CN103572347A

CN103572347A - 金属氧化层的制造方法

Info

Publication number: CN103572347A
Application number: CN201210265319.8A
Authority: CN
Inventors: 萧祖荫; 吴冠霖; 张子骏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明提出一种金属氧化层的制造方法，其包含下列步骤：首先，提供一金属件，再置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件，最后，在该金属件的表面形成一金属氧化层；其中，该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠；如此，该金属件产生高硬度的表面以避免破坏或磨损，且其在金属件表面具有较小的微孔洞，如此金属件表面可防止异物的堆积，进而具有高实用性。

Description

金属氧化层的制造方法

技术领域

本发明是关于一种氧化层的制作方法，其尤指一种具有高硬度氧化层的金属氧化层的制造方法。

背景技术

习知对金属的表面通常会进行表面处理以使其表面上生成一硬度高、耐腐蚀性强的氧化膜层，而微弧氧化技术系为现今最重要的表面处理方法之一。微弧氧化技术(又称等离子体氧化、微电浆体氧化、阳极火花沉积、火花放电阳极沉积和表面陶瓷化等)系一种直接在金属表面原位生长氧化膜层的技术。在微弧氧化过程中，基体金属与氧离子、电解质离子在热化学、电化学、电浆体化学的共同作用下发生强烈反应，经历熔融、喷发、结晶、高温相变，最终在基体表面熔覆、烧结形成陶瓷层。

微弧氧化处理过程中，所形成的金属氧化物层与基体呈冶金熔合，具有很高的结合强度；氧化物经历了熔融、冷却及相变，以晶体形式存在，因此赋予了陶瓷层结构致密，韧性好，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性，亦能满足隔热、催化、抑菌、亲生物等性能要求。一般而言，微弧氧化处理可以处理一般金属或其合金，且处理能力强，适用范围广；通过改变工艺条件，在一定程度上可调整陶瓷层的微观结构、特征，进而实现陶瓷层性能的控制。再者，处理液一般为碱性，可以无重金属盐添加，处理过程无有毒害气体产生，是一种比较环保的表面处理技术。

然而，目前金属或合金进行表面处理以使其表面具有硬度高、耐腐蚀性强等特性的方法，具有在金属或合金铸造过程中预先埋入合金铸铁，俾历经后续加工、研磨后可形成不同于金属或合金材质的壁面；或在金属或合金直接施予电镀或化学镍镀，以使金属或合金表面具有一不同材质的硬质金属镀层等。前述该等方法所形成的金属或合金，确实可增加硬度或抗腐蚀性，一般铸铁的厚度还是不足，亦使表面造成磨耗。再者，前述方法所得到的金属或合金表面与其内部金属或合金具有材质上的差异，若该金属或合金系用于高温产品或设备时，因其性质或膨胀系数不同，导致产生裂缝甚而发生裂开的情形。

故，透过上述该些表面处来方法效果较差，而需用微弧氧化处理使金属或合金表面产生硬度较高的氧化陶瓷层，但现有的微弧氧化处理上具有一些问题待改善，如现有的制成所形成的氧化陶瓷层的硬度不足，还是会有磨耗情形发生，又，现有的制成所形成的氧化陶瓷层的表面孔洞过大，易有异物填入堆积，故现有的制成还具有相当大的改善空间。

由于现有技术尚无法完善处理此类问题，所以有加以突破、改善、解决的必要。因此，如何提升表面硬度、实用性与经济效益，此为业界应努力解决、克服的重点项目。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种金属氧化层的制造方法，其使金属件产生高硬度的表面，如此金属件具有高硬度以避免破坏。

本发明的次要目的，是提供一种金属氧化层的制造方法，其具有较小的微孔洞于金属件表面，如此金属件表面可防止异物的堆积，具有高实用性。

为了达到上述的目的，本发明揭示一种金属氧化层的制造方法，其包含下列步骤：提供一金属件；置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件；在该金属件的表面形成一金属氧化层；其中，该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠。

