專利名稱：使表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性的表面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作物的表面加工處理方法，特別涉及一種可使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性等性質(zhì)的表面加工方法。
以往的金屬鍋體表面處理技術(shù)，如臺(tái)灣發(fā)明專利第42088號(hào)不銹鋼用的熱噴覆法(美國(guó)專利第5069937號(hào))中，是利用一種可噴覆不銹鋼合金于基體金屬上，以防止基體金屬產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，在基體金屬表面再涂覆一層氟聚合物的方法，也就是可利用熱噴覆法將不銹鋼合金噴覆于該基體金屬的粗糙表面，而該不銹鋼合金的鉻含量增加至超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼，使得該不銹鋼含18至35％(重量)的鉻，8至15％(重量)的鎳，最大0.1％(重量)的碳，最大2％(重量)的鎂，和0.4％(重量)硅，其余的部分為鐵和不純物，但是，該基體金屬所經(jīng)熱噴覆法噴覆有特定的不銹鋼合金，依上述方式與其成分相同的Y316L線材噴覆完成，完成的基體金屬再利用鹽水(浸蝕力最強(qiáng))浸泡試驗(yàn)來(lái)測(cè)試該基體金屬耐蝕性發(fā)現(xiàn)，將該基體金屬浸置于含量為5％的鹽水中，該鹽水后經(jīng)20分鐘的煮沸后，自然冷卻靜待該基體金屬浸泡72小時(shí)后，將鹽水傾倒，而后檢視該基體金屬表面，可以發(fā)現(xiàn)有銹斑產(chǎn)生，所以，噴覆特定不銹鋼合金的耐蝕效果仍有上述的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種可使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性的表面加工處理方法。
本發(fā)明的特征在于在以電熔線材噴覆電熔線材被覆層步驟中，該電熔線材是以不銹鋼與鋁合金為主，且不銹鋼與鋁合金等電熔線材是裝于電弧裝置的兩極，以方便藉由不銹鋼與鋁合金的同時(shí)輸出，且經(jīng)電弧裝置的高溫熔化，使噴覆在工作物表面的電熔線材被覆層含有鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元素，最后再搭配氟碳樹(shù)脂被覆層被覆，使得該工作物表面同時(shí)具有高硬度、耐蝕性及不沾性的表面。
本發(fā)明是使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性等性質(zhì)的表面加工處理方法，包含有分別對(duì)工作物表面施以高壓氧化鋁噴附處理，使工作物達(dá)到表面清潔、粗化的第一步驟，將特定的電熔線材均勻熔射被覆于工作物表面的第一層電熔線材被覆層的第二步驟，以及將工作物表面施以高壓的氟碳樹(shù)脂噴附，且再施以高溫?zé)桑构ぷ魑锉砻嫘纬捎兄辽僖粚右陨系姆紭?shù)脂被覆層的第三步驟，上述的電熔線材熔射是采用電弧裝置，且在該電弧裝置的兩極分別安裝有不銹鋼與鋁合金為主的兩電熔線材，藉由不銹鋼與鋁合金兩電熔線材的同時(shí)輸出，以及同時(shí)輸出的該不銹鋼與鋁合金電熔線材會(huì)在該電弧裝置的噴布口高溫熔化與噴射出，使得噴覆于該工作物表面的電熔線材被覆層同時(shí)主要含有鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元素，最后再搭配氟碳樹(shù)脂被覆層被覆，使得該工作物表面具有更高的硬度、耐蝕性及不沾性等性質(zhì)的表面。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一步驟示意圖。
圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二步驟示意圖。
圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第三步驟示意圖。
圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的氟碳樹(shù)脂噴附層示意圖。
圖5是圖3第三步驟的另一示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一步驟示意圖，顯現(xiàn)對(duì)一工作物(以下是以金屬鍋體1為例說(shuō)明)表面進(jìn)行氧化鋁噴附的操作，使得經(jīng)氧化鋁噴覆后金屬鍋體1的表面粗糙度為4.5～5.5μm(其是指中心線平均粗糙度值Ra)，該金屬鍋體1是已經(jīng)鍛鑄或其他的機(jī)械加工方法成型的鍋體，且其材質(zhì)可為金屬(如鐵、鋼、銅及鋁等)。
仍如圖1所示，首先，由一個(gè)可產(chǎn)生壓縮空氣的高壓源2連接一個(gè)噴管3，該噴管3的上緣適當(dāng)處連通一個(gè)承置有粒度為60#-80#的粉末狀氧化鋁4的漏斗31，該噴管3的噴放口32與金屬鍋體1表面間保持有一段適當(dāng)?shù)木嚯x，續(xù)經(jīng)由高壓源2釋壓使高壓(5-8kg/cm2)空氣連帶粉末狀氧化鋁4從噴管3的噴放口32噴擊金屬鍋體1表面，進(jìn)而使金屬鍋體1表面清潔及粗化(噴附后的Ra為4.5-5.5μm)，以利于下一步驟的實(shí)施，而且，前述噴附粉末狀氧化鋁4的目的，主要是為達(dá)成金屬鍋體1表面粗化、脫脂及潔化等效果，藉使往后電熔線材與氟碳樹(shù)脂(PTFE/PFA)涂層的鍵結(jié)力及附著力，可導(dǎo)因于金屬鍋體1表面此一特定的Ra值，而能大幅提高，否則將會(huì)影響到往后的電熔線材與氟碳樹(shù)脂涂層的附著強(qiáng)度。
如圖2所示，是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二步驟示意圖，當(dāng)金屬鍋體1表面經(jīng)前述的表面清潔及粗化等處理后，續(xù)由一個(gè)高溫(4500～8000℃)高壓(5kg/cm2～8Kg/cm2)電弧裝置5對(duì)金屬鍋體1表面進(jìn)行硬化處理，該電弧裝置5也連通高壓源2，且形成有兩通道51、52，以供包含有0.2％以下的碳(C)、17-20％的鉻(Cr)及7-10％的鎳(Ni)及其余為鐵(Fe)等成份組成的不銹鋼6，以及包含有0.25％的硅(Si)、0.40％的鐵(Fe)、0.10％的銅(Cu)、0.05-0.20％的錳(Mn)、4.5-5.5％的鎂(Mg)、0.05-0.20％的鉻(Cr)、0.10的鋅(Zn)、0.06-0.20％的鈦(Ti)、0.15％的不純物及其余的鋁(Al)等成份組成的鋁合金等兩電熔線材61、62喂送至電弧產(chǎn)生口53，也就是該不銹鋼與鋁合金等兩電熔線材61、62是位于電弧裝置5的兩極，且其間兩電熔線材61、62同時(shí)輸送DC 30V-40V，100A-300A的電流，在融熔狀態(tài)下經(jīng)由輥輪組54同時(shí)將兩電熔線材61、62逐一喂送至電弧產(chǎn)生口53，此時(shí)，由于兩電熔線材61、62均導(dǎo)通有DC 30V-40V，100A-300A的電流，因此，當(dāng)兩電熔線材61、62逐漸接近時(shí)，將導(dǎo)致電弧效應(yīng)而產(chǎn)生高達(dá)4500-8000℃的溫度(當(dāng)然，此一溫度可隨線材的材質(zhì)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整)，在此高溫下，兩電熔線材61、62同時(shí)會(huì)被融熔成液態(tài)，且產(chǎn)生相互混合現(xiàn)象，此時(shí)，并再配合由高壓源2供給高壓氣體，將不銹鋼與鋁合金相混合的電熔線材61、62液體直接噴附于金屬鍋體1的表面，使得噴覆于金屬鍋體1表面的電熔線材被覆層63主要含有鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元素，正因前述噴覆的電熔線材被覆層63具有較佳的鍵結(jié)力，所以該電熔線材被覆層63的厚度可高達(dá)150μm，相對(duì)地，該金屬鍋體1也會(huì)因電熔線材被覆層63的厚度增加，使得其耐蝕性及硬度也相對(duì)提高。
