CN104975292B

CN104975292B - 制造用于轻金属工件的抗腐蚀且有光泽的外观涂层的方法

Info

Publication number: CN104975292B
Application number: CN201410666394.4A
Authority: CN
Inventors: M.刘
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2018-08-17
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: US20150284836A1; US9797036B2; CN104975292A; DE102015105139A1

Abstract

本发明涉及制造用于轻金属工件的抗腐蚀且有光泽的外观涂层的方法。一种诸如轮的金属工件和在金属或合金基底（诸如镁）的暴露表面上提供增强的抗腐蚀表面涂层的方法。形成抗腐蚀底涂层，包括产生氧化物层和将第一底漆涂层涂覆到氧化物层的至少一部分上。该方法可以进一步包括识别基底上最易受腐蚀区并且设计避免与这些易腐蚀区接触的支承架。该方法还包括通过将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上并且使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜涂覆到第二底漆涂层上来在底涂层的至少一部分上形成顶涂层。可以在金属膜上涂覆透明涂层。

Description

制造用于轻金属工件的抗腐蚀且有光泽的外观涂层的方法

相关申请的交叉引用

此申请要求2014年4月8日提交的国际申请号PCT/CN2014/074878的权益和优先权。上述申请的全部披露内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及应用表面处理以获得对腐蚀敏感的金属和合金的增加的抗腐蚀性的涂层和方法。

背景技术

本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上介绍本发明的背景。当前提及的发明人的工作——以在此背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时否则可能不构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本发明的现有技术。

具有高镁或铝含量的合金车轮在专业和赛车车辆上并不罕见。然而，在比较便宜的客车中这种合金轮的使用限于一些生产跑车。举例而言，电化腐蚀是在被匹配到钢或铸铁轮毂和制动部件时高镁含量合金轮中的设计考虑。经常，这些部件可能将其大部分使用寿命耗费在通常不幸地具有加速电化腐蚀反应的道路用盐的潮湿或湿的条件下。已经将各种涂层涂覆到轻金属工件和诸如合金轮的基底（例如，包括镁或铝）上以增加腐蚀保护，但是它们具有许多缺点。例如，已经使用仅具有在其上形成的厚氧化物层的工件，但是它们通常易碎且容易开裂。具有直接涂覆到氧化物层上的粉末涂层材料的工件展现出不良的粘附力。已经使用具有化学钝化技术与氧化物层组合的工件，但是它们具有不良的耐崩裂性。另外，还使用了仅具有提供在氧化物层上的电泳涂层的工件，但是可能产生具有不良的刮擦腐蚀和不良的耐热震性的产品。在其他替代方案中，轮可以被提供为具有内部和外部的两部件组件，其中内部将外部与钢或铸铁轮毂以及制动部件电化地隔离。然而，这种两部件组件可能并不始终合意。

因此，仍存在对于改进表面处理以获得对腐蚀敏感的轻金属和合金的增加的抗腐蚀性的需要。

发明内容

此部分提供本发明的总体概述，而并不是其全部范围或所有其特征的全面披露。

在各个方面中，本发明的教示提供具有增强的表面保护的轻金属工件。工件包括：具有暴露表面的金属或合金基体（诸如镁），暴露表面具有涂覆到暴露表面的至少一部分上的抗腐蚀底涂层和涂覆到抗腐蚀底涂层的至少一部分上的保护性顶涂层。抗腐蚀底涂层可以包括预处理层和涂覆到预处理层的至少一部分上的第一底漆涂层。保护性顶涂层可以包括涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上的第二底漆涂层和使用物理气相沉积技术涂覆到第二底漆涂层的至少一部分上的溅镀金属膜。可以将透明涂层涂覆到金属膜的至少一部分上。

在其他方面中，本发明的教示提供包括具有暴露表面的镁金属基体的镁金属轮。可以在暴露表面的至少一部分上形成氧化镁陶瓷层。可以将第一底漆涂层涂覆到氧化镁陶瓷层的至少一部分上。可以将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上。可以使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜沉积到第二底漆涂层的至少一部分上。随后可以将透明涂层涂覆到金属膜的至少一部分上。在某些方面中，可以沉积具有约5 nm至约15 nm的厚度的溅镀金属膜。在各个方面中，第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

在其他方面中，本发明的教示包括在金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法。该方法包括提供具有暴露表面的金属或合金基底。可以将抗腐蚀底涂层形成到暴露表面的至少一部分上。抗腐蚀底涂层可以通过在基底的暴露表面上产生氧化物层并且将第一底漆涂层涂覆到氧化物层上形成。可以将保护性顶涂层形成到抗腐蚀底涂层的至少一部分上。形成保护性顶涂层的方法可以包括将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上并且使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜沉积到第二底漆涂层上。溅镀金属膜可以被沉积具有约5 nm至约15 nm的厚度。该方法可以进一步包括在金属膜的至少一部分上涂覆透明涂层。在各个方面中，第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

在某些其他方面中，该方法可以进一步包括在暴露表面上形成抗腐蚀底涂层之前识别暴露基底的易腐蚀区。将金属或合金基底安置在支承架构件上。因此，该方法可以包括将支承架构件的一个或多个支承区域与基底的预定接触区域对准，其中预定接触区域在易腐蚀区之外。随后，可以在一部分暴露表面上形成抗腐蚀底涂层。可以通过将基底浸入电解质浴同时搁置在支承架构件的支承构件上来在基底的暴露表面上产生氧化物层。支承架构件可以被配置成用作导电电极，诸如工作电极/阴极。

