阅读说明：本技术 一种无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法 (Anhydrous low-cost imitation electroplating film and surface treatment method thereof ) 是由 池松 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种金属或非金属的无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法,将成型工件进行碳氢超声清洗除油除蜡,接着在工件喷涂高羟值的UV漆,经流平烘干固化,然后置于真空炉内等离子辉光处理,接着进行真空镀膜处理,再将镀好膜的工件喷涂高羟值的UV漆,之后再次进入真空炉内进行溅射硅靶,并逐渐增加氧气含量。最后将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内,低温烘干即得到具有疏水,抗腐蚀的仿电镀镀层。本发明专利方法可广泛应用于五金、家电、卫浴及汽车配件等领域,具有无废水排放、成本低和性能优异等优点。(The invention relates to a metal or nonmetal waterless low-cost imitation electroplating film and a surface treatment method thereof. And finally, immersing the workpiece plated with the gradient silicon and the silicon oxide in a low-surface-energy solution, and drying at a low temperature to obtain the hydrophobic and corrosion-resistant imitation electroplating coating. The method disclosed by the invention can be widely applied to the fields of hardware, household appliances, bathrooms, automobile accessories and the like, and has the advantages of no wastewater discharge, low cost, excellent performance and the like.)

一种无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法。

背景技术

金属或塑料表面产品需要增强抗腐蚀性、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观等功能，往往需要进行电镀处理。电镀工艺发展到现在，已经是目前非常重要的加工技术，在防护和装饰等用途上占有很大比重。尤其在电子工业、通信和军工、航天等领域大量在采用功能性电镀技术。虽然电镀的应用十分广泛，但电镀也是污染的三大行业之一，也会给人的健康带来极大的危害。

随着环保要求的提升，近年来发展了多种仿电镀技术，专利号为CN201611153733.4的中国发明专利号中公开了一种用于五金工件表面的仿电镀加工工艺,依次包括以下步骤：喷底漆,使工件表面均匀地喷涂UV底漆并使UV底漆固化成膜；真空镀膜,将喷底漆后的工件放置于真空环境中,通过蒸馏或溅射的方式,以使工件上均匀的覆盖一层镀膜层；喷面漆,在镀膜层上均匀的喷涂高温亮光油漆；上色,将工件完全浸泡于染色剂中,以使工件表面着色。虽然可以得到仿电镀的金属层，但过程中包含真空镀膜，喷涂两道面漆和浸染上色，工序复杂，加工成本高，且上色所用的染色剂为有毒性有机物，会对人体和环境造成一定危害。

中国发明专利CN201711418487.5中公开了一种五金件表面处理工艺，将待加工五金件进行烘烤加热处理，将加热后的五金件加入PA11尼龙粉，喷底漆，使五金表面均匀地喷涂UV底漆并使UV底漆固化成膜，真空镀膜，将喷底漆后的工件放置于真空环境中，通过蒸馏或溅射的方式，以使五金件上均匀的覆盖一层镀膜层，染色，将工件完全浸泡于染色剂中，以使工件表面均匀着色，虽然可以得到仿电镀涂层，但是该工艺采用常规镀膜，常规镀膜，镀膜时间长容易开裂，表面孔洞多，且需要预加热、喷尼龙粉、喷面漆和染色等工艺，工艺复杂，加工成本高，环境污染大。

中国发明专利CN201510487319.6中公开了一种仿电镀涂料,按照质量份数计包括以下组分：聚氨酯弹性体10-15份、封闭型异氰酸酯聚合物3-9份、三甲氧基硅烷14-33份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷3-10份、丙烯酸树脂4-10份,醋酸丁酯5-13份,聚天冬氨酸5-12份,醋丁纤维素12-18份。以上技术虽然可以得仿电镀外观，但得不到较强的金属感，在很多应用领域受到较大限制。

中国发明专利CN201110143829.3中公开了一种仿电镀六价铬外观的耐蚀镀膜方法,涉及一种金属及非金属表面镀膜。工艺步骤为：清洁；紫外光固化底涂；蒸发镀金属铝膜；蒸镀聚合物膜；紫外光固化面涂。利用铝膜隔绝铝膜与外界接触,形成全封闭结构,再通过面漆调色,获得一种仿电镀六价铬外观的高耐蚀镀膜。虽然以上技术可以得到金属感较强的仿电镀层，但由于漆膜表面存在大量不规则非连续的膜孔，水汽和腐蚀介质容易渗入到金属蒸发镀层，容易腐蚀金属层，从而影响外观和使用功能。