仍續(xù)前述，有關(guān)前述的金屬鍋體1表面主要含有的鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元素，其特性大致如下鐵為主要的基材，使被覆層達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度。(含碳0.2％以下可成為鋼)鉻可于鋼鐵的底面形成鉻(Cr)氧化膜，以具有耐蝕效果，所以對(duì)于高溫氧化、亞硫酸及高溫氫氧等，具有較佳的耐蝕性。鋁為鋁合金的主要基材，具有良好的耐蝕性。鎳可增加對(duì)硫酸(H2SO4)的耐蝕性。鈦可把碳(C)變?yōu)榉€(wěn)定的碳化物，避免析出于粒界發(fā)生粒間腐蝕，并增強(qiáng)硬度。
仍如圖2所示，由于第一步驟中已針對(duì)金屬鍋體1表面進(jìn)行表面清潔及粗化處理后，會(huì)有助于液態(tài)電熔線材61、62的附著，同時(shí)融熔狀態(tài)的電熔線材61、62從其出口端到噴附于金屬鍋體1的距離間具有一106DGE/°F/sec的冷卻速度，而基于有此一冷卻速度的條件下，通常可使得金屬鍋體1的表面溫度大致介于攝氏60度到150度之間，且該溫度絕不至于使金屬鍋體1產(chǎn)生變形，即使薄金屬板與不會(huì)變形。前述的被覆在金屬鍋體1表面的第一層電線材被覆層63，就是可使得金屬鍋體1成為一正式產(chǎn)品后增強(qiáng)表面硬度的主要因素，同時(shí)該硬度可達(dá)9H上。
如圖3的第三步驟示意圖所示，并配合圖4的氟碳樹(shù)脂層噴附示意圖，該金屬鍋體1表面經(jīng)過(guò)電熔線材被覆層63硬度加強(qiáng)處理后，繼續(xù)由一個(gè)承裝有氟碳樹(shù)脂7(PTFE/PFA)的噴管同樣連通前述的高壓源2(此一設(shè)備即為氟碳樹(shù)脂供給機(jī))，藉其對(duì)金屬鍋體1表面進(jìn)行第一層氟碳樹(shù)脂7噴附，此時(shí)，金屬鍋體1表面可要求加熱至90～100℃，時(shí)間則約5～10分鐘，使得氟碳樹(shù)脂7呈干燥狀態(tài)附著在金屬鍋體1表面，形成一第一層氟碳樹(shù)脂被覆層71(一般稱底涂層，Primer Coating)，而有關(guān)本層所噴附的物質(zhì)為含量較高的氟碳樹(shù)脂7，其中PTFE與PFA各為55～60％與45～40％，其次則為密著劑(粘接劑用樹(shù)脂)，再則為微量的著色劑與表面活性劑，而以上各物質(zhì)的成份比例共約為26～42％，其余的成份為溶劑(如水)，而本層涂附的厚度約為5～10μm。
如圖5所示，是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第三步驟另一示意圖，繼續(xù)對(duì)金屬鍋體1表面進(jìn)行第二層氟碳樹(shù)脂層72(PTFE)噴附(一般稱表涂層，Top Coating)，此時(shí)，金屬鍋體1表面也同樣要求加熱至90～100℃，時(shí)間則約5～10分鐘，使得氟碳樹(shù)脂7呈干燥狀態(tài)附著在金屬鍋體1表面，形成一第二層氟碳樹(shù)脂被覆層72，而有關(guān)本層所噴附的物質(zhì)為含量較高的氟碳樹(shù)脂7，其中PTFE與PFA各為55％與45％，其次則為微量的著色劑與表面活性劑，而以上各物質(zhì)的成份比例共約為40～50％，其余的成份為溶劑(如水)，是以本層并無(wú)密著劑(粘接劑用樹(shù)脂)的成份，而本層涂附的厚度約為15～20μm。
最后對(duì)金屬鍋體1表面進(jìn)行第三層氟碳樹(shù)脂73(PTFE)噴附(一般稱透明涂層，Clear Coating)，此時(shí)，金屬鍋體1表面則須提升加熱至400～420℃，時(shí)間則約3～5分鐘，使得氟碳樹(shù)脂7呈干燥狀態(tài)附著在金屬鍋體1表面，形成一第三層氟碳樹(shù)脂被覆層73，而有關(guān)本層所噴附的物質(zhì)為含量較高的氟碳樹(shù)脂7，其中PTFE與PFA各為55％與45％，其次則為微量的表面活性劑，而以上各物質(zhì)的成份比例共約為60％以下，共余的成份即為溶劑(如水)，所以本層并無(wú)著色劑與密著劑(粘接劑用樹(shù)脂)的成份，而本層涂附的厚度約為3～6μm，依此方式涂附后的中心線平均粗度值為2.5～5.5μm，且涂附的總厚度為23～36μm，同時(shí)該金屬鍋體1表面的硬度能維持在8H～9H，而高于一般的2H～3H，且也能使金屬鍋體1表面確實(shí)具有不沾性。