本发明所产生的技术效果为：透过微弧氧化制程使金属件表面形成一金属氧化层，而微弧氧化制程所需的该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠，故该金属氧化层具有更高硬度以避免金属件被磨损或破坏，且该金属氧化层表面具有更小的孔洞以避免异物堆积，再者，透过本发明金属氧化层的制造方法后的金属件较不需要进行后续处理的抛光动作，节省了制造时间与成本，进而给制造者带来便利。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的步骤流程图；

图2为本发明的一较佳实施例的结构示意图；及

图3为本发明的另一较佳实施例的步骤流程图。

【图号对照说明】

10金属件

100金属层

102金属氧化层

104孔洞

具体实施方式

为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

习知技术的金属表面处理，其于金属或合金铸造过程中预先埋入合金铸铁以形成不同于金属或合金材质的壁面，或于金属或合金直接施予电镀或化学镍镀以使金属或合金具有一不同材质的硬质金属镀层等，而上述方法硬度不高，且容易有损坏的问题，而现有的微弧氧化处理又具有孔洞过大的问题，且于硬度上还具有进步的空间，故本发明针对该些缺失，设计此金属氧化层的制造方法以达成高硬度及高实用性的目标。

首先，请参考图1，其为本发明的一较佳实施例的步骤流程图；如图所示，本发明的一种金属氧化层的制造方法，其步骤为：

步骤S10：提供一金属件；

步骤S11：置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件；及

步骤S12：在该金属件的表面形成一金属氧化层。

上述的实施例，请一并参考图2，其为本发明的一较佳实施例的结构示意图。如图所示，如步骤S10的提供一金属件10，该金属件10的材料可为一般金属或其合金，如铝、镁、钛或其合金，该金属件10亦可为航天、汽车、电子、半导体等所现有的零件，以汽车工业来说，该金属件10可为一汽车引擎的活塞或管壁。再如步骤S11，置放该金属件10至一电解液(未图示)中以利用一微弧氧化制程处理该金属件10，其中该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠。最后，如步骤S12，在该金属件10的表面形成一金属氧化层102。

如此，本发明透过将该金属件10置入包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠的电解液中，可使该金属件10的表面生成高硬度的该金属氧化层102，当该金属件10受撞击或摩擦时，该金属件10因该金属氧化层102而具有较强的自我保护能力，以避免受撞击或摩擦时而导致该金属件10破裂或磨损，故该金属件10具有高硬度的表面以避免破坏。

又，一般此领域具通常知识者皆知，当金属经过微弧氧化制程的处理后，表面均会产生粗糙的表面，换言之，金属表面会产生孔洞以导致表面粗糙，然而，本发明因将该金属件10置入包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠的电解液中以进行微弧氧化制程，故本案生成在该金属氧化层102表面的多个孔洞104较小，如此避免异物堆积于孔洞当中，更可使该金属件10不必再进行后续抛光处理，减少制造的时间与成本，且因该些孔洞104不易堆积异物而能增长使用寿命。

如，透过本发明的方法将汽车引擎的活塞或管壁(铝合金金属件)表面生成氧化层，不仅能增加硬度以避免磨损，更因降低孔洞大小以避免积碳的情形发生，故具有高实用性。又如，透过本发明的方法将散热模块(如散热鳍片)的表面生成氧化层，如此不仅能增加散热模块的散热性，更因降低孔洞大小以避免灰尘堆积的情形发生。此外，本发明的方法另可使用于铝制炊具、电子零件(如机壳)与压缩机内所使用的铝制零件，如此可增加该些物品的表面硬度，进而避免该些物品表面受外力碰撞而剥落、刮伤或破坏，而且使用具有氧化层的铝制炊具能缩短食物的加热时间。

然而，习知技术的其它表面处理技术具有硬度不佳且易受损的问题，而习知的微弧氧化制程亦尚有改良进步的空间，本发明解决上述的问题，透过改变习知微弧氧化制程的电解液，使金属氧化层具有习知技术无法预知的极佳硬度与极小孔洞，故增进金属或其合金的使用寿命增加，具有高实用性。

