CN101921981A - 金属材料的表面氟化防护法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料的表面氟化防护法，首先将金属材料工件置入可气密的腔体内，并进行抽真空降低腔体内的氧含量，接着通入包含有氟的混合气体至腔体内，使得氟与金属工件表面进行反应，于是在工件的表面生成了氟化物保护层，借以保护工件抗酸碱的侵蚀，同时提高工件的表面硬度及耐磨耗特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面处理方法，尤其涉及一种金属材料工件的表面氟化防护法。
背景技术
随着科技的发展，现今在各种产品的设计上都朝向质量轻、重环保的目标迈进，因此，对于产品材料的开发及特性选择上，需要作相当程度的考虑。其中又以金属材料的应用范围最为广泛，在此以镁合金材料为例，镁合金为实用性金属材料中具有重量轻且回收性优越等优点，并且可与其它元素结合而形成具有高强度低重量、以及良好的耐冲击性与耐磨性的镁合金材料。另外，镁合金材料具有吸收电磁波及吸振的特性，因此，经常被使用于电子产品、航空机具、交通车辆及运动器材的制造上。
由于镁元素非常活泼，在空气中极易氧化，然形成氧化物后体积会收缩，也就是表面氧化膜无法覆盖整个工件，氧化膜产生很多微裂缝，不甚具保护作用。相反地，铝氧化后体积会膨胀，氧化膜将布满整个表面，因此，铝合金可采用阳极处理的方式进行表面防护处理。
目前为了提升镁合金表面性质的解决方法，大多是采用其它材料贴覆于镁合金表面的方式，通过外加的金属材料对镁合金的结构强度与表面性质进行补强，或采用喷涂烤漆方式，断绝镁合金表面与外界空气接触，而达到抗氧化的目的。然而，这种复合式金属材料的结合方式，在制作上时常会因为金属材料与镁合金材料之间存在有气泡，使金属材料与镁合金材料之间产生结合强度不足的问题。同时制作完成后的复合式金属材料也存在耐热性不够、密着性不良的问题，导致表面覆有复合式金属层的镁合金对于抵抗磨耗的性质也不佳，导致金属材料容易从镁合金材料上剥离的问题。喷涂烤漆法也有上述问题，然其繁杂工艺上将造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种金属材料的表面氟化防护法，借以改良现有技术镁合金不易以阳极处理方式进行表面处理，以及现有技术镁合金的表面外覆一金属层的作法，其金属层容易与镁合金表面相分离，导致现有技术镁合金表面的耐热性及耐磨耗性并不理想等问题。
为实现上述目的，本发明所揭露的金属材料的表面氟化防护法，首先是将金属材料工件置入可气密腔体内，并进行抽真空降低腔体内的氧含量；接着，通入包含有氟的混合气体至腔体内，金属材料工件表面与氟进行反应，于是工件的表面生成并覆盖有一氟化物保护层。其中，该金属材料工件的材质为镁合金或是铝合金，且生成的该氟化物保护层的材质分别为氟化镁及氟化铝。
其中，通入包含有该氟的该混合气体至该腔体内的步骤是于一室温环境中进行。
其中，于该腔体进行抽真空降低氧含量处理的步骤后，还包含有加热该金属材料工件的步骤。
其中，该金属材料工件的加热范围为室温至约摄氏300度之间。
其中，该混合气体包含有该氟及一氩。
其中，该混合气体包含有体积百分含量为90％的该氩及体积百分含量为10％的该氟。
其中，该混合气体包含有该氟及一氮。
其中，该混合气体包含有体积百分含量为90％的该氮及体积百分含量为10％的该氟。
本发明的金属材料的表面氟化防护法，通过气氛控制工艺而于金属工件表面覆盖生成致密的氟化物保护层，借以保护工件本身不受酸或碱的腐蚀，同时大幅提高工件的表面硬度及耐磨耗性质。就以镁的氟化为例，其致密系数＝氟化镁的体积/镁的体积＝(氟化镁的重量/氟化镁的密度)/(镁的重量/镁的密度)＝(62.3018g/3.18g/cm3)/(24.305g/1.738g/cm3)＝1.401，意味着镁氟化之后体积会增加40％，此一氟化镁保护层将布满整个工件表面，在空气中又几乎不产生水解作用，可长时间且有效地保护镁合金工件的表面。而且避免了不环保的喷涂烤漆工艺。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
