本公開(kāi)涉及實(shí)施表面處理以便增加對(duì)腐蝕敏感的金屬和合金的耐腐蝕性的涂層和方法。

背景技術(shù)：

此文所提供的背景技術(shù)說(shuō)明是以對(duì)本公開(kāi)的內(nèi)容作一般性說(shuō)明為目的。發(fā)明人的某些工作（即在此背景技術(shù)部分中所描述的工作）以及說(shuō)明書(shū)中關(guān)于某些尚未成為申請(qǐng)日之前的現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，無(wú)論是以明確或隱含的方式均不被視為針對(duì)于本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。

具有高鎂或鋁含量的合金負(fù)重輪在特種車(chē)輛和賽車(chē)中是不常見(jiàn)的。然而，車(chē)輪在便宜乘用車(chē)中的使用被局限于少量跑車(chē)的生產(chǎn)。通過(guò)舉例，當(dāng)被配合到鋼或鑄鐵輪轂及制動(dòng)器部件時(shí)，電偶腐蝕是高鎂含量合金車(chē)輪中的一個(gè)設(shè)計(jì)考慮。在潮濕或濕潤(rùn)的條件下這些部件常常會(huì)消耗許多它們的使用壽命，遺憾地經(jīng)常是被加速電偶腐蝕反應(yīng)的路鹽所消耗。各種涂層已被涂覆到輕金屬工件和基體上（例如合金車(chē)輪）用以增強(qiáng)腐蝕防護(hù)，但它們具有許多缺點(diǎn)。例如，僅具有形成于其上的厚氧化物層的工件已被使用，但常常是易碎的并且易于開(kāi)裂。具有被直接地涂覆到氧化物層上的粉末涂料的工件顯示低附著力。經(jīng)過(guò)化學(xué)鈍化處理并且具有氧化物層的工件已被使用，但具有低的耐崩裂性。此外，僅具有被設(shè)置在氧化物層上的電涂層的工件已被使用，但會(huì)獲得具有低耐劃痕腐蝕性和低耐熱沖擊性的產(chǎn)品。在其它的替代中，車(chē)輪可具體化為具有內(nèi)部和外部的兩部件組件，其中內(nèi)部將外部與鋼或鑄鐵輪轂及制動(dòng)器部件電位隔離。然而，這種兩部件組件并非總是理想的。

因此，對(duì)于用于增強(qiáng)對(duì)腐蝕為敏感的輕金屬和合金的耐腐蝕性的改進(jìn)的表面處理仍然存在著需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本段落提供本公開(kāi)的總體概述，并且不是對(duì)其全部范圍或其所有特征的全面揭示。

在各種方面，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)的表面防護(hù)的輕金屬工件。該工件包括具有暴露表面的金屬或合金基體。利用微弧氧化技術(shù)在該暴露表面中形成耐腐蝕氧化物層。利用電涂技術(shù)將第一涂層涂覆到該氧化物層上，該第一涂層用于將氧化物層密封。將第二涂層涂覆到第一涂層上，該第二涂層包含粉末涂料。

在其它方面，本發(fā)明提供一種包括具有暴露表面的鎂金屬基體的鎂金屬車(chē)輪。至少在一部分的暴露表面上形成氧化鎂陶瓷層。靜電涂層被涂覆到該氧化鎂陶瓷層上。粉末涂料被涂覆在該靜電涂層上。在某些方面，氧化鎂陶瓷層所形成為具有從約5 μm至約20 μm的厚度，并且具有約0.1 μm至約5 μm的平均孔徑。靜電涂層可包含環(huán)氧樹(shù)脂，并且可具有從約15 μm至約35 μm的厚度。粉末涂料可包含聚氨酯，并且可具有從約50 μm至約150 μm的厚度。

在其它方面，本發(fā)明包括一種提供在金屬或合金基體上的增強(qiáng)的表面涂層的方法。該方法包括提供具有暴露表面的金屬或合金基體。利用微弧氧化工藝在基體的暴露表面上形成氧化物層。該方法包括：利用電涂技術(shù)將第一涂層涂覆到氧化物層上，及將粉末涂料層涂覆于第一涂層上。在各種方面中，所提供的氧化物層具有約1 μm至約3 μm的孔隙。該方法可包括：在形成氧化物層之后的小于約24小時(shí)內(nèi)將第一涂層涂覆于氧化物層上，及在形成氧化物層之后和涂覆第一涂層之前將基體維持在具有小于約60%相對(duì)濕度的濕度條件的環(huán)境中。