请再参阅图2与图3，于此进一步说明本发明的微弧氧化制程的具体流程，其步骤为：

步骤S10：提供一金属件；

步骤S102：置放金属件至清洗槽内以清除金属件表面的油污；

步骤S104：置放金属件至纯水槽内清洗；

步骤S11：置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件；

步骤S12：在该金属件的表面形成一金属氧化层；及

步骤S13：置放金属件至热水中以清洗金属件表面的电解液。

首先，如步骤S10、S102及S104，提供一金属件10并将该金属件放至清洗槽内以清除该金属件10表面的油污，再将该金属件10放入纯水槽内清洗，如此可去除清洗槽的清洁液或其它溶液。再如步骤S11，置放该金属件10至一电解液中以使表面形成很薄的氧化绝缘层，其中该电解液包含的六偏磷酸钠的浓度介于10至20g/L之间，该硅酸钠的浓度介于3至10g/L之间，该偏铝酸钠的浓度介于3至8g/L之间，该氢氧化钠的浓度介于1至3g/L之间，该钨酸钠的浓度介于2至4g/L之间，该碳酸钠的浓度介于4至8g/L之间，而透过该些化合物所组成的该电解液的PH值介于8至12之间。

再者，在该金属件10及该电解液体中通入电流，当电压超过某一临界值时，会产生微弧放电现象，该金属件10产生火花，使电阻较小处的氧化绝缘层被电击穿，再使该处形成新的氧化层，如此经过一段时间后，如步骤S12，该金属件10表面就形成该金属氧化层102(又称陶瓷层)，该金属氧化层102可保护内部未氧化的一金属层100，该金属氧化层102的硬度介于300至3000HV之间(维氏硬度)。其中，该微弧氧化制程所使用的一最大恒定正电压介于350V至750V之间，而所使用的一最大恒定负电压介于20V至200V之间。此外，该微弧氧化制程的处理温度介于摄氏20度至50度之间，该微弧氧化制程的处理时间介于30至120分钟之间以产生适当的氧化层厚度。最后，如步骤S13，置放该金属件10至热水中以清洗该金属件10表面的电解液，即避免电解液残留在该金属件10的表面，其中热水的温度介于70℃至90℃之间。

本发明的金属氧化层的制造方法藉由前述完成，透过微弧氧化制程使金属件表面形成一金属氧化层，而微弧氧化制程所需的该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠，故该金属氧化层具有更高硬度以避免金属件被磨损或破坏，且该金属氧化层表面具有更小的孔洞以避免异物堆积，再者，透过本发明金属氧化层的制造方法后的金属件较不需要进行后续处理的抛光动作，节省了制造时间与成本，进而带给制造者便利。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种金属氧化层的制造方法，其特征在于，其包含下列步骤：

提供一金属件；

置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件；及

在该金属件的表面形成一金属氧化层；

其中，该电解液中包含有六偏磷酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、钨酸钠及碳酸钠。

2.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中提供一金属件之后及置放该金属件至一电解液中以利用一微弧氧化制程处理该金属件之前，更包含下列步骤：

置放金属件至清洗槽内以清除金属件表面的油污；及

置放金属件至纯水槽内清洗。

3.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该电解液的PH值介于8至12之间。

4.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其中该微弧氧化制程所使用的一最大恒定正电压介于350V至750V之间。

5.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该微弧氧化制程所使用的一最大恒定负电压介于20V至200V之间。

6.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该微弧氧化制程的处理温度介于摄氏20度至50度之间。

7.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该微弧氧化制程的处理时间介于30至120分钟之间。

8.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该六偏磷酸钠的浓度介于10至20g/L之间，该硅酸钠的浓度介于3至10g/L之间，该偏铝酸钠的浓度介于3至8g/L之间，该氢氧化钠的浓度介于1至3g/L之间，该钨酸钠的浓度介于2至4g/L之间，该碳酸钠的浓度介于4至8g/L之间。

9.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该金属氧化层的硬度介于300至3000HV之间。

10.如权利要求1所述的金属氧化层的制造方法，其特征在于，其中该金属件为一铝合金金属件。