一种耐磨金属表壳表面处理方法与流程

本发明属于金属表面处理，尤其涉及一种耐磨金属表壳表面处理方法。

背景技术：

1、pvd层是利用物理气相沉积技术，将靶材从固态转变为气相再沉积在基底表面形成的一层功能性薄膜，提升基底的抗刮擦和耐磨损能力，但是，由于沉积过程中受表面扩散限制和阴影效应影响，pvd层常呈现柱状晶生长结构，内部容易存在贯穿性的柱状晶界、微裂纹等微观缺陷，在盐雾环境中，氯离子可以水为载体，通过微观缺陷渗入pvd层和基底的界面处并破坏基底，因此常在pvd层外涂覆防护层以封闭缺陷，抑制氯离子侵蚀，但现有技术中的防护层往往直接暴露在环境中，一旦磨损，封闭功能随之丧失，难以对基底提供有效防护。

2、公开号为cn116463590a的中国专利申请文件公开了一种高耐磨pvd薄膜制备方法，包括以下步骤：将基材放入真空镀膜设备中分别制备底层、连接层和颜色层，在颜色层上涂覆氟碳树脂层和耐磨液并进行固化，形成封闭层和耐磨层，其中耐磨液制备时，先将mtms、ptms在酸性乙醇溶液中反应，随后与丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸甲酯、流平剂及固化剂混匀。该申请文件以氟碳层作为封闭层，通过耐磨层对封闭层进行防护，避免封闭层直接与外界接触，但是，氟碳树脂的表面能较低，与耐磨层、pvd层之间的本征结合力弱，导致耐磨层易在摩擦剪切力的作用下滑移失效，同时，耐磨层中不含刚性粒子，耐磨性较差，易被磨损去除，难以有效保护封闭层，pvd层的缺陷在摩擦环境中使用时暴露速度快，难以在盐雾环境中为基材提供稳定防护。

技术实现思路

1、本发明提供一种耐磨金属表壳表面处理方法，解决金属表壳在摩擦环境中使用时耐盐雾性能差的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种耐磨金属表壳表面处理方法，包括以下步骤：

4、s1、在金属表壳表面镀覆pvd层，对pvd层进行表面羟基化处理；

5、s2、将处理后的pvd层依次经封孔液与连接液减压浸渍并反应，之后涂覆耐磨液，反应后在金属表壳上形成涂层，完成对金属表壳的表面处理；

6、所述封孔液通过将正辛基三甲氧基硅烷、btse（1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷）、mtms（甲基三甲氧基硅烷）与酸性醇溶液混合反应制得；所述连接液通过将十二烷基三甲氧基硅烷、btse、mtms与酸性醇溶液混合反应制得；所述耐磨液通过将苯基三甲氧基硅烷、mtms与酸性醇溶液混合反应后加入硅溶胶和流平剂制得；

7、所述s2中，将处理后的镀膜表壳浸入封孔液中，在8-10kpa、20-22℃条件下浸渍1-1.5h，去除pvd层表面的液体，60-65℃反应50-60min，浸入连接液中，在8-10kpa、20-22℃条件下浸渍1-1.5h，沥干，60-65℃反应50-60min，浸入耐磨液中，以3-4cm/min的提拉速度取出，沥干，80-85℃反应25-35min，升温至120-125℃反应1.5-2h，升温至180-185℃反应25-35min，完成对金属表壳的表面处理。

8、本发明通过依次在金属表壳上设置pvd层、封孔结构、连接层和耐磨层，在金属表壳上形成涂层，进而完成对金属表壳的表面处理。在真空辅助浸渍的条件下，封孔液中正辛基三甲氧基硅烷、btse、mtms的水解产物（以下简称封孔液水解产物）渗透进入pvd层的柱状晶界、微裂纹等缺陷内并发生缩合，在缺陷内形成封孔结构；连接液中十二烷基三甲氧基硅烷、btse、mtms的水解产物（以下简称连接液水解产物）缩合形成连接层，该连接层与pvd层上保留的羟基、封孔结构的硅羟基发生缩合反应，实现连接层与pvd层、封孔结构的共价连接；耐磨液中的苯基三甲氧基硅烷、mtms水解产物（以下简称耐磨液水解产物）与硅溶胶中的sio2缩合形成耐磨层，该耐磨层与连接层上保留的硅羟基发生缩合反应，实现耐磨层与连接层共价连接。

9、在本发明中，封孔结构进入到缺陷内部并对缺陷进行物理封堵，其上含有甲基和正辛基，具有优异疏水性，能够抑制氯离子在水分的作用下渗入缺陷，延长氯离子到达金属表壳的路径，提升金属表壳的耐盐雾性能；连接层通过共价键分别连接耐磨层和pvd层，抑制耐磨层在摩擦剪切力的作用下滑移失效，耐磨层中的sio2不仅具有高模量，还可作为高密度共价交联点，提升耐磨层的致密度，不仅能够强化耐磨层的耐磨性能，为封孔结构提供防护，还能延长氯离子的渗透路径，提升金属表壳在摩擦环境中使用时的耐盐雾性能；由于封孔结构进入到了缺陷内部，在pvd层本体尚未完全磨穿前，其本征耐磨性可有效保护嵌入缺陷内部的封孔结构免受直接切削，延缓金属表壳在盐雾环境中的腐蚀速度。