本发明还包括以下技术方案：

1. 一种具有增强的表面保护的轻金属工件，包括：

具有暴露表面的轻金属合金或基体；

涂覆到暴露表面的至少一部分上的抗腐蚀底涂层，抗腐蚀底涂层包括：

预处理层；以及

涂覆到预处理层上的第一底漆涂层；

涂覆到抗腐蚀底涂层的至少一部分上的保护性顶涂层，保护性顶涂层包括：

涂覆到第一底漆涂层上的第二底漆涂层；

使用物理气相沉积技术涂覆到第二底漆涂层的至少一部分上的溅镀金属膜；以及

涂覆到金属膜的至少一部分上的透明涂层。

2. 如技术方案1所述的轻金属工件，其中预处理层包括形成在暴露表面上的氧化物层。

3. 如技术方案2所述的轻金属工件，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

4. 如技术方案3所述的轻金属工件，其中轻金属合金或基体包括镁，并且氧化物层包括氧化镁陶瓷。

5. 如技术方案2所述的轻金属工件，其中氧化物层被形成为具有约5 µm至约20 µm的厚度，第一底漆涂层被涂覆成具有约50 µm至约150 µm的厚度，第二底漆涂层被涂覆成具有约50 µm至约150 µm的厚度，并且透明涂层被涂覆成具有约20 µm至约30 µm的厚度。

6. 如技术方案2所述的轻金属工件，其中溅镀金属膜被涂覆成具有约5 nm至约15nm的厚度。

7. 如技术方案2所述的轻金属工件，其中轻金属或合金基体包括选自由铝、镁、钛和其混合物构成的群组中的至少一种阀金属。

8. 如技术方案2所述的轻金属工件，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层包括相同的材料。

9. 一种镁金属轮，包括：

具有暴露表面的镁金属基体；

形成在暴露表面的至少一部分上的氧化镁陶瓷层；

涂覆到氧化镁陶瓷层的至少一部分上的第一底漆涂层；

涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上的第二底漆涂层；

使用物理气相沉积技术沉积到第二底漆涂层的至少一部分上的溅镀金属膜；以及

涂覆到金属膜的至少一部分上的透明涂层。

10. 如技术方案9所述的镁金属轮，其中氧化镁陶瓷层被形成为具有约5 µm至约20 µm的厚度和约0.1 µm至约5 µm的平均孔隙大小，第一底漆涂层被涂覆成具有约50 µm至约150 µm的厚度，第二底漆涂层被涂覆成具有约50 µm至约150 µm的厚度，溅镀金属膜被涂覆成具有约5 nm至约15 nm的厚度，并且透明涂层被涂覆成具有约20 µm至约30 µm的厚度。

11. 如技术方案9所述的镁金属轮，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

12. 一种在金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法，所述方法包括：

将抗腐蚀底涂层形成到轻金属或合金基底的暴露表面的至少一部分上，包括：

在基底的暴露表面上产生氧化物层；以及

将第一底漆涂层涂覆到氧化物层上；

将保护性顶涂层形成到底涂层的至少一部分上，包括：

将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层上；

使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜沉积到第二底漆涂层上；以及

将透明涂层涂覆到溅镀金属膜的至少一部分上。

13. 如技术方案12所述的方法，其中基底包括镁，并且产生氧化物层包括产生氧化镁陶瓷。

14. 如技术方案12所述的方法，其中在基底的暴露表面上产生氧化物层包括使用微弧氧化和等离子电解氧化过程中的至少一个。

15. 如技术方案12所述的方法，其进一步包括在涂覆第二底漆涂层之前将基底加热到约80℃至约100℃的温度。

16. 如技术方案12所述的方法，其进一步包括在涂覆第二底漆涂层之前固化和凝结第一底漆涂层。

17. 如技术方案16所述的方法，其中第一底漆涂层包括粉末材料涂层，并且固化和凝结第一底漆涂层包括将基底放置在约180℃至约220℃的温度下的加热环境中持续约15分钟至约25分钟的时间周期。

18. 如技术方案12所述的方法，其进一步包括在产生氧化物层之后少于约24小时之内在氧化物层上涂覆第一底漆涂层。

19. 如技术方案12所述的方法，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

20. 如技术方案12所述的方法，其中第一底漆涂层被涂覆成约50 µm至约150 µm的厚度，第二底漆涂层被涂覆成约50 µm至约150 µm的厚度，溅镀金属膜被涂覆成约5 nm至约15 nm的厚度，并且透明涂层被涂覆成约20 µm至约30 µm的厚度。

21. 如技术方案12所述的方法，其中在基底的暴露表面上产生氧化物层包括将基底浸入电解质浴中并且将基底搁置在支承架构件上。

22. 如技术方案21所述的方法，其中支承架构件是可从电解质浴移除的独立部件。

23. 如技术方案21所述的方法，其中支承架构件与包含电解质浴的结构成一体。

24. 如技术方案21所述的方法，其中在基底的暴露表面上产生氧化物层包括微弧氧化过程和等离子电解氧化过程中的至少一种，并且支承架构件被配置成在微弧氧化过程和等离子电解氧化过程中的至少一个期间用作导电阴极。