前述的涂附材料中，成份最多的是氟碳樹(shù)脂，著色劑對(duì)氟碳樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，其含量極微，而表面活性劑與著色劑含量相同或可略為呈相對(duì)的微量，而為了提高對(duì)金屬鍋體1的密著性，除了氟碳樹(shù)脂7以外，通常更加入前述的密著劑(粘接劑用樹(shù)脂)，其含量在氟碳樹(shù)脂7的1/3以下。
如上所述，本發(fā)明的步驟可連續(xù)實(shí)施，使金屬鍋體1表面形成多層氟碳樹(shù)脂被覆層，而且該氟碳樹(shù)脂被覆層71可完全滲入前述電熔線材被覆層63表面的凹隙，并藉由電熔線材被覆層63堅(jiān)硬質(zhì)體的支撐，進(jìn)而增進(jìn)整體氟碳樹(shù)脂被覆層71、72、73的附著及硬度。
而且，前述的氟碳樹(shù)脂被覆層可利用鉛筆來(lái)測(cè)試硬度，利用鋼珠筆來(lái)測(cè)試耐刮性，以及利用百格密著試驗(yàn)來(lái)測(cè)試附著性等性質(zhì)，其中，前述的鉛筆硬度測(cè)試方式，是由不同H值筆芯的鉛筆于工作物(如金屬鍋體1等)表面劃出一道近10mm的鉛筆痕，再藉立體顯微鏡觀察其劃痕有無(wú)涂膜刮落的痕跡，事實(shí)證明氟碳樹(shù)脂被覆層的硬度高達(dá)9H。另外，鋼筆硬度測(cè)試儀是采用具直徑1.0mm鋼珠的筆芯，該筆芯可外接壓力源，將筆芯由5psi壓力開(kāi)始，每增加1psi于預(yù)測(cè)物表面，各劃出約10mm長(zhǎng)度的劃痕，再以立體顯微鏡觀察其劃痕有無(wú)涂膜被鋼珠擠壓而破裂見(jiàn)底材的痕跡，如超過(guò)20％即2mm，則認(rèn)定在該壓力為不合格(NG)，而以被覆金屬鋼體1的氟碳樹(shù)脂7進(jìn)行測(cè)試，可達(dá)20psi的耐刮值。至于百格密著試驗(yàn)法，是以利刃在工作物表面割成一百個(gè)小方格(方格大小1-2mm)，再以3M涂膜密著專用測(cè)試膠帶緊粘于方格上，并以立體顯微鏡、冷光型聚光燈觀察小方格的被覆層及撕離后的狀態(tài)，當(dāng)氟碳樹(shù)脂被覆層進(jìn)行測(cè)試時(shí)，則會(huì)順利通過(guò)百格密著試驗(yàn)。不論由前述的鉛筆硬度測(cè)試儀、鋼筆硬度測(cè)試儀或百格密著試驗(yàn)等方式測(cè)試，更加證明氟碳樹(shù)脂被覆層的附著性，以及外在硬度及耐刮等能力有所增進(jìn)。
前述的金屬鍋體1表面經(jīng)電熔線材及氟碳樹(shù)脂7被覆后，特別利用鹽水浸泡試驗(yàn)來(lái)測(cè)試其耐蝕性。首先，將含量50％(浸蝕力最強(qiáng))的鹽水適量放入金屬鍋體1中，該鹽水后經(jīng)20分鐘的煮沸后，自然冷卻，且金屬鍋體1浸泡72小時(shí)后，將鹽水傾倒，而后檢視該基材表面只發(fā)現(xiàn)較少的銹斑而已，換言之，本案的金屬鍋體1因有不銹鋼與鋁合金等兩電熔線材的相熔噴覆，使得金屬鍋體1本身具有較佳的高硬度、不沾性等性質(zhì)外，也增加金屬鍋體1的耐蝕效果，此外，前述的耐蝕性測(cè)試中產(chǎn)生的銹斑是經(jīng)過(guò)較為苛刻的條件方才產(chǎn)生的，所以實(shí)際煮食食物時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生任何銹斑現(xiàn)象。
由以上的實(shí)施步驟說(shuō)明可知，本發(fā)明除了具有高硬度不沾性等性質(zhì)外，也可產(chǎn)生下列的優(yōu)點(diǎn)及功效1、由于本案不銹鋼及鋁合金等電熔線材被覆于物品上，使得電熔線材被覆層具有較佳的鍵結(jié)力，所以該電熔線材被覆層的厚度可高達(dá)150μm。
