CN101642973B - 一种不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢复合材料，该复合材料包括不锈钢基材，其中，该复合材料还包括位于该不锈钢基材表面的含金属铝层和位于含金属铝层表面的氧化铝层。本发明还公开了一种不锈钢复合材料的制备方法，该方法包括在不锈钢基材表面形成含金属铝层，在所述含金属铝层表面形成氧化铝层。根据本发明提供的不锈钢复合材料及其制备方法，使不锈钢复合材料表面获得各种需要的色彩，且耐磨性很好。并且通过本发明的制备方法，在优选情况下，通过染色颜料的配比及选择，可以使不锈钢复合材料表面获得各种需要的色彩，使不锈钢基材可以获得更好的装饰效果，从而可以提高产品的价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢复合材料，还涉及该不锈钢复合材料的制备方法。
背景技术
传统的不锈钢表面装饰采用抛光、拉丝、缎面和喷砂等方法，此类方法均能在一定程度上改变不锈钢的外观，使不锈钢表面具有一定的美观效果。还可以采用不锈钢着色技术使不锈钢表面具有各种各样的颜色，一般的不锈钢着色技术可以采用喷涂、丝印和氧化膜干涉等，但采用这些方法所得到的不锈钢产品的耐磨性较差，颜色及美观性均不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不锈钢产品的耐磨性较差及颜色种类少的缺陷，提供一种耐磨性较好的彩色不锈钢复合材料，还提供了该不锈钢复合材料的制备方法。
本发明提供了一种不锈钢复合材料，该复合材料包括不锈钢基材，其中，该复合材料还包括位于该不锈钢基材表面的含金属铝层和位于含金属铝层表面的氧化铝层。
本发明还提供了一种不锈钢复合材料的制备方法，该方法包括在不锈钢基材表面形成含金属铝层，在所述含金属铝层表面形成氧化铝层。
根据本发明提供的不锈钢复合材料及其制备方法，使不锈钢复合材料表面获得各种需要的色彩，且耐磨性很好。并且通过本发明的制备方法，在优选情况下，通过染色颜料的配比及选择，可以使不锈钢复合材料表面获得各种需要的色彩，使不锈钢基材可以获得更好的装饰效果，从而可以提高产品的价值。
具体实施方式
本发明提供的不锈钢复合材料包括不锈钢基材，其中，该复合材料还包括位于该不锈钢基材表面的含金属铝层和位于含金属铝层表面的氧化铝层。
根据本发明提供的不锈钢复合材料，优选情况下，所述含金属铝层表面的含铝量至少为75％，更优选所述含金属铝层表层5微米内的含铝量为80％。
根据本发明提供的不锈钢复合材料，优选情况下，所述含金属铝层的厚度为50-120微米，所述氧化铝层的厚度为5-25微米。
本发明提供的不锈钢复合材料的制备方法包括，在不锈钢基材表面形成含金属铝层，在所述含金属铝层表面形成氧化铝层。
根据本发明提供的制备方法，所述含金属铝层可以采用各种方法来形成，优选情况下，所述含金属铝层采用离子渗金属方法形成，且离子渗金属的条件使所述含金属铝层表面的含铝量至少为75％，更优选所述含金属铝层表层5微米内的最低含铝量为80％。
根据本发明提供的制备方法，所述离子渗金属技术为本领域技术人员公知的，控制离子渗金属的条件即可获得表面的含铝量至少75％的含金属铝层。优选情况下，离子渗金属的条件包括电压为100-1000伏、温度为300-600℃、气体压力(氩气、绝压)为10-1000Pa、时间为3-8小时。所述离子渗金属技术优选采用双辉离子渗金属技术，该方法的具体过程及操作方法为采用氩气真空低压辉光放电，使金属纯铝受激发变为离子及原子，最终以一定速度渗入不锈钢表面，使其表面合金化，在金属表面形成铝合金乃至于纯铝。
根据本发明提供的制备方法，所述氧化铝层可以采用各种本领域技术人员公知的方法来形成，优选采用阳极氧化的方法形成，且阳极氧化的条件使所述氧化铝层的厚度为5-25微米。
根据本发明提供的制备方法，将具有含金属铝层的不锈钢基材进行阳极氧化，需要使含金属铝层表面的含铝量至少为75％，才可进行阳极氧化而获得氧化铝层。因此需要将上述的离子渗金属的条件限制在上述的范围内。
根据本发明提供的制备方法，所述阳极氧化的条件为本领域技术人员公知的。然后采用染料染色来得到具有不同颜色的产品，，从而可以使本发明的不锈钢复合材料获得不同的颜色。