附图说明
图1为本发明的操作示意图；
图2为本发明的金属工件表面覆盖有氟化物的示意图；
图3为本发明第一实施例的步骤流程示意图；以及
图4为本发明第二实施例的步骤流程示意图。
其中，附图标记：
100：金属材料工件
200：腔体
210：工作台
220：真空帮浦
300：氟
400：氟化物保护层
步骤500：将金属材料工件置入可气密的腔体内
步骤510：对腔体进行抽真空降低氧含量处理
步骤520：通入包含有氟的混合气体至腔体内
步骤530：加热金属材料工件
具体实施方式
请参阅图1并一并参考图3的步骤流程图，本发明第一实施例的金属材料的表面氟化方法，其步骤首先是将一金属材料工件100置入一可气密的腔体200内(步骤500)，其中金属材料工件100可直接放置在工作台210上，或者是将金属材料工件100勾挂在一吊挂治具(图中未示)上，再将金属材料工件100连同吊挂治具一并放置于工作台210上，并不以本实施例所揭示的摆放方式为限。其中，本发明所揭露的金属材料工件100的材质为镁合金(Magnesium alloy)或是铝合金(Aluminum alloy)，但本领域技术人员，也可选用其它金属材质的合金作为待表面氟化处理的工件，并不以本实施例为限。
接着，连接于腔体200的真空帮浦(vacuum pump)对腔体200进行抽真空降低氧含量处理(步骤510)，以令腔体200内的环境压力到达一预设的工作压力。接着通入包含有氟300的混合气体至腔体200内(步骤520)，此一混合气体可为包含有氟300(fluorine，F)或是氩(argon，Ar)(图中未示)的混合气体，其混合比例为体积百分比(vol.％)为90的氩及体积百分比(vol.％)为10的氟；或者是，此一混合气体可为包含有氟300或是氮(nitrogen，N)(图中未示)的混合气体，其混合比例为体积百分比(vol.％)为90的氮及体积百分比(vol.％)为10的氟，换句话讲，该混合气体包含有体积百分含量为90％的该氮及体积百分含量为10％的该氟。
但并不限定于本实施例所揭示的气体种类及混合比例。
值得注意的是，本实施例的通入包含有氟300的混合气体至腔体200内的步骤，其腔体200内部保持在一室温环境(room temperature)进行作业，也即腔体200内部的环境温度约在摄氏25度(25℃)中进行通气步骤。
请继续参阅图1及图3，腔体200内充满包含有氟300的混合气体，并且维持一定的工作时间(约为数十分钟)，让金属材料工件100与氟300进行反应，因此，于金属材料工件100的表面生成并覆盖有致密的氟化物保护层400(如图2所示)。举例而言，若金属材料工件100的材质为镁合金，其与氟300反应生成的保护层为氟化镁(MgF2)，若金属材料工件100的材质为铝合金，其与氟300反应生成的保护层为氟化铝(AlF3)。
请参阅图4的另一实施例的步骤流程图，并请一并参酌图1。本发明另一实施例的金属材料工件的表面氟化方法，其步骤首先是将一金属材料工件100置入一可气密的腔体200内(步骤500)，其中金属材料工件100可直接放置在工作台210上，或者是将金属材料工件100勾挂在一吊挂治具(图中未示)上，再将金属材料工件100连同吊挂治具一并放置于工作台210上，并不以本实施例所揭示的摆放方式为限。其中，本发明所揭露的金属材料工件100的材质为镁合金或是铝合金，但本领域技术人员，也可选用其它金属材质的合金作为待表面氟化处理的工件，并不以本实施例为限。
接着，连接于腔体200的真空帮浦对腔体200进行抽真空降低氧含量处理(步骤510)，以令腔体200内的环境压力到达一预设的工作压力。接着加热金属材料工件100至一预设温度(步骤530)，其加热金属材料工件100的步骤可使用腔体200的加热设备(图中未示)，以对腔体200内的金属材料工件100进行加热。本实施例的金属材料工件100的加热范围为室温(25℃)至约摄氏300度(300℃)之间。