25. 如技术方案21所述的方法，其中支承架构件限定多个支承区域，并且将基底搁置在支承架构件上包括将支承区域与基底的预定接触区域对准。

26. 如技术方案25所述的方法，其进一步包括识别暴露表面的易腐蚀区，其中将支承架构件的支承区域与基底的预定接触区域对准包括避免与易腐蚀区接触。

27. 如技术方案26所述的方法，其中基底包括镁轮，并且预定接触区域位于镁轮的外轮缘上。

28. 如技术方案26所述的方法，其中基底包括镁控制臂悬置部件。

29. 如技术方案26所述的方法，其中基底包括镁门部件。

增强轻金属工件和阀金属的腐蚀保护的更多适用性领域和各种方法将从本文提供的描述变得显而易见。此发明内容中的描述和具体示例目的仅在于说明而非意欲限制本披露的范围。

附图说明

本发明的教示将从详细描述和附图变得更完整地理解，其中：

图1是根据本披露的各个方面的示例性轮组件的正面平面图；

图2是沿图1的线2-2获得的轮组件的横截面图；

图3是示出根据本披露的各个方面的可以涂覆到金属基体上的各种涂层的简化图示；

图4是如同图2中获得但是进一步包括作为轮组件的一部分的轮胎的轮组件的截面图；

图5是在用于涂覆过程（诸如微弧氧化技术）期间保持轻量金属轮组件的支承架的示意图，其中根据本披露的某些方面将与轮工件的接触点安置在腐蚀最不敏感区域上；

图6是图5中的支承架和轻量金属轮组件的侧视图；

图7是根据本披露的某些方面可以被涂层以用于获得增强的腐蚀保护的轻量金属控制臂；以及

图8是根据本发明的某些方面可以被涂层以用于获得增强的腐蚀保护的轻量金属门板。

应注意，本文阐述的图是意欲为了描述某些方面的目的例示本发明技术的那些材料、方法和设备的特征中的一般特征。这些图可能并不精确地反应任何给定方面的特征，并且并不必意欲将具体实施例限定或限制在此技术的范围之内。另外，某些方面可以并入来自图的组合的特征。

具体实施方式

以下描述仅实质上仅是说明性的而并不意欲以任何方式限制本披露、其应用或使用。如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应理解，方法内的步骤在不改变本披露的原理的情况下可以不同的次序来执行。范围的披露包括所有范围和整个范围内的细分范围的披露。

本文使用的标题（诸如“背景技术”和“发明内容”）和副标题仅意欲用于本披露内的论题的整体组织，而并不意欲限制技术或其任何方面的披露。具有所陈述特征的多个实施例的叙述并不意欲排除具有额外特征的其他实施例或并入所陈述特征的不同组合的其他实施例。

如本文所使用的，词语“包括”和其变体意欲是非限制性的，这样使得列表中的物品的叙述并不排除也可以用于此技术的材料、成分、设备和方法中其他类似物品。类似地，术语“能”和“可以”以及其变体意欲是非限制性的，这样使得实施例能或可以包括某些元件或特征的叙述并不排除不含有那些元件或特征的本发明技术的其他实施例。

本文中为了便于描述以描述一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系而可以使用空间相对术语，诸如“内”、“外”、“下方”、“下”、“下部”、“上方”、“上部”、“上”以及其变体。空间相对术语可以涵盖设备在使用或操作中的不同定向。如本文所使用的，当涂层、层或材料“被涂覆到另一个基底或物品上”、“涂覆在另一个基底或物品之上”、“形成在另一个基底或物品上”、“沉积在另一个基底或物品上”等时，可以将额外的涂层、层或材料涂覆、形成或沉积在整个基底或物品上，或者在基底或物品的至少一部分上。

本披露的广泛教示可以各种形式实施。因此，虽然本发明包括特定示例，但是本披露的真实范围不应限于此，因为在学习说明书和以下权利要求之后其他修改对于本领域技术人员将变得显而易见。

本发明的技术整体涉及用于轻金属工件和阀金属的增强的表面涂层。如本文所使用，术语“阀金属”用来指代可以自生长纳米多孔氧化物膜的金属或金属合金。阀金属上所形成的所得氧化物层将提供一些程度的腐蚀保护，因为其在金属与腐蚀环境之间构成物理屏障。然而，它可能并不美观，并且可能并不为诸如轮的轻金属工件提供适当的抗腐蚀性。

可以与本发明技术一起使用的示例性阀金属包括铝、镁、钛、锌、铪、铬、钴、钼、钒、钽以及其混合物和合金。如本领域中已知，阀金属可以在电解池中呈现出电整流特性，并且在给定的施加电流下，将在阳极充电时比在阴极充电时维持更高电位。在某些方面中，工件可以包括轻金属或阀金属，诸如镁或铝。在某些其他方面中，工件包括镁，包括其合金或基体复合材料。镁基体复合材料包括具有分布其中的增强相或材料的金属（例如，镁或镁合金）的基体。适合的增强材料包括常规的增强颗粒、粉末、纤维、金属须等。

在各个方面中，本发明的教示提供具有增强的表面保护的轻金属工件，诸如阀金属或金属合金。在某些方面中，轻金属工件可以是经受暴露于腐蚀环境的部件。例如，轻金属工件可以是车辆（诸如汽车）的部件。参照图1，在本披露的一个方面中，轻金属工件可以是轮10。在某些变体中，轻金属工件轮10可以是铝、镁或合金轮。应理解，本披露的技术通常可以与任何轮设计一起使用，或者如上所示，与预想由可能具有经受腐蚀环境的暴露表面的阀金属制成的任何其他工件或部件一起使用。为了示例目的，轮10通常是单一构件或者可选地具备与外轮部分14连接的中心部分12，如图所示。外轮部分14可以包括轮缘16并且也可以包括从轮缘16沿大体径向方向朝向轮中心部分12延伸的一个或多个辐条18。轮部分12可以包括适用于轮盖（未示出）的中心开口20并且可以限定用于将轮10连接到车辆上的一个或多个凸耳螺栓孔22。

参照图2，其是沿线2-2获得的图1的截面图，轮10可以具有内侧侧面10a和外侧侧面10b。内侧侧面10a通常指示轮10的面向车辆的侧面，并且外侧侧面10b通常指示轮10的背向车辆并且当轮10连接到车辆上时看得见的侧面。