基于本文中所供的描述，增強(qiáng)輕金屬工件和氧化物膜形成金屬的腐蝕防護(hù)的進(jìn)一步的應(yīng)用范圍和各種方法將變得顯而易見(jiàn)。在本發(fā)明內(nèi)容中的描述和具體例子意圖只是為了說(shuō)明的目的，而并非意圖限制本公開(kāi)的范圍。

附圖說(shuō)明

基于詳細(xì)說(shuō)明和附圖，將更全面地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)本公開(kāi)各種方面的示例性車(chē)輪組件的前平面示圖；

圖2是沿圖1的直線2-2所截取的車(chē)輪組件的剖視圖；

圖3是圖解說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)各種方面的可以被涂覆到金屬基體上的各種涂層的簡(jiǎn)化圖示。

應(yīng)當(dāng)指出的是，本文中所陳述附圖的意圖是舉例說(shuō)明本發(fā)明的材料、方法和裝置等的一般特性，從而實(shí)現(xiàn)描述某些方面的目的。這些附圖可以不精確地反映任何所給出方面的特性，并且未必意圖將具體實(shí)施例限定或限制在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，某些方面可包括來(lái)自各附圖的組合的特征。

具體實(shí)施方式

下面的描述在本質(zhì)上只是示例性的而并非意圖限制本公開(kāi)、其應(yīng)用或使用。本文中所使用的短語(yǔ)“A、B和C中的至少一個(gè)”應(yīng)被理解成利用非排他性邏輯“或”來(lái)表示邏輯（A或B或C）。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不改變本公開(kāi)原理的前提下，方法中的步驟可按不同的順序執(zhí)行。范圍的揭示包括在整個(gè)范圍內(nèi)的所有范圍和細(xì)分范圍的揭示。

本文中所使用的標(biāo)題（例如“背景技術(shù)”和“發(fā)明內(nèi)容”）及副標(biāo)題意圖只是用于本公開(kāi)中主題的一般組織，而并非意圖限制本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容或者其任何方面。具有所陳述特征的多個(gè)實(shí)施例的敘述并非意圖排除具有另外特征的其它實(shí)施例、或者包括所陳述特征的不同組合的其它實(shí)施例。

本文中所使用的詞語(yǔ)“包括”及其變體意圖是非限制性的，因而在一個(gè)列表中的各物品的敘述不應(yīng)排除也可用于本發(fā)明的材料、組合物、裝置、和方法的其它類似物品。類似地，用語(yǔ)“可以”和“可”及它們的變體意圖是非限制性的，因而一個(gè)實(shí)施例可以或可包括某些元件或特征的敘述不排除不包含這些元件或特征的本發(fā)明的其它實(shí)施例。

本文中空間相關(guān)術(shù)語(yǔ)，例如“內(nèi)”、“外”、“在下面”、“在下方”、“下”、“在上方”、“上”、“在---上”等可用于便于描述一個(gè)元件或特征與另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。空間相關(guān)術(shù)語(yǔ)可包括在使用或操作中的裝置的不同的方位。本文中所使用的，當(dāng)把一個(gè)涂層、層、或材料“涂覆到基體或物品上”、“涂覆在基體或物品上方”、“形成于基體或物品”、“沉積于基體或物品上”等時(shí)，可將該涂層、層、或材料涂覆、形成、沉積于該基體或物品的整體上，或者該基體或物品的至少一部分上。

本公開(kāi)的廣泛教示可以具體化為多種形態(tài)。因此，雖然本公開(kāi)包括具體實(shí)例，但本公開(kāi)的真實(shí)范圍不應(yīng)局限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員在研究本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求時(shí)，其它修改將變得顯而易見(jiàn)。

本發(fā)明總體上涉及用于輕金屬工件和氧化物膜形成金屬的增強(qiáng)的表面涂層。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“氧化物膜形成金屬”是用于指代可以自我生長(zhǎng)而形成納米多孔氧化物膜的金屬或金屬合金。形成于氧化物膜形成金屬上的所形成的氧化物層可很好地提供一定程度的腐蝕防護(hù)，因?yàn)樵撗趸飳訕?gòu)成了在金屬與腐蝕性環(huán)境之間的物理屏障。然而，該氧化物層會(huì)不是審美上令人愉悅的，并且會(huì)不為輕金屬工件（例如車(chē)輪）提供適當(dāng)?shù)哪透g性。