因此开发一种环保低成本耐腐蚀仿电镀的表面处理方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法，以解决背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种无水低成本仿电镀膜，其特征在于：从内向外依次包括UV底层、合金漆膜层、UV中涂层、耐磨层和抗腐蚀疏水层。

优选的，所述UV底层和UV中涂层的材质为丙烯酸聚氨酯类UV漆，羟值为4.5-6.0，所述合金漆膜层的材质为硅铬、镍硅铬或钛硅中的一种，所述耐磨层为渐层式硅和多氧化硅膜。

根据上述的无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、将成型工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、再将清洗除油除蜡的工件喷涂UV漆，经流平烘干固化；

步骤3)、然后置于真空炉内等离子辉光处理，进行真空镀膜处理；

步骤4)、将真空镀膜的工件喷涂UV漆，经流平烘干固化；

步骤5)、再次进入真空炉内进行溅射硅靶，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、最后将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水、抗腐蚀的仿电镀镀层。

优选的，所述步骤3)中，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.4-0.7A，偏压40-100V，占空比50-90％，氩气流量20-120SCCM，时间5-10min。

优选的，所述步骤3)中，所述真空镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，电流80-240A，电压600-800V，偏压40-100V，占空比50-90％，氩气流速80-220SCCM，沉积时间10-30min；

优选的，所述步骤3)中，所述真空镀膜处理所用靶材为多元合金靶，选择硅铬、镍硅铬或钛硅中的一种。

优选的，所述步骤2)和步骤4)中，喷涂高羟值的UV漆，UV漆为丙烯酸聚氨酯类，羟值为4.5-6.0，经流平1-2min，40-60℃下烘干3-5min，在800-1200mJ/cm2下固化20-50s。

优选的，所述步骤5)中，形成渐层式硅和多氧化硅膜的工艺条件为射频溅射，10-3-1Pa气压，电压400-600V，电流0.08-0.16A，氩气压3-8Pa，靶基间距40-60mm，沉积1-2min后以20-30SCCM速率增加氧气含量，继续沉积2-5min。

优选的，所述步骤6)中，低表面能溶液合成步骤为，将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.1-1:1.3，在0-5℃冰水浴条件下搅拌反应1-3h，反应结束后60-65℃下旋转蒸发，得到的蒸馏产物与氢氟醚溶剂按体积比为1:10-1:15进行稀释备用。

由上述描述可知，本发明提供的无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法与现有的仿电镀表面处理工艺对比，本发明具有以下优点：

一、对加工工件进行碳氢超声波除油除蜡清洗，处理过程中碳氢可循环使用零排放，可取代传统的碱性水溶处理，无废水问题。

二、采用真空镀技术，可以得到水电镀质感的合金漆膜层，取代传统水电镀高浓度酸碱和铬酸等重污染的原料，且没有废水处理和排放问题。

三、在合金漆膜层上镀多氧化硅无机耐磨层，比传统的漆膜有机层容易表面更为耐磨。

四、在渐层式的硅膜耐磨层表面浸渍低表面能物质，有效防止腐蚀介质和水汽深入产品内部，可以大大延长产品的使用寿命。

五、本发明的无水低沉本耐腐蚀的仿电镀层可以完全取代水电镀，甚至超过水电镀抗腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明无水低成本仿电镀膜的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明所述无水低成本仿电镀膜，以基材6(工件)表面为内层，从内向外依次包括UV底层1、合金漆膜层2、UV中涂层3、耐磨层4和抗腐蚀疏水层5。

所述UV底层1和UV中涂层3的材质为丙烯酸聚氨酯类UV漆，羟值为4.5-6.0，所述合金漆膜层2的材质为硅铬、镍硅铬或钛硅中的一种，所述耐磨层4为渐层式硅和多氧化硅膜。

根据上述的无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法，包括以下步骤：

步骤1)、将成型工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、再将清洗除油除蜡的工件喷涂UV漆，经流平烘干固化；

步骤3)、然后置于真空炉内等离子辉光处理，进行真空镀膜处理；

步骤4)、将真空镀膜的工件喷涂UV漆，经流平烘干固化；

步骤5)、再次进入真空炉内进行溅射硅靶，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、最后将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水、抗腐蚀的仿电镀镀层。

所述步骤3)中，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.4-0.7A，偏压40-100V，占空比50-90％，氩气流量20-120SCCM，时间5-10min。

所述步骤3)中，所述真空镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，电流80-240A，电压600-800V，偏压40-100V，占空比50-90％，氩气流速80-220SCCM，沉积时间10-30min；