在各个方面中，轮10或其他轻金属工件包括具有暴露表面的金属或合金基体。图3是示出根据本发明的各个方面的可以涂覆到金属基体的一部分或整个暴露表面上的各种涂层的简化图示。本文论述的涂层和处理可以应用于整个工件或其选择部分。例如，轮的内侧侧面10a和外侧侧面10b都可以施用涂覆增强的腐蚀保护涂层的本发明教示的方法，但是可能需要仅将某些涂层或层涂覆到可见的外侧侧面10b上。

图3的参考数字30通常指示包括轻金属的材料，诸如包括轻金属的金属基体，该材料最初具有暴露表面30a。具有暴露金属表面30a的轻金属工件可以被施用如本领域中已知的各种清洁过程，包括除油、除锈、中和和类似的清洗过程。在各个方面中，可以将抗腐蚀底涂层32涂覆到金属或金属基体，随后涂覆保护性和外观增强的顶涂层40。如图3中所示，可以在暴露表面30a上涂覆或形成预处理层34。例如，预处理层34可以是使用微弧氧化或等离子电解技术形成在暴露表面30a上的抗腐蚀氧化物层。可以将第一底漆涂层36涂覆到由氧化物形成的预处理层34上，并且可以被配置成密封预处理层34。作为保护性顶涂层40的一部分，随后可以将第二底漆涂层42涂覆到第一底漆涂层36上。如以下将更详细论述的，第一底漆涂层36和第二底漆涂层42可以包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。可以将金属膜44涂覆到第二底漆涂层42上以赋予高反射的成品外观。然后可以在金属膜44的至少一部分（例如，外侧侧面10b）上涂覆透明涂层46作为最终保护屏障。如本领域中已知的，透明涂层46可以包括为工件赋予所需的颜色/色彩、光亮和/或光泽度的一个或多个涂层。

如本领域中已知的，微弧氧化技术（“MAO”）（有时也称为等离子电解氧化（“PEO”）、火花阳极氧化、放电阳极氧化或这些术语的其他组合）可能涉及使用各种电解质以在电解池中操作，并且这有助于在金属基体的暴露表面处产生多孔氧化物层或多孔氧化物陶瓷层。举例而言，在工件包括铝的情况下，可以使用MAO或PEO技术以产生氧化铝或氧化铝陶瓷层（其成分可能基于其中存在的电解质和其他材料而不同）来形成氧化物层或氧化物陶瓷层。在工件包括镁的情况下，可以使用MAO或PEO技术以产生氧化镁或氧化镁陶瓷层来形成氧化物层或陶瓷氧化物层。存在MAO和PEO过程的许多专利的和商业的变体，包括美国专利号3,293,158、5,792,335、6,365,028、6,896,785和公开为美国公开专利申请号2012/0031765的美国专利申请序号13/262,779中描述的那些过程，每个所述文献的全文都以引用的方式并入本文。在一个示例中，MAO或PEO过程可以使用基于硅酸盐的电解质（可以包括硅酸钠、氢氧化钾和氟化钾）来执行。

如本领域中通常已知的，MAO或PEO涂层表面上的微孔和/或裂缝的存在可以被认为潜在地有害并且呈现出相对于腐蚀而言的弱点。MAO或PEO涂层表面上较高的孔密度的存在增加有效表面面积，并且因此增加腐蚀介质吸收并集中到这些孔中的趋势。然而，MAO或PEO涂层中的多孔外层的存在也可以通过显著地提高机械互锁效应、粘结面积和应力分布从而产生较高的粘结强度来用作优点。考虑到由于较高的有效表面面积和多孔性导致的潜在地易腐蚀性，孔密度、孔分布和孔与基底剩余部分的互连性可能是重要的因素。在本披露的各个方面中，抗腐蚀底涂层32（包括预处理氧化物或陶瓷层34）可以被产生或形成为具有约0.1 µm至约5 µm、约1 µm至约3 µm或约0.1 µm至约1 µm的受控且基本上均匀的多孔性。氧化物层32可以被产生或形成为具有约2 µm至约30 µm、约4 µm至约25 µm或约5 µm至约20µm的基本上均匀的厚度。

关于MAO或PEO涂层的上述潜在弱点，将密封涂层涂覆到来自MAO或PEO过程的多孔氧化物或陶瓷层。因此，本披露在氧化物预处理层34上涂覆第一底漆涂层36。在各个方面中，第一底漆涂层36可以是使用电涂技术涂覆到氧化物预处理层34上的静电涂层或静电层（“电涂层”或电泳涂层），其被配置成密封氧化物预处理层34并且提供涂覆在其上的可选额外层的增加的粘附。作为电涂层的替代，第一底漆涂层36可以包括粉末材料涂层。在涂覆第一底漆涂层36之前，工件可以可选地被清洗或浸入去离子水中。

在其中电涂层被用作第一底漆涂层36的方面中，应理解，存在可以结合MAO和PEO过程使用的许多密封物***，并且它们可以包括多种聚合物和树脂，包括但不限于含氟聚合物、丙烯酸、环氧树脂、聚酯、聚硅氧烷以及聚偏二氟乙烯（PVDF）。这些材料可以通过电泳沉积或通过已知的浸渍或湿法喷涂技术来以静电喷涂的涂层的形式涂覆。在一个可以与镁工件（诸如镁或镁合金轮）一起使用的当前优选的方面中，可以使用环氧树脂，例如可从Unires或其子公司中国天津的天津优立化工有限公司购得的环氧树脂电泳涂层（EED-060M）。通常，第一底漆涂层36中将不含有显著量的任何化学活性剂。在各个方面中，电涂层处理过程可以使用约160V至约220V之间的电压发生0至约三分钟，并且在约160℃至约180℃的温度下固化持续约20至约30分钟的固化时间。在各个方面中，第一底漆涂层36可以是被涂覆成具有约1 µm至约200 µm或约50 µm至约150 µm或约70 µm至约130 µm或约80 µm至约120 µm的基本上均匀的厚度并且在某些方面中约100 µm的厚度的电涂层或粉末材料涂层。