可用于本發(fā)明的示例性氧化物膜形成金屬包括鋁、鎂、鈦、鋯、鉿、鉻、鈷、鉬、釩、鉭、及其合金和混合物。正如本領(lǐng)域中已知的，氧化物膜形成金屬可電解槽中顯示電整流特性，并且在給定的施加電流下在陽(yáng)極充電時(shí)將維持比陰極充電更高的電位。

在各種方面，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)的表面防護(hù)的輕金屬工件，例如氧化物膜形成金屬或金屬合金。參照?qǐng)D1，在本公開(kāi)的一個(gè)方面，輕金屬工件可以是車(chē)輪10，例如鋁、鎂、或合金車(chē)輪。應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)的技術(shù)可以一般性地適用于任何車(chē)輪設(shè)計(jì)、或者可具有經(jīng)受腐蝕性環(huán)境的暴露表面的設(shè)想由氧化物膜形成金屬所制成的任何其它工件或部件。為了示例的目的，車(chē)輪10通?？梢允钦w構(gòu)件，或者任選地具有外車(chē)輪部14聯(lián)接的中央部12，如圖所示。外車(chē)輪部14可包括輪輞16，并且還可包括一個(gè)或多個(gè)輻條18，這些輻條18大體上在朝向中央部12的徑向方向上從輪輞16中延伸出。車(chē)輪部12可包括適合于車(chē)輪蓋（未圖示）的中央開(kāi)口20，并且可限定可用于將車(chē)輪10附接到車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)凸耳孔22。

參照?qǐng)D2，該附圖是沿直線2-2所截取的圖1的剖視圖，車(chē)輪10可具有車(chē)內(nèi)側(cè)10a和車(chē)外側(cè)10b。車(chē)內(nèi)側(cè)10a通常表示面對(duì)車(chē)輛的車(chē)輪10的一側(cè)，車(chē)外側(cè)10b通常表示背對(duì)車(chē)輛且當(dāng)把車(chē)輪10附接到車(chē)輛時(shí)可看見(jiàn)的車(chē)輪10的一側(cè)。

在各種方面，車(chē)輪10或其它輕金屬工件包括具有暴露表面的金屬或合金基體。圖3是圖解說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)各種方面的可以被涂覆到金屬基體的一部分或整個(gè)暴露表面上的各種涂層的簡(jiǎn)化圖示。本文中所描述的涂層和處理可被涂覆到整個(gè)工件上或者其一部分上。例如，涂覆強(qiáng)化腐蝕防護(hù)涂層的本發(fā)明方法可應(yīng)用于車(chē)輪的車(chē)內(nèi)側(cè)10a和車(chē)外側(cè)10b兩者，但可取的是只將外觀層（下面更詳細(xì)地描述）涂覆于可見(jiàn)的車(chē)外側(cè)10b。

圖3的附圖標(biāo)記30通常表示最初具有暴露表面30a的金屬基體。具有暴露金屬基體表面30a的輕金屬工件可經(jīng)歷本領(lǐng)域中已知的各種預(yù)處理過(guò)程，包括脫脂、除鱗、中和、和類似的清洗過(guò)程。然后，可利用微弧氧化技術(shù)在暴露表面30a中形成耐腐蝕氧化物層32。如圖3中所示，可利用電涂技術(shù)將第一涂層34涂覆到氧化物層32上，該第一涂層34可用于將氧化物層32密封。然后，可將第二涂層36涂覆到第一涂層34上，其中第二涂層36包含粉狀涂料。任選地，可將面漆涂層或外觀涂層40涂覆在第二涂層36的至少一部分（例如，車(chē)外側(cè)10b）上。正如本領(lǐng)域中已知的，外觀涂層40可包括將期望的顏色、光亮和/或光澤賦予工件的一個(gè)或多個(gè)涂層。通過(guò)舉例，外觀涂層40可包括底涂層42、彩色涂層44、透明涂層46中的一個(gè)或多個(gè)、及其混合物或組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然圖3示出了在外觀涂層40的底涂層42與第二涂層36之間的距離或空間間隙，但外觀涂層40確實(shí)地被涂覆到第二涂層36上并且空間間隙只是用來(lái)說(shuō)明外觀涂層40的可選性質(zhì)。