请参阅图1及图4，接着通入包含有氟300的混合气体至腔体200内(步骤520)，此一混合气体可为包含有氟300或是氩(图中未示)的混合气体，其混合比例为体积百分比(vol.％)为90的氩及体积百分比(vol.％)为10的氟；或者是，此一混合气体可为包含有氟300或是氮(图中未示)的混合气体，其混合比例为体积百分比(vol.％)为90的氮分子及体积百分比(vol.％)为10的氟，但并不限定于本实施例所揭示的气体种类及混合比例。本实施例的通入包含有氟300的混合气体至腔体200内的步骤，其腔体200内部保持在室温至约摄氏300度之间的环境温度中进行通气作业。
请继续参阅图1及图4，腔体200内充满包含有氟300的混合气体并且维持一定的工作时间(约为数十分钟)，金属材料工件100与氟300进行反应，并于金属材料工件100的表面生成并覆盖有致密的氟化物保护层400(如图2所示)。举例而言，若金属材料工件100的材质为镁合金，其与氟300反应生成的保护层为氟化镁(MgF2)，若金属材料工件100的材质为铝合金，其与氟300反应生成的保护层为氟化铝(AlF3)。
值得注意的是，本实施例的金属材料工件100的加热范围为室温(25℃)至约摄氏300度(300℃)之间，借以增加氟300与金属材料工件100表面的反应速率，进而增加氟化物保护层400的厚度。
本发明所揭露的金属材料的表面氟化方法，是通过气氛控制工艺而于金属材料工件表面覆盖生成致密的氟化物保护层，例如为氟化镁或氟化铝，以保护金属材料工件本身不受酸或碱的腐蚀。本发明所生成的氟化物保护层属陶瓷材质，因此，金属材料工件的表面硬度及耐磨耗性质得以大幅提高。
另外，本发明的氟化物保护层几乎不会发生水解作用，因此，可长时间且有效的保护金属材料工件的表面，延长金属材料工件的使用寿命及维持良好的表面性质。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，包括以下步骤：
将一金属材料工件置入一可气密的腔体内；
对该腔体进行抽真空降低氧含量处理；以及
通入包含有一氟的一混合气体至该腔体内，该金属材料工件与该氟进行反应，并于该金属材料工件的一表面生成并覆盖有一氟化物保护层。
2.根据权利要求1所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该金属材料工件的材质为镁合金或是铝合金，且生成的该氟化物保护层的材质分别为氟化镁及氟化铝。
3.根据权利要求1所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，通入包含有该氟的该混合气体至该腔体内的步骤是于一室温环境中进行。
4.根据权利要求1所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，于该腔体进行抽真空降低氧含量处理的步骤后，还包含有加热该金属材料工件的步骤。
5.根据权利要求4所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该金属材料工件的加热范围为室温至约摄氏300度之间。
6.根据权利要求1所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该混合气体包含有该氟及一氩。
7.根据权利要求6所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该混合气体包含有体积百分含量为90％的该氩及体积百分含量为10％的该氟。
8.根据权利要求1所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该混合气体包含有该氟及一氮。
9.根据权利要求8所述的金属材料的表面氟化防护法，其特征在于，该混合气体包含有体积百分含量为90％的该氮及体积百分含量为10％的该氟。
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