁醚的組合。方法首先用揮發(fā)性的有機溶劑浸泡后，通過加溫使其揮發(fā)并形成硬膜，采用布質(zhì)千葉輪對普碳鋼基材表面進行拋光以除去表面氧化物及油污，同時拋光出拉絲紋理得到預處理后的普碳鋼基材。然后將預處理好的普碳鋼基材置于離子真空鍍膜機中，鈦靶純度達到99. 99%，然后抽真空至2. 5 X 10 ,加熱至480°C，保持lOmin，然后向、鍍膜機中通入純度為99. 99%的IS氣和氮氣的混合氣體,轟擊輸入電壓380V,轟擊時間為20min，充入氮氣，使壓力降至2Pa，冷卻至100°C以下取出，并靜置20min，得到含金屬層的普碳鋼基材。最后將含金屬層的普碳鋼基材置于十萬級的無塵車間中，將成膜物質(zhì)和助劑噴涂在含金屬層的普碳鋼基材表面Imin,流平5min,在150°C下固化5min,然后在常溫下干燥12min，待表面完全干燥后，取出，得到復合涂層處理后的普碳鋼基材，該普碳鋼基材可以取代不銹鋼在高層建筑外墻中的應用，同時按照中性鹽霧試驗標準測試后經(jīng)72h后表面光澤無變化，進行漆膜的劃痕實驗(百格測試)后，其剝落面積小于I%，進行鉛筆硬度測試，硬度為4H。
權利要求
1.一種普炭鋼，包括普炭鋼基材及表面涂層，其特征在于所述表面涂層為一復合涂層，所述復合涂層由底層的金屬層及表層的防護涂層構成，所述防護涂層為一水性涂料層。
2.根據(jù)權利I所述的一種普碳鋼，其特征在于所述的金屬層為由鋁、鎳、鑰、鈦、鉻中的一種或兩種以上構成。
3.根據(jù)權利I所述的一種普碳鋼，其特征在于所述水性涂料層由改性丙烯酸、環(huán)氧樹脂、乳化劑、醇類和乙二醇丁醚等組成的稀釋助劑組成。
4.根據(jù)權利I所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于包括以下步驟 (1)對普碳鋼基材表面進行去氧化物及油污處理； (2)用拋光機對所述步驟(I)中獲得的普碳鋼基材表面進行拋光處理，需拋光出拉絲紋路，并將表面瑕疵去除； (3)將所述步驟(2)預處理的普碳鋼基材置于真空環(huán)境下，將鋁、鎳、鑰、鈦、鉻中的一種或兩種以上金屬材料，施以高電壓，致使其在高電阻的基座上熔融，揮發(fā)為離子狀態(tài)，并沉積在普碳鋼基材的表面，形成金屬層； (4)將所述步驟(3)處理后的材料，置于水性涂料中，使材料表面形成防護涂層； (5)置于常溫下干燥，完成表面處理。
5.根據(jù)權利要求4所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于所述步驟(I)中去除表面氧化物及油污的方法為，通過高溫烘烤，使油污在表面形成硬膜，后采用布質(zhì)千葉輪對普碳鋼基材表面進行拋光，去除表面硬膜。
6.根據(jù)權利要求4所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于所述步驟(3)為，經(jīng)所述步驟(2)預處理好的普碳鋼基材置于真空環(huán)境下，加熱，然后輸入轟擊電壓進行轟擊，采用真空離子鍍氣相沉積的方法使金屬元素在高電阻基座上熔融并揮發(fā)成離子狀態(tài)，并沉積在普碳鋼基材表面，冷卻后取出。
7.根據(jù)權利要求6所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于所述加熱時間為IOmin 60min,加熱溫度為450°C 500°C,轟擊輸入電壓為300V 380V,轟擊時間為IOmin 30min，真空環(huán)境中真空值為I. 3 X KT3Pa 3. 4X IO^3Pa0
8.根據(jù)權利要求4所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于所述步驟(4)中，所述水性涂料由改性丙烯酸、環(huán)氧樹脂、乳化劑、醇類和乙二醇丁醚組成的稀釋助劑組成，噴涂于所述步驟(3)處理后的材料表面，然后流平、固化，放置在常溫下直至完全干燥，所述固化時間與環(huán)境溫度及水性涂料中稀釋劑量相適應。
9.根據(jù)權利要求8所述的普炭鋼的表面處理方法，其特征在于所述噴涂時間為Imin 5min,流平時間為5min 15min,固化溫度為150°C 250°C,固化時間為5min 15min,常溫干燥時間為5min 15min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種普炭鋼及其表面處理方法，包括普炭鋼基材及表面涂層，其特征在于所述表面涂層為一復合涂層，所述復合涂層由底層的金屬層及表層的防護涂層構成，所述防護涂層為一水性涂料層；其方法(1)對普碳鋼基材表面進行去氧化物及油污處理；(2)表面進行拋光處理，需拋光出拉絲紋路，并將表面瑕疵去除；(3)真空環(huán)境下，將金屬材料沉積在普碳鋼基材的表面，形成金屬層；(4)置于水性涂料中，使材料表面形成防護涂層；(5)常溫下干燥。本發(fā)明不僅能夠賦予普碳鋼基材仿不銹鋼的表面紋路、光澤和觸感，而且還具有類似不銹鋼材料的防腐、防污、耐磨的功能，成本低廉、工藝簡單、環(huán)保安全。
文檔編號B32B15/04GK102658689SQ201210135048
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權日2012年5月4日
發(fā)明者徐為爾 申請人:蘇州翔實電器配件有限公司