例如，阳极氧化的条件可以包括，使形成含金属铝层的不锈钢基材作为阳极与电解液接触，以不与纯铝或铅锡合金板为阴极，电压为12-22伏，电流密度为0.5-2.5A/dm2，电解液的温度为13-26℃，阳极氧化的时间为30-40分钟。可以通过控制上述条件中的电压、时间控制氧化铝层的厚度，从而可以获得需要的颜色。
根据本发明提供的制备方法，所述阳极氧化所使用的电解液可以为本领域技术人员公知的各种酸性电解液，例如硫酸、乙二酸、铬酸等。在本发明中，优选采用硫酸电解液，且所述电解液为含有160-200克/升水溶液。
根据本发明提供的制备方法，如果需要获得预定的图案，可以将具有该图案的模覆盖在不锈钢基材上，然后依次进行离子渗金属的阳极氧化，即可获得所需要的图案。
根据本发明提供的制备方法，在优选情况下，本发明的制备方法还包括对不锈钢基材进行前处理，对不锈钢基材所进行的前处理通常包括抛光和清洗或者仅进行清洗。抛光可以采用本领域技术人员公知的各种抛光方法，例如可以采用机械抛光、化学抛光和电解抛光。清洗可以采用本领域技术人员公知的各种方法，也可直接选用厂家已经配好的清洗液，优选还可以配合超声波振动进行清洗。
下面采用实施例的方式对本发明进行进一步详细地描述。
实施例1
工件：已冲压成型的不锈钢(北美不锈钢公司)手机外壳
1、前处理
(1)机械抛光
采用东莞市晶密机械设备有限公司生产的抛光机(JM-101型)用江门杰利信抛磨材料有限公司生产的黄色中粗抛光油膏(SBT-600型)在抛光轮的转速为2840转/分钟的条件下对工件进行粗抛10分钟，再用白色精抛油膏(SBW-804型号)在抛光轮的转速为2840转/分钟的条件下对工件进行精抛10分钟。
(2)清洗
对上述抛光后的工件依次浸泡WX-1048F型抛光膏清洗剂(上海路丰助剂有限公司)的溶液中，在常温超声波清洗，清洗时间为10分钟，然后在纯水中超声波清洗10-20分钟，清洗完毕后烘干。
2、离子渗金属
将上述前处理后的工件放入离子渗金属设备(多功能等离子体表面改性设备，武汉首发表面工程有限公司，型号LDMC-15A/LD-15A)中进行离子渗铝，所采用的电压为200-500伏，气压(氩气、绝压)为20±3帕，温度为350±20℃，渗铝时间为5小时。采用金相组织检测方法测试出，在不锈钢基材表面获得厚度为100微米的含金属铝层，且采用能谱仪检测出，含金属铝层表面的铝含量为96％。
然后，采用人工机械粗抛，进行丙酮或乙醇(浓度99.9％，天津化学试剂厂)超声波清洗。
3、阳极氧化
将上述进行前处理后的不锈钢基材浸入电解槽的电解液中，以工件为阳极，以纯铝板板为阴极，在电压为15-25V，电流密度为0.5-2.5A/dm2，且在电解液的温度为25℃的条件下进行阳极氧化，阳极氧化的时间为45分钟。
电解液为含有硫酸160-200克/升、Al3+为10±3克/升的水溶液。
取出工件清洗干净，用将配好颜色(紫红)的有机染料对工件进行染色，然后封孔、清洗，并在75℃下烘干，最终得到表面为***的不锈钢复合材料。
实施例2
工件：300×60×0.5mm的不锈钢板(304、北美不锈钢公司)
1、前处理
清洗
对上述抛光后的工件依次浸泡在常温除腊水、除油粉溶液及70℃的去离子水中进行超声波清洗，清洗时间依次为5分钟、5分钟、10分钟，各步之间均用水洗涤。其中除腊水和除油粉均为麦德美精细化工有限公司产品。清洗完毕后烘干。
2、离子渗金属
将上述前处理后的工件放入离子渗金属设备(多功能等离子体表面改性设备，武汉首发表面工程有限公司，型号LDMC-15A/LD-15A)中进行单面离子渗铝，所采用的电压为800伏，气压(氩气、绝压)为100帕，温度为580℃，渗铝时间为6小时。采用金相组织检测(德国ZEISS金相显微镜，型号Axio Imager.A1m)测试出，在不锈钢基材表面获得厚度为150微米的含金属铝层，且采用能谱仪(日本ULVAC-PHI公司1800型光电子能谱仪)测试出，含金属铝层表面的铝含量为99％。
然后，直接超声波除油清洗、烘干。
3、阳极氧化
将上述进行前处理后的不锈钢基材浸入电解槽的电解液中，以工件为阳极，以不铅板为阴极，在电压为40-50V，电流密度为1.5-2.8A/dm2，且在电解液的温度为25℃的条件下进行阳极氧化，阳极氧化的时间为60分钟。
电解液为1克/升铬酐、40-50克/升的乙二酸水溶液。然后清洗，有机染料(普鲁士蓝)染色、封孔(低温封孔剂)。