所述步骤3)中，所述真空镀膜处理所用靶材为多元合金靶，选择硅铬、镍硅铬或钛硅中的一种。

所述步骤2)和步骤4)中，喷涂高羟值的UV漆，UV漆为丙烯酸聚氨酯类，羟值为4.5-6.0，经流平1-2min，40-60℃下烘干3-5min，在800-1200mJ/cm2下固化20-50s。

所述步骤5)中，形成渐层式硅和多氧化硅膜的工艺条件为射频溅射，10-3-1Pa气压，电压400-600V，电流0.08-0.16A，氩气压3-8Pa，靶基间距40-60mm，沉积1-2min后以20-30SCCM速率增加氧气含量，继续沉积2-5min。

所述步骤6)中，低表面能溶液合成步骤为，将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.1-1:1.3，在0-5℃冰水浴条件下搅拌反应1-3h，反应结束后60-65℃下旋转蒸发，得到的蒸馏产物与氢氟醚溶剂按体积比为1:10-1:15进行稀释备用。

本发明提供的无水低成本仿电镀膜及其表面处理方法与现有的仿电镀表面处理工艺对比，本发明具有以下优点：

一、对加工工件进行碳氢超声波除油除蜡清洗，处理过程中碳氢可循环使用零排放，可取代传统的碱性水溶处理，无废水问题。

二、采用真空镀技术，可以得到水电镀质感的合金漆膜层，取代传统水电镀高浓度酸碱和铬酸等重污染的原料，且没有废水处理和排放问题。

三、在合金漆膜层上镀多氧化硅无机耐磨层，比传统的漆膜有机层容易表面更为耐磨。

四、在渐层式的硅膜耐磨层表面浸渍低表面能物质，有效防止腐蚀介质和水汽深入产品内部，可以大大延长产品的使用寿命。

五、本发明的无水低沉本耐腐蚀的仿电镀层可以完全取代水电镀，甚至超过水电镀抗腐蚀性能。

以下通过具体实施方式对上述仿生荷叶珠效果的绿色镀膜表面处理方法作进一步的描述。

具体实施例一ABS塑料基材表面无水低成本耐腐蚀的仿电镀表面处理

步骤1)、清洗：将直接成型或膜内拉丝ABS工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、UV底层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为4.8的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s。；

步骤3)、镀合金漆膜层：将清洗后的工件置于真空炉内等离子辉光处理，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.5A，偏压60V，占空比60％，氩气流量80SCCM，时间8min。接着进行真空镀膜处理，所述等镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，靶材为硅铬靶，电流100A，电压700V，偏压80V，占空比50％，氩气流速150SCCM，沉积时间20min；

步骤4)、UV中涂层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为4.8的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s。；

步骤5)、镀耐磨层：将喷涂UV底层的工件进入真空炉内进行溅射硅靶，10^-2Pa气压，电压500V，电流0.12A，氩气压5Pa，靶基间50mm，沉积1.5min后以25SCCM速率增加氧气含量，继续沉积3min，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、抗腐蚀疏水层：低表面能溶液的制备方法为将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.2在2℃冰水浴条件下搅拌反应2h，反应结束后60℃下旋转蒸发，得到蒸馏产物稀释与氢氟醚溶剂按体积比为1:12备用，将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水，抗腐蚀的仿电镀镀层。

参照ASTM测试标准，对最终产品进行以下测试：

测试内容	参照标准	实施例1测试结果
			CASS	ASTM B368-09	24h
AASS	ASTM G85-9	96h
			耐化学性测试	ASTM D1308-02	NaOH 12mol/L
冷热循环测试	CSAB 125.1-05	16Cycle
			百格测试	ASTM D3359-09	0级
水浸测试	ASTM D870-02	38℃96h

实施例2锌合金基材表面无水低成本耐腐蚀的仿电镀表面处理

步骤1)、清洗：将直接成型或膜内拉丝锌合金工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、UV底层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为5.5的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平2min，50℃下烘干5min，在1100mJ/cm²下固化30s。；

步骤3)、镀合金漆膜层：将清洗后的锌合金工件置于真空炉内等离子辉光处理，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.4A，偏压40V，占空比70％，氩气流量80SCCM，时间7min。接着进行真空镀膜处理，所述等镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，电流120A，电压600V，偏压50V，占空比60％，氩气流速150SCCM，沉积时间15min；

步骤4)、UV中涂层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为5.5的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平2min，50℃下烘干5min，在1100mJ/cm²下固化30s。