正如本領(lǐng)域中已知的，微弧氧化技術(shù)（“MAO”），有時(shí)也被稱為等離子體電解氧化、火花陽(yáng)極氧化、放電陽(yáng)極氧化、或者這些術(shù)語(yǔ)的其它組合，可包括將各種電解質(zhì)用于在電解槽中的工作，這有助于在金屬基體的暴露表面形成多孔的氧化物層、或者多孔的氧化物陶瓷層。通過(guò)舉例，在工件包括鋁的情況下，可利用MAO技術(shù)形成氧化物層或氧化物陶瓷層從而獲得氧化鋁或氧化鋁陶瓷的層，該層的組成可基于電解質(zhì)和存在于其中的其它材料而變化。在工件包含鎂的情況下，可利用MAO技術(shù)形成氧化物層或陶瓷氧化物層從而獲得氧化鎂或氧化鎂陶瓷的層。存在MAO工藝的許多獲得專利的和商業(yè)變體，包括美國(guó)專利3,293,158、5,792,335、6,365,028、6,896,785；和以美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)第2012/0031765號(hào)公布美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/262,779中所描述的，各專利文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入本文。在一個(gè)實(shí)例中，可使用基于硅酸鹽的電解質(zhì)（可包括硅酸鈉）、氫氧化鉀、和氟化鉀而實(shí)施MAO工藝。

正如在本領(lǐng)域中眾所周知的，微孔和/或裂紋在MAO涂層的表面上的存在可以被認(rèn)為是“機(jī)會(huì)”和“潛在弱點(diǎn)”。由于“機(jī)會(huì)”，因而多孔外層在MAO涂層中的存在可以顯著地改善機(jī)械聯(lián)鎖效果、粘結(jié)面積、和應(yīng)力分布，從而導(dǎo)致較高的粘結(jié)強(qiáng)度。較高孔密度的在MAO涂層表面中的存在增大有效表面積，因此增加腐蝕性介質(zhì)被吸收和集聚入這些孔中的傾向。因此，孔密度、孔的分布及孔與基體的其余部分的貫通性可以是重要的因素。在本公開(kāi)的各種方面，所產(chǎn)生或形成的氧化物層32或陶瓷層可具有約0.1 μm至約5 μm、約1 m至約3 μm、或者約0.1 μm至約1 μm的受控制且大體上均勻的孔隙。所產(chǎn)生或形成的氧化物層32可具有約2 μm至約30 μm、約4 μm至約25 μm、或者約5 μm至約20 μm的大體上均勻的厚度。

就上述的“潛在弱點(diǎn)”而言，由于MAO工藝所造成的多孔氧化物或陶瓷層的存在通常要求密封涂層的涂覆。因此，本公開(kāi)利用電涂技術(shù)（“電涂裝”或者電涂）將第一涂層或靜電層涂覆到氧化物層上，該第一涂層是用于將氧化物層密封并且提供涂覆于其上面的可選另外層的增加的附著力。在電涂之前，任選地可將工件在離子水中清洗或浸泡?？墒褂糜贛AO工藝的典型的密封劑系統(tǒng)可包括種類廣泛的聚合物和樹(shù)脂，包括但不限于：含氟聚合物、丙烯酸類、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚硅氧烷類、和聚偏氟乙烯（PVDF）。這些材料可采用靜電噴涂涂層的形式利用電泳沉積，或者利用已知的浸涂工藝或濕噴工藝而進(jìn)行涂覆。在可以適用于鎂工件（例如鎂或鎂合金車(chē)輪）的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，可使用環(huán)氧樹(shù)脂，例如從Unires公司或者其子公司中國(guó)天津的天津友誼化學(xué)有限公司購(gòu)得的環(huán)氧樹(shù)脂電泳涂料（EED-060M）。通常，第一涂層將不在其中含有的大量的任何化學(xué)活性劑。該電涂裝處理工藝可利用在約160 V至約220 V之間的電壓下進(jìn)行0至約3分鐘，并且在約160℃至約180℃的溫度下固化達(dá)約20至約30分鐘的固化時(shí)間。

本發(fā)明中所采用的方法包括在產(chǎn)生或形成氧化物或陶瓷氧化物層之后的小于約30小時(shí)、優(yōu)選地小于約24小時(shí)、小于約20小時(shí)、或者小于約16小時(shí)內(nèi)，將第一涂層涂覆于氧化物層上。除了定時(shí)考慮外，本發(fā)明還包括在產(chǎn)生氧化物層之后和在涂覆第一涂層之前，將基體或工件維持在具有小于約70%、小于約65%、優(yōu)選地小于約60%相對(duì)濕度的濕度條件的周?chē)鷾囟拳h(huán)境中?？梢栽O(shè)想，本文中所公開(kāi)的定時(shí)和環(huán)境條件可提供電涂層與氧化物或陶瓷層之間的增強(qiáng)的耐腐蝕性。在各種方面，所涂覆的第一涂層具有約10 μm至約50 μm、或者約15 μm至約40 μm、或者約15 μm至約35 μm、或者約30 μm的大體上均勻的厚度。