10、真空环境有利于封孔液在压力差的作用下进入到pvd层的缺陷中，将pvd层表面的封孔液去除，避免封孔液水解产物过度消耗pvd层表面的钛羟基，为连接层与pvd层之间的共价连接保留官能团基础，在60-65℃条件下，封孔液水解产物发生初步交联形成封孔结构，使其能够在连接液浸渍冲刷的过程中保留在缺陷内；在真空环境中，连接液水解产物可渗入封孔结构未完全填充的缺陷空隙及缺陷开口边缘微区，对缺陷进行二次封孔补缝，进一步抑制氯离子侵入缺陷，在60-65℃条件下，连接液水解产物初步固化形成连接层，连接层的硅羟基与封孔结构保留的硅羟基、pvd层表面保留的钛羟基发生缩合反应，使得连接层与封孔结构、pvd层之间共价连接，嵌入缺陷内的封孔结构为连接层与pvd层之间的连接提供了机械锁合锚定点，进一步提升连接层与pvd层之间的界面结合力；耐磨液水解产物在80-85℃条件下初步固化形成耐磨层，耐磨层的硅羟基与连接层保留的硅羟基之间发生缩合反应，使得耐磨层与连接层之间共价连接，提升耐磨层与连接层之间的界面结合力。

11、进一步的，所述s1中，采用磁控溅射法在不锈钢表层上沉积ti层、tin层和ticn层，得到pvd层。

12、进一步的，所述s1中，将氧气和氩气按照体积比为（8.5-9）：1的比例混匀作为工作气体，在工作气体流量为400-450sccm、射频功率为210-220w的条件下对pvd层等离子处理5-6min，完成对pvd层的表面羟基化处理。

13、氧气等离子体能够打断ticn表层的ti-c和ti-n化学键并原位生成钛羟基，提升pvd层表面的羟基密度，有利于封孔液润湿并铺展在pvd层表面，同时为连接层与pvd层之间的共价连接提供官能团基础。

14、进一步的，所述封孔液通过以下方式制备：向84-86wt%乙醇溶液中滴加乙酸溶液调整ph值为4-5，加入正辛基三甲氧基硅烷反应1-1.5h，加入btse反应1-1.5h，在持续搅拌条件下缓慢加入mtms，反应40-50min，得到封孔液。

15、mtms的水解缩合速率远高于正辛基三甲氧基硅烷和btse，通过分步加入并控制各步骤的水解时间，避免mtms过快缩合导致体系黏度急剧上升，使得封孔液中各组分达到适度水解，维持封孔液的低黏度和渗透性，确保封孔液在真空浸渍时顺利渗入pvd层内部缺陷中。

16、进一步的，所述连接液通过以下方式制备：向90-92wt%乙醇溶液和异丙醇的混合液中滴加乙酸溶液调整ph值为4-5，加入十二烷基三甲氧基硅烷反应1-1.5h，加入btse反应1.5-2h，在持续搅拌条件下缓慢加入mtms，反应40-50min，得到连接液。

17、连接液中的十二烷基三甲氧基硅烷含有长链烷基，赋予连接层较好的柔韧性，能够缓冲连接层与耐磨层固化过程中产生的收缩应力，抑制连接层与耐磨层之间出现界面开裂，降低耐磨层在摩擦剪切力的作用下滑移失效的风险。

18、进一步的，所述连接液制备时，加入十二烷基三甲氧基硅烷反应1-1.5h后、加入btse之前，加入硅溶胶混匀；所述硅溶胶中sio2的粒径为20-30nm，分散剂为乙醇。

19、连接液中加入含有sio2的硅溶胶，当连接液固化形成连接层后，sio2部分外露于连接层表面，提升连接层表面的粗糙度，使得连接层与耐磨层之间通过共价键合和机械互锁的方式连接，进一步提升连接层与耐磨层之间的界面结合强度，抑制耐磨层在摩擦剪切力的作用下滑移失效；硅溶胶在十二烷基三甲氧基硅烷水解之后加入，有利于在sio2上接枝长链烷基，sio2表面参与交联的硅羟基数量减少，避免了sio2在连接层固化时充当高密度交联中心而导致连接层刚度过大、柔韧性不足的问题。

20、进一步的，所述耐磨液通过以下方式制备：向70-75wt%乙醇溶液中滴加乙酸溶液调整ph值为4-5，加入苯基三甲氧基硅烷反应45-55min，在持续搅拌条件下缓慢加入mtms，反应1-1.5h，加入硅溶胶和流平剂聚酯改性有机硅混匀，得到耐磨液；所述硅溶胶中sio2的粒径为20-30nm，分散剂为乙醇。

21、进一步的，所述封孔液包括以下质量份原料：正辛基三甲氧基硅烷3-4份，mtms15-17份，btse 2-2.5份；所述连接液包括以下质量份原料：十二烷基三甲氧基硅烷3.5-4.5份，btse 3-3.5份，mtms 10-12份；所述耐磨液包括以下质量份原料：苯基三甲氧基硅烷12-14份，mtms 59-62份，硅溶胶40-45份，流平剂0.15-0.2份。

22、进一步的，所述连接液还包括7-8质量份硅溶胶。

23、本发明具有以下有益效果：

24、本发明先在金属表壳上镀覆pvd层并进行表面羟基化处理，随后依次通过封孔液、连接液和耐磨液在pvd层上构建封孔结构、连接层和耐磨层，完成对金属表壳的表面处理。封孔液水解产物在真空辅助下渗入pvd层缺陷并缩合形成疏水封孔结构，物理封堵缺陷并抑制氯离子渗透；连接液在真空辅助下二次修补缺陷，固化形成连接层并与封孔结构、pvd层共价连接；耐磨液固化形成含sio2的耐磨层，sio2作为高密度交联点提升耐磨层的致密度和耐磨性，同时耐磨层与连接层共价连接，不易在摩擦剪切作用下滑移失效，能够在摩擦条件下为封孔结构提供有效防护，提升金属表壳在摩擦环境中的耐盐雾性能；即使耐磨层和连接层磨损去除，pvd层仍能凭借本征耐磨性保护封孔结构免受直接切削，延缓金属表壳在盐雾环境中的腐蚀速度。