当第一底漆涂层36包括静电涂覆的涂层时，本发明的教示所采用的方法包括在产生或形成氧化物或陶瓷氧化物预处理层34之后，在少于约30小时内并且优选地少于约24小时、少于约20小时或者少于约16小时，在氧化物预处理层34上涂覆第一底漆涂层36。

如上所述，第一底漆涂层36可以是粉末涂层材料。本文可用作第一底漆涂层36的粉末涂层材料可以包括本领域中通常使用的在室温下通常固态的热塑性或活性聚合物。大部分粉末是由于热处理而液化、流动且随后交联的反应性单组分***。可以用作粉末涂层材料的普通聚合物包括聚酯、聚氨酯、环氧聚酯（称为混合物）、直环氧（熔结环氧）以及丙烯酸树脂。

举例而言，在一个方面中，涂覆粉末材料涂层的方法可以包括将湿的黑色树脂粉末静电喷涂到受热基底的氧化物预处理层上，树脂粉末在约40kV至约50kV或约45kV的电压下并且在约0.4A至约0.6A或约0.5A的电流下传送。本发明教示的方法进一步包括通过将工件或基底放置在约180℃至约200℃或约190℃的温度下的受热环境中持续约15分钟至约25分钟或约20分钟的时间周期来固化和凝结任何粉末涂层。

如本领域中已知的，可购得提供创建耐久性和抗腐蚀程度的多种策略的范围广泛的用于封装的材料和方法。本发明的教示所采用的方法包括涂覆保护性顶涂层40，其可以包括将第二底漆涂层42涂覆到第一底漆涂层36上。在某些方面中，可以在单个组装线中执行整个方法。在其他方面中，可以在第一组件中涂覆抗腐蚀底涂层32，并且可以在第二组件中涂覆保护性顶涂层40。

在各个方面中，第二底漆涂层42可以是被涂覆成具有约1 µm至约200 µm或约50 µm至约150 µm或约70 µm至约130 µm或约80 µm至约120 µm或约100 µm的基本上均匀的厚度的电涂层或粉末材料涂层。在某些方面中，第一底漆涂层36可以被涂覆到具有第一厚度的氧化物预处理层34上，并且第二底漆涂层42可以被涂覆到具有第二厚度的第一底漆涂层36上。第一厚度可以基本上等于或稍小于第二厚度。第二底漆涂层42可以与第一底漆涂层36是相同的材料，或者其可以与第一底漆涂层36是不同的材料。两个底漆涂层都可以是电涂层，两个底漆涂层都可以是粉末涂层，或者底漆涂层中的一个可以是电涂层，而另一个底漆涂层可以是粉末材料涂层。另外，可以形成每个涂层的多个层。在第一底漆涂层36是电涂层而第二底漆涂层42是粉末材料涂层的情况下，具有厚度比电涂层大得多的粉末材料涂层以提供增加的腐蚀保护可能是有益的。因此，本发明的教示所采用的方法可以包括涂覆第二层或涂层42，其具有比第一涂层36的第一厚度大约1.5至约10倍的第二厚度。因此，举例而言，在某些方面中，具有约15 µm的厚度的第一底漆涂层36可以与具有约25 µm至约150 µm的厚度的第二底漆涂层42一起使用。

在各个方面中，本发明教示的方法可以包括在涂覆第二底漆涂层42之前将具有第一底漆涂层36的工件或基底加热到约80℃至约100℃的温度。

在一个可以与具有环氧树脂第一底漆涂层的镁工件一起使用的当前优选的方面中，第二底漆涂层可以包括主要含有大部分聚氨酯的粉末涂层。其可以例如包括可从澳大利亚的TIGER Coatings GmbH & Co购得的具有高光泽度的TIGER DRYLAC®粉末涂层“湿黑”049/80036。

可以使用多种沉积方法来涂覆在顶涂层部分40中形成金属层或金属膜44的金属成分。将金属膜44沉积到第二底漆涂层42上的一个优选方法是通过溅镀沉积技术。溅镀沉积是通过溅镀来沉积薄膜的离子辅助的物理气相沉积（PVD）技术。这通常涉及将来自“目标”（其是来源）的材料喷射到“基底”上，诸如工件上的底漆涂层（例如，第二底漆涂层42）。在某些方面中，物理气相沉积可以是户外等离子辅助的物理气相沉积或离子束辅助的物理气相沉积。

用于溅镀金属膜44的优选金属包括赋予闪亮的金属外观的那些金属，诸如铬（Cr）或Cr的化合物（诸如氮化铬（CrN））和镍（Ni）或Ni的化合物。如本领域技术人员所认识到的，金属膜成分还可以包括以上认定的金属的混合物。

预想可以使用各种离子辅助的PVD装置来涂覆金属膜44。一个示例性装置可以包括沉积腔室和用于沉积金属膜的一个或多个电子枪。如本领域中已知的，在某些方面中，该装置可以在超高真空下操作。可以首先将有待涂覆金属膜的基底放置在腔室中并且降低压力。腔室中的第一坩埚可以保持有待沉积的金属。如果要沉积金属的组合，则可以由第二坩埚来保持沉积在第一层上从而形成第二层的第二金属。另一个可用的选择可以是同时沉积金属的组合。可以约0.10 nm/s的速率在第二底漆涂层42上沉积金属至大于约1 nm并且小于约50 nm的厚度，这可以通过本领域中已知的厚度监控器来观察。金属膜44可以小于约50nm、可选地小于约40 nm或者在某些方面中约25 nm至约30 nm的超低厚度被沉积到第二底漆涂层42上。在某些方面中，有可能涂覆非常薄的层（例如大约是约1 nm至约20 nm、约5 nm至约15 nm或者约10 nm的超薄层）仍实现良好的表面覆盖、基本上均匀的覆盖和良好的粘附。因此，PVD的使用允许将金属膜44非常平滑、均匀并且以薄层沉积在第二底漆涂层42基底上。