步骤5)、镀耐磨层：将喷涂UV底层的工件进入真空炉内进行溅射硅靶，10^-2Pa气压，电压500V，电流0.12A，氩气压5Pa，靶基间50mm，沉积2min后以25SCCM速率增加氧气含量，继续沉积4min，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、抗腐蚀疏水层：低表面能容易的制备方法为将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.2在2℃冰水浴条件下搅拌反应2h，反应结束后60℃下旋转蒸发，得到蒸馏产物稀释与氢氟醚溶剂按体积比为1:12备用，将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水，抗腐蚀的仿电镀镀层。

参照ASTM测试标准，对最终产品进行以下测试：

测试内容	参照标准	实施例2测试结果
			CASS	ASTM B368-09	8h
AASS	ASTM G85-9	24h
			耐化学性测试	ASTM D1308-02	NaOH 6mol/L
冷热循环测试	CSAB 125.1-05	8Cycle
			百格测试	ASTM D3359-09	0级
水浸测试	ASTM D870-02	38℃48h

实施例3PET塑料基材表面无水低成本耐腐蚀的仿电镀表面处理

步骤1)、清洗：将直接成型或膜内拉丝PET工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、UV底层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为4.5的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s。；

步骤3)、镀合金漆膜层：将清洗后的PET工件置于真空炉内等离子辉光处理，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.4A，偏压90V，占空比70％，氩气流量80SCCM，时间8min。接着进行真空镀膜处理，所述等镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，靶材为硅铬靶，电流100A，电压700V，偏压80V，占空比50％，氩气流速150SCCM，沉积时间20min；

步骤4)、UV中涂层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为4.5的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s。；

步骤5)、镀耐磨层：将喷涂UV底层的工件进入真空炉内进行溅射硅靶，10^-2Pa气压，电压500V，电流0.12A，氩气压5Pa，靶基间50mm，沉积1.5min后以25SCCM速率增加氧气含量，继续沉积3min，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、抗腐蚀疏水层：低表面能容易的制备方法为将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.1在5℃冰水浴条件下搅拌反应2h，反应结束后60℃下旋转蒸发，得到蒸馏产物稀释与氢氟醚溶剂按体积比为1:15备用，将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水，抗腐蚀的仿电镀镀层。

参照ASTM测试标准，对最终产品进行以下测试：

实施例4不锈钢基材表面无水低成本耐腐蚀的仿电镀表面处理

步骤1)、清洗：将直接成型或膜内拉丝不锈钢工件进行碳氢超声清洗除油除蜡；

步骤2)、UV底层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为5.2的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s；

步骤3)、镀合金漆膜层：将清洗后的不锈钢工件置于真空炉内等离子辉光处理，所述等离子辉光处理工艺条件为离子源电流0.5A，偏压60V，占空比60％，氩气流量80SCCM，时间8min。接着进行真空镀膜处理，所述等镀膜处理工艺条件为大功率直流电源，靶材为硅铬靶，电流100A，电压700V，偏压80V，占空比50％，氩气流速150SCCM，沉积时间20min；

步骤4)、UV中涂层：再将镀好膜的工件喷涂羟值为5.2的丙烯酸聚氨酯UV漆，流平1.5min，50℃下烘干4min，在1100mJ/cm²下固化30s；

步骤5)、镀耐磨层：将喷涂UV底层的工件进入真空炉内进行溅射硅靶，10^-2Pa气压，电压600V，电流0.08A，氩气压5Pa，靶基间50mm，沉积1.5min后以25SCCM速率增加氧气含量，继续沉积5min，形成渐层式硅和多氧化硅膜；

步骤6)、抗腐蚀疏水层：低表面能容易的制备方法为将全氟十三酸和三羟甲基氨基甲烷按摩尔比1:1.1在2℃冰水浴条件下搅拌反应2h，反应结束后60℃下旋转蒸发，得到蒸馏产物稀释与氢氟醚溶剂按体积比为1:15备用，将镀有渐层式硅及多氧化硅的工件浸入在低表面能溶液内，低温烘干即得到具有疏水，抗腐蚀的仿电镀镀层。

参照ASTM测试标准，对最终产品进行以下测试：

测试内容	参照标准	实施例4测试结果
			CASS	ASTM B368-09	16h
AASS	ASTM G85-9	48h
			耐化学性测试	ASTM D1308-02	NaOH 6mol/L
冷热循环测试	CSAB 125.1-05	8Cycle
			百格测试	ASTM D3359-09	0级
水浸测试	ASTM D870-02	38℃96h

上述仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。