正如在本領(lǐng)域中為已知的，大范圍的用于包覆的材料和方法是可從市場(chǎng)上夠得的，這提供了導(dǎo)致某種程度的耐久性和耐腐蝕性的多種方案。本發(fā)明所采用的方法包括將第二涂層涂覆到包含粉末涂料的第一涂層上。本文中可使用的粉末涂料可包括通常在室溫下為固體的在本領(lǐng)域中所常用的熱塑性或反應(yīng)性聚合物。大部分的粉末是反應(yīng)性的單組分系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于熱處理而液化、流動(dòng)然后交聯(lián)?？捎米鞣勰┩苛系某Ｓ镁酆衔锇ň埘?、聚氨酯、聚酯-環(huán)氧樹(shù)脂（被稱為混合樹(shù)脂）、直環(huán)氧樹(shù)脂（熔結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂）、和丙烯酸類。

在各種方面中，本發(fā)明的方法包括在涂覆第二涂層或粉末涂料層之前，將具有第一涂層的工件或基體加熱到約80℃至約100℃的溫度。通過(guò)舉例，在一個(gè)方面，將粉末涂層涂覆到第一涂層上的方法可以包括將濕潤(rùn)的黑色樹(shù)脂粉末靜電噴涂到加熱基體的氧化物層上，該樹(shù)脂粉末是在約40 kV至約50 kV、或約45 kV的電壓，和約0.4A至約0.6A、或約0.5A的電流下傳輸。在可以適用于具有環(huán)氧樹(shù)脂第一涂層的鎂工件的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，第二涂層可包括主要包含聚氨酯的粉末涂層。該涂層可包括例如具有高光澤度的TIGER DRYLAC^?粉末涂料“濕黑”049/80036，該涂料是從奧地利的TIGER涂料GmbH& Co購(gòu)得。

本發(fā)明的方法還包括通過(guò)將工件或基體置于在約180℃至約200℃、或者約190℃溫度下的加熱環(huán)境中達(dá)約15分鐘至約25分鐘、或者約20分鐘的時(shí)間段，而使粉末涂層固化和冷凝。

在各種方面，所涂覆的第二涂層具有約25 μm至約150 μm、或者約50 μm至約150 μm、或者約70 μm至約130 μm、或者約80 μm至約120 μm、或者約100 μm的大體上均勻的厚度。在某些方面，可以將第一涂層涂覆到具有第一厚度的氧化物層上，并且可以將第二涂層涂覆到具有第二厚度的第一層上。有利的是具有遠(yuǎn)大于電涂層的厚度的粉末材料涂層，從而提供增強(qiáng)的腐蝕防護(hù)。因此，本發(fā)明中所采用的方法可包括涂覆具有比第一涂層的第一厚度大出約1.5至約10倍的第二厚度的第二層。因此，通過(guò)舉例，在某些方面，具有約15 μm厚度的第一涂層可適用于具有約25 μm至約150 μm厚度的第二涂層。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不依賴于或者局限于任何特定類型的材料或生產(chǎn)方法，并且當(dāng)需要時(shí)可基于預(yù)期的結(jié)果改變這些材料和方法。具備本文中所公開(kāi)的增強(qiáng)的表面防護(hù)涂層的輕金屬和合金已證明具有優(yōu)越的粘合性能、耐崩裂性、耐熱沖擊性、和極小的劃痕腐蝕。

前面所提供的對(duì)各實(shí)施例的描述是用于說(shuō)明和描述的目的。它并非意圖是詳盡無(wú)遺的或者限制本公開(kāi)。一個(gè)具體實(shí)施例的單獨(dú)的元件或特征通常并不局限于該具體實(shí)施例，但在適用的情況下這些元件或特征是可互換的并且可以用于所選擇的實(shí)施例，即使未具體地示出或描述。這些元件或特征也可已許多方式改變。這種變化不應(yīng)被認(rèn)為是背離本公開(kāi)，并且所有的這種修改意圖是包括在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。