其他适合的PVD方法可以包括磁控管溅镀，其中在氩离子气氛下用溅镀枪轰击目标（第二底漆涂层42），同时对基底充电。溅镀枪形成由动力传送以涂覆基底的金属颗粒和氩离子的等离子体。涂覆金属膜44的其他方法可以包括电子束蒸发，其中基底被包含在真空腔室中（从约10^-3至10^-4托或约1.3 x 10^-1至1.3 x 10^-2 Pa）并且金属蒸发物由充电的电子束加热，在那里其蒸发并且随后凝结在目标基底上。金属膜44也可以通过电镀（例如，电解沉积）、无电沉积/镀敷或脉冲激光沉积来涂覆。取决于第二底漆涂层的材料，还预期金属膜还可以通过电镀（例如，电解沉积）或脉冲激光沉积来涂覆。

在某些方面中，在轻金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法可以包括以上论述的过程和处理，但是还可以包括在工件将被用于服务或暴露于腐蚀条件时在工件的暴露基底上进一步识别特别易腐蚀区或腐蚀敏感区。在本披露的某些方面中，用于处理轻金属基底的方法可以包括设计具有将在预定的接触点处接触基底的预定支承区域的支承架。此支承架设计可以对于在基底的暴露表面上的氧化物层形成过程（形成预处理层34）期间的使用特别有利。因此，支承架可以被设计成使得支承区域对应于基底上建立接触的最不易腐蚀区域（在基底上的预定接触点或区域处）。在此变体中，基底上的接触点或或区域可能不具有如保护性涂层（包括氧化物预处理层34）的厚度或全覆盖。因此，基底上的潜在的腐蚀敏感接触区域将被降级为最不易腐蚀区。

举例而言，图4是图1和2中的轮组件的另一个图，但是还包括沿轮10的外轮部分14的轮缘16布置在轮组件周围的轮胎50。轻金属轮10的暴露表面具有不同的腐蚀敏感度并且因此通过图4中的不同轮廓来指定。轮10的暴露表面或基底上的第一表面区域60具有最大的腐蚀敏感度，因为它们在外侧侧面10b上暴露于外部腐蚀环境并且还与轮组件10中的其他部件中的不同金属具有电化接触。例如，凸耳螺栓孔22可以具有由与基底直接接触的不同金属（如钢）形成的凸耳螺母（未示出）。最高暴露于腐蚀剂和电化接触的组合使得第一表面区域是轮10的工件基底上的最易腐蚀区域。

第二表面区域62也对腐蚀敏感，但是安置在内侧侧面10a上并且因此沿着轮10的更受保护的背侧。另外，沿第二表面区域62存在较少的电化接触暴露。因此，第二表面区域62与第一表面区域60相比具有较小的腐蚀敏感度。

最后，轮10限定沿外轮部分14的轮缘16限定的第三表面区域64，轮胎50被装在该区域处。第三表面区域64是轮10上的最不易腐蚀区域，其对外部环境具有减少的暴露并且因此受到保护免受腐蚀剂，以及经历极少或没有电化接触。因此，轮10的第三表面区域64与第一表面区域60和第二表面区域62相比具有最小量的腐蚀敏感度。

在形成过程期间，尤其在MAO和/或PEO处理技术期间，将工件布置在导电支承架上并且随后暴露于电解质（例如，通过将支承架和工件置于或浸入在电解质浴中）。产生从导电支承架流到工件的电位或电流，从而促进在电解质浴中形成预处理层34。然而，所沉积的氧化物或其他形成的层可能在架与工件之间建立物理接触的区域中更薄或不存在，因为接触点并不同样多地暴露于电解质，并且进一步在工件与架之间形成电路径的一部分（其在过程期间用作电极）。

因此，在某些方面中，在轻金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法包括选择工件基底的一个或多个区域作为与支承架的接触点，其中接触点在服务或使用过程中具有较少暴露于腐蚀剂或电化条件的风险。因此，在图4的轮组件10的示例中，工件的暴露基底上的特别易腐蚀区或腐蚀敏感区包括第一表面区域60和第二表面区域62。因此，支承架可以被特别设计成具有将接触或接合基底上的预定支承点的预定支承区域。在此，预定支承点可以是与第一表面区域60和第二表面区域62相比具有最小量的腐蚀敏感度和电化接触的第三表面区域64。应注意，在某些变体中，基底或工件上的预定支承点可以被选择成在具有中等程度的腐蚀敏感度的区域（例如，第二表面区域62）上，其中这些第二表面区域62的暴露于腐蚀剂或电化条件（具有不同的电化电位的金属）的程度可以被最小化。然而，在设计支承架时，不选择对腐蚀敏感度具有最高风险的区域（第一表面区域60）作为接触点。

在图5和6中，为了说明的目的展示此示例性且简化的工具***。例如，此工具可以包括在过程中可以用来在轻金属或合金基底上创建增强的表面涂层的支承架70。用于MAO过程的工具含有导电路径以通过一个或几个支承点来传送电力以保持工件（例如，在电解质中）。在图5和6中，具有有待保护的基底的轻金属或合金工件是轮10。支承架70具有连接到伸出构件74的导电主体72和下部支承平台76。伸出构件74可以用来将支承架70放置在电解质浴80内。在下部支承平台76上安置多个支承区域78以用于建立与轮10的接触和接合。在某些变体中，支承架70限定多个支承区域78，并且通过将支承区域78与基底（轮10）的预定接触区域对准来将工件（轮10）的基底搁置于支承架70上。更具体来说，支承区域78被设计成建立对应于轮10的外轮部分14的轮缘16上的第三表面区域64（最不易腐蚀区域）的接触点。在某些变体中，轮10是镁轮，并且预定接触区域位于镁轮的外轮缘16上。