取出工件清洗干净并在80℃下烘干，氧化膜厚度为8-15微米(金相组织检测)最终得到表面为蓝色的不锈钢复合材料。
对比例
300×60×0.5mm的不锈钢板(304、通用不锈钢合金)，采用同样方法精抛、清洗、烘干，然后采用喷涂、固化、再喷涂再固化。喷涂采用人工的喷涂方法，为常规喷涂工艺：喷涂距离为20-25cm、喷枪直径为1.1-1.5mm、喷涂压力为0.1-0.3MPa、烘烤温度为130℃，固化采用UV机(深圳市润沃机电有限公司)。首先喷底漆(型号：3655-系列)、然后喷UV色漆(型号：3600-70001)。涂料均是香港卡秀辉堡涂料有限公司的产品。
最终在不锈钢基材表面得到厚度为5-25微米的涂层。
性能测试
1、附着性
测试所采用的标准：ISO 2409。
测试步骤：
在待测试的样品表面划出100个1mm×1mm的格子，划格的深度至露出样品底材，用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带粘贴在划好的格子上，并使胶带与格子完全粘贴，不可有折皱气泡等现象。然后从胶带单边以180°水平方向迅速拖起胶带。
评价标准为：
5B切割边缘完全光滑，格子的四角没有变形；
4B覆膜内部有小的剥落，小于5％的区域受到影响；
3B覆膜边缘和内部有小的剥落，格子有5-15％的区域受到影响；
2B覆膜的边缘和部分平面有脱落，影响的区域占格子的15-30％；
1B覆膜的切割边缘剥落，并有大面积的带和整块分离，影响区域在35-65％；
0B脱落和分离超过1B级要求。
2、耐磨性
使用型号为F350008的RCA纸带耐磨仪，在175克力下磨擦样品表面，至样品表面磨至露底时，记录橡胶轮转动的圈数。
采用上述测试方法对实施例1-2和对比例1所得到的不锈钢复合材料进行性能测试，所得结果列于表1中。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | |
| 附着性 | 5B | 5B | 3B |
| 耐磨性 | 78 | 84 | 51 |
从表1的数据可以看出，采用本发明所得的不锈钢材料在附着力及耐磨性上均比喷涂好，在现代不锈钢装饰及防护中有极大的应用前景。
Claims (7)
1.一种不锈钢复合材料，该复合材料包括不锈钢基材，其特征在于，该复合材料还包括位于该不锈钢基材表面的含金属铝层和位于含金属铝层表面的氧化铝层；所述含金属铝层为离子渗铝层；所述含金属铝层表面的含铝量至少为75％；所述氧化铝层为阳极氧化膜层，所述氧化铝层的厚度为5-25微米。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述含金属铝层的厚度为30-200微米。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述含金属铝层表层5微米内的最低含铝量为80％。
4.权利要求1所述的不锈钢复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括在不锈钢基材表面形成含金属铝层，在所述含金属铝层表面形成氧化铝层；所述含金属铝层采用离子渗金属方法形成，且离子渗金属的条件使所述含金属铝层表面的含铝量至少为75％；所述氧化铝层采用阳极氧化的方法形成，且阳极氧化的条件使所述氧化铝层的厚度为5-25微米。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述离子渗金属的条件包括电压为100-1000伏、温度为300-600℃、气体压力为10-1000Pa、时间为3-8小时。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阳极氧化的条件包括，使形成含金属铝层的不锈钢基材作为阳极与电解液接触，以不与电解液反应的导电材料为阴极，电压为10-50伏，电流密度为0.5-10A/dm2，电解液的温度为50-70℃或常温乃至于低温，阳极氧化的时间为20-50分钟。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电解液为含有H2SO4：160-200克/升、Al3+小于20克/升；或者乙二酸：50-70克/升的水溶液。
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