2、由于電熔線材被覆層的厚度增加，使得工作物表面的耐蝕性及硬度也相對(duì)增加。
權(quán)利要求
1.一種使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性的表面加工處理方法，其具備有氧化鋁供給機(jī)、電熔機(jī)、氟碳樹(shù)脂供給機(jī)及前述材質(zhì)于其表面全面完成加工處理的工作物，且依序包括以下步驟分別對(duì)該工作物表面施以高壓氧化鋁噴附處理，使該工作物達(dá)到表面清潔、粗化的第一步驟，將電熔線材利用一電弧裝置的加熱、噴覆，使工作物表面均勻被覆有第一層電熔線材被覆層的第二步驟，以及將該工作物表面施以高壓噴附與溫度燒成，使工作物表面形成有至少一層以上的氟碳樹(shù)脂被覆層的第三步驟，其特征在于該電熔線材是以包含0.2％以下的碳、17-20％的鉻及7-10％的鎳及其余的鐵的不銹鋼，以及包含有0.25％的硅、0.40％的鐵、0.10％的銅、0.05-0.20％的錳、4.5-5.5％的鎂、0.05-0.20％的鉻、0.10％的鋅、0.06-0.20％的鈦、0.15％的不純物及其余的鋁的鋁合金為主，且該不銹鋼與鋁合金等兩電熔線材分別安裝于該電弧裝置的兩極，由該不銹鋼與鋁合金的同時(shí)輸出，以及該不銹鋼與鋁合金等電熔線材受到該電弧裝置的高溫熔化，使得噴覆于該工作物表面的電熔線材被覆層同時(shí)含有鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元素，最后再搭配氟碳樹(shù)脂被覆層被覆。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在該工作物表面清潔及粗化步驟后，其中心線平均粗糙度值是4.5-5.5μm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該工作物表面也加熱至90-100℃，時(shí)間為5-10分鐘，使得氟碳樹(shù)脂呈干燥狀態(tài)附著在該工作物表面，形成一第二層氟碳樹(shù)脂被覆層，而本層所噴附的物質(zhì)為含量較高的氟碳樹(shù)脂，其中PTFE與PFA各為55％與45％，其次則為微量的著色劑與表面活性劑，而以上各物質(zhì)的成份比例共約為40-50％的，其余的成份為溶劑，而本層涂附的厚度為15-20μm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該第二層氟碳樹(shù)脂被覆層噴覆后，再對(duì)該工作物表面進(jìn)行第三層氟碳樹(shù)脂被覆層噴覆，該工作物提升加熱至400-420℃，時(shí)間為3-5分鐘，使得氟碳樹(shù)脂呈干燥狀態(tài)附著在工作物表面，形成一第三層氟碳樹(shù)脂被覆層，而本層所噴附的物質(zhì)為含量較高的氟碳樹(shù)脂，其中PTFE與PFA各為55％與45％，其次則為微量的表面活性劑，而以上各物質(zhì)的成份比例共約為60％以下，其余的成份為溶劑，而本層涂附的厚度為3-6μm。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在經(jīng)過(guò)第三層氟碳樹(shù)脂被覆層噴附步驟處理后的該工作物，其中心線平均粗糙度值為2.5-5.5μm。
全文摘要
一種使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性的表面加工處理方法,包括工作物表面清潔、粗化的第一步驟,形成電熔線材被覆層的第二步驟,及形成氟碳樹(shù)脂被覆層的第三步驟,電熔線材是以不銹鋼與鋁合金為主,藉由不銹鋼與鋁合金的同時(shí)輸出,且經(jīng)高溫熔化,使噴覆于工作物表面的電熔線材被覆層同時(shí)含有鐵、鉻、鋁、鎳、鈦等元件,最后再搭配氟碳樹(shù)脂被覆層被覆,使工作物表面具有高硬度、不沾性及耐蝕性。
文檔編號(hào)A47J37/10GK1197851SQ9710424
公開(kāi)日1998年11月4日 申請(qǐng)日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月29日
發(fā)明者蔡?hào)|宏 申請(qǐng)人:蔡?hào)|宏