可以将具有安置于其上的轮10的支承架70浸入电解质浴80中或者以其他方式使其与电解质浴80接触。在某些变体中，支承架70是可从电解质浴80移除的独立部件，如图5和6中所示。在其他变体中，支承架70与含有电解质浴的结构（未示出）成一体。支承架70可以由导电材料形成并且因此在施加电位时（在与电解质和工件接触的同时）用作工作电极。例如，支承架70可以在微弧氧化过程和等离子电解氧化过程的至少一个期间用作导电阴极。图5和6中的箭头展示通过工件轮10的电力的路径。

在其他变体中，本披露的方法在金属或合金基底（如先前在以上论述的那些中的任一个）上创建增强的腐蚀保护表面涂层，其中基底是如图7中所示的控制臂悬置部件。具有转向轮的机动车辆具有支承在保持在上部与下部控制臂（也称为A形臂或叉形杆）之间的旋转构件上的轮轴。通过接纳通过其的装配螺栓的连接支架（未示出）将一个这种示例性控制臂90连接到车辆的车体或车架纵梁上。因此，控制臂90具有与其他相邻部件的多个连接点。例如，一种类型的连接点是其中装配螺栓（未示出）通过控制臂90的横向末端94处的多个轴衬92以提供使控制臂90枢转的能力（例如，在车辆车体或车架纵梁上）的位置。另一个连接点在与横向末端94相对的远端96上，其用于通过接头98连接到旋转构件（未示出）并对其支承以用于保持轮。控制臂90可以由轻金属或金属合金（诸如镁）形成。因此，轴衬92和接头98是与其他金属接触的连接点并且因此具有不同的电化电位，其限定具有较高腐蚀风险的第四表面区域97。另外，控制臂90的底侧99可以暴露于外部环境且因此暴露于腐蚀剂。

在此变体中，支承架可以因此被特别设计成具有将接触或接合控制臂基底上的预定支承点的预定支承区域。在此，预定支承点可以是对应于第四表面区域97或控制臂90的底侧99的连接点之外的任何区域。

在其他变体中，本披露的方法在金属或合金基底（如在以上论述的那些中的任一个）上创建增强的表面涂层，其中基底是轻量汽车门组件100中的部件。参照图8，在将各个硬件和其他部件装配在门封套上以形成门组件之前展示内部门板102。门板102可以由轻量金属形成，诸如镁、铝或其合金。门板102包括限定与前铰链柱110连接的下部106的内部区域104。门板102还可以包括内部腰线112并且可选地包括外部腰线114。镜面固定架116可以与内部腰线112连接。

在内部门板102的与前铰链柱110相对的第二侧面上安置后柱120，门闩固定架可以被安置在该后柱处（未示出）。侧护梁130在前铰链柱110与后柱120之间延伸。侧护梁130可以由与内部门板102不同的金属（例如，由钢）制成并且例如通过紧固件132装配或连接到内部门板。因此，限定门板102可以接触其他金属部件并且因此对电化反应和腐蚀具有较高风险（例如，门板102接触侧护梁130）的第五表面区域140。

沿门板102的下部106以及对应于内部腰线112和外部腰线114的区域展示第六表面区域142，在那里门板可以暴露于腐蚀条件。因此，对于在门上形成保护性涂层的方法而言，支承架可以由此被特别设计成具有将接触或接合门板基底上的预定支承点的预定支承区域。在此，预定支承点可以是门板102上在第五表面区域140或第六表面区域142之外的那些区域。因此，在门板102的最不易腐蚀区域上形成增强的表面涂层。

如本领域技术人员将了解，本发明的方法可以用来为多种轻量金属部件增强腐蚀保护而且并不仅限于以上描述的那些示例性实施例。

因此，在某些其他方面中，本发明的教示包括在工件的金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法。该方法包括提供具有暴露表面的金属或合金基底。此方法可以包括识别暴露基底的易腐蚀区。将金属或合金基底安置于支承架构件上。因此，该方法可以包括将支承架构件的一个或多个支承区域与基底的预定接触区域对准，其中预定接触区域在易腐蚀区之外（因此，避免支承架构件的支承构件与基底的易腐蚀区接触）。可以将抗腐蚀底涂层形成到暴露表面的至少一部分上。抗腐蚀底涂层可以通过在基底的暴露表面上产生氧化物层并且将第一底漆涂层涂覆到氧化物层上来形成。可以通过将基底浸入电解质浴中同时搁置在支承架构件的支承构件上来在基底的暴露表面上产生氧化物层。在基底的暴露表面上产生氧化物层可以使用微弧氧化和等离子电解氧化过程中的至少一个。支承架构件可以被配置成在微弧氧化过程和等离子电解氧化过程中的至少一个期间用作导电电极，诸如工作电极/阴极。

在某些变体中，支承架构件是可从电解质浴移除的独立部件。在其他变体中，支承架构件与包含电解质浴的结构成一体。基底可以包括镁轮并且预定接触区域位于镁轮的外轮缘或其他较低腐蚀敏感度区上。在某些其他变体中，基底包括镁控制臂悬置部件并且预定接触区域位于控制臂连接点或下/底表面之外。在另外其他变体中，基底包括镁门部件并且预定接触区域位于门的上和下边缘以及与门组件内的护梁或其他金属部件的连接点之外。

根据以上先前描述的实施例和方法形成保护性涂层。因此，将保护性顶涂层形成到抗腐蚀底涂层的至少一部分上。形成保护性顶涂层的方法可以包括将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上并且使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜沉积到第二底漆涂层上。溅镀金属膜可以被沉积成具有约5 nm至约15 nm的厚度。该方法可以进一步包括在金属膜的至少一部分上涂覆透明涂层。在各个方面中，第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

应理解，本发明的技术并不取决于、也不限于任何特定类型的材料或制造方法，并且材料和方法可以基于预期结果根据需要来改变。本文披露的具备增强的表面保护涂层的轻金属和合金已展示具有优秀的粘附性、耐崩裂性、耐热震性以及最小的刮擦腐蚀。

为了说明和描述的目的提供实施例的以上描述。其并非意欲是穷举的或限制本披露。特定实施例的个别元件或特征通常并不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以用于选定实施例中，即使未特别展示或描述也是如此。其还可以用许多方式来改变。这些变化并不被认为脱离本披露，并且所有这些修改意欲包括在本披露的范围之内。

Claims

1.一种具有增强的表面保护的轻金属工件，包括：

具有暴露表面的轻金属合金或基体；

预处理层，其中预处理层包括形成在暴露表面上的氧化物层，所述氧化物层被形成为具有5 µm至20 µm的厚度和0.1 µm至5 µm的平均孔隙大小；以及

涂覆到预处理层上的第一底漆涂层，其中第一底漆涂层包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个；

涂覆到第一底漆涂层上的第二底漆涂层，其中第二底漆涂层包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个；

使用物理气相沉积技术涂覆到第二底漆涂层的至少一部分上的溅镀金属膜，其中溅镀金属膜被涂覆成具有5 nm至15 nm的厚度；以及

涂覆到金属膜的至少一部分上的透明涂层。

2.如权利要求1所述的轻金属工件，其中轻金属合金或基体包括镁，并且氧化物层包括氧化镁陶瓷。

3.如权利要求1所述的轻金属工件，其中第一底漆涂层被涂覆成具有50 µm至150 µm的厚度，第二底漆涂层被涂覆成具有50 µm至150 µm的厚度，并且透明涂层被涂覆成具有20 µm至30 µm的厚度。

4.如权利要求1所述的轻金属工件，其中轻金属或合金基体包括选自由铝、镁、钛和其混合物构成的群组中的至少一种阀金属。

5.如权利要求1所述的轻金属工件，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层包括相同的材料。

6.一种镁金属轮，包括：

具有暴露表面的镁金属基体；

形成在暴露表面的至少一部分上的氧化镁陶瓷层，其中氧化镁陶瓷层被形成为具有5µm至20 µm的厚度和0.1 µm至5 µm的平均孔隙大小；

涂覆到氧化镁陶瓷层的至少一部分上的第一底漆涂层，其中所述第一底漆涂层被涂覆成具有50 µm至150 µm的厚度；

涂覆到第一底漆涂层的至少一部分上的第二底漆涂层，其中所述第二底漆涂层被涂覆成具有50 µm至150 µm的厚度；

使用物理气相沉积技术沉积到第二底漆涂层的至少一部分上的溅镀金属膜，其中所述溅镀金属膜被沉积成具有5 nm至15 nm的厚度；以及

涂覆到金属膜的至少一部分上的透明涂层，其中所述透明涂层被涂覆成具有20 µm至30 µm的厚度。

7.如权利要求6所述的镁金属轮，其中第一底漆涂层和第二底漆涂层中的每一个包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个。

8.一种在金属或合金基底上提供增强的表面涂层的方法，所述方法包括：

在合金基底的暴露表面上产生具有5 µm至20 µm的厚度和0.1 µm至5 µm的平均孔隙大小的氧化物层，其中在合金基底的暴露表面上产生氧化物层包括将合金基底浸入电解质浴中并且将合金基底搁置在支承架构件上，以及其中在合金基底的暴露表面上产生氧化物层包括微弧氧化过程和等离子电解氧化过程中的至少一种，并且支承架构件被配置成在微弧氧化过程和等离子电解氧化过程中的至少一个期间用作导电阴极；以及

将第一底漆涂层涂覆到氧化物层上，其中第一底漆涂层包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个；

将保护性顶涂层形成到底涂层的至少一部分上，包括：

将第二底漆涂层涂覆到第一底漆涂层上，其中第二底漆涂层包括静电涂层和粉末材料涂层中的至少一个；

使用物理气相沉积技术将溅镀金属膜沉积到第二底漆涂层上，其中溅镀金属膜被沉积成具有5 nm至15 nm的厚度；以及

将透明涂层涂覆到溅镀金属膜的至少一部分上，其中透明涂层被涂覆成具有20 µm至30 µm的厚度。

9.如权利要求8所述的方法，其中合金基底包括镁，并且产生氧化物层包括产生氧化镁陶瓷。

10.如权利要求8所述的方法，其中在合金基底的暴露表面上产生氧化物层包括使用微弧氧化和等离子电解氧化过程中的至少一个。

11.如权利要求8所述的方法，其中支承架构件是可从电解质浴移除的独立部件。

12.如权利要求8所述的方法，其中支承架构件与包含电解质浴的结构成一体。

13.如权利要求8所述的方法，其中支承架构件限定多个支承区域，并且将合金基底搁置在支承架构件上包括将支承区域与合金基底的预定接触区域对准。

14.如权利要求8所述的方法，其中合金基底包括镁轮，并且预定接触区域位于镁轮的外轮缘上。

15.如权利要求8所述的方法，其中合金基底包括镁控制臂悬置部件。