CN114717629A - 封孔制程 - Google Patents
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Abstract
一种封孔制程，将作为阴极的待封孔物，及阳极浸入具有金属离子的封孔溶液中，自该阳极导入电流而于该阳极与该待封孔物间生成电场，令该封孔溶液中的金属离子朝该阴极的方向移动，而于该待封孔物的表面形成由含有该金属离子的金属化合物所构成的封孔层。在封孔制程中，该封孔溶液中的金属离子沿着电场的方向吸附于该待封孔物的表面，进而缩短整个封孔制程的时间。此外，在该电场的作用下还能抑制该待封孔物的表面周围发生电子迁移而降低侵蚀的发生，进而提升所制得的产品的外观良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种封孔制程，特别是涉及一种用于具有多孔性的金属及金属氧化物的封孔制程。
背景技术
镁、铝合金因本身具有优秀的机械性质与比重小的特性，因此，经常被选用于制作可携式电子产品的外壳。
然而，所述合金由于本身的活性很高而容易与空气中的水气反应而产生表面侵蚀，因此，当业界选择，例如铝合金，为外壳的材料时，通常会先在铝合金基材的表面通过阳极氧化处理而形成多孔性的氧化层，以提高该铝合金基材表面的耐蚀性；接着，再对该氧化层进行封孔处理，形成披覆于该氧化层上的封孔层，以改善该氧化层表面不平坦的问题，并提升产品外观的美观性。
常见的封孔处理方式是将形成有该氧化层的待封孔物浸入含有胶体或是金属离子的封孔溶液中，让胶体或是金属离子以沉积的方式沉积于该氧化层上以形成该封孔层。然而，由于该封孔溶液通常为酸性或碱性的溶液，因此当形成有该氧化层的该铝合金基材作为待封孔物浸入该封孔溶液中，部分的封孔溶液会自该氧化层的孔洞中渗入而发生局部侵蚀，反而使该铝合金基材的耐蚀性下降，此外，因为该封孔层是以沉积方式形成，因此，须要花费较长的制程时间，且随着沉积的时间越长，发生侵蚀的机率越高，所耗费的成本也越多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封孔制程，能避免待封孔物于封孔制程中受到侵蚀。
本发明封孔制程，包含将作为阴极的待封孔物，及阳极浸入具有金属离子的封孔溶液中，自该阳极导入电流而于该阳极与该待封孔物间生成电场，令该封孔溶液中的金属离子朝该阴极的方向移动，而于该待封孔物的表面形成由含有该金属离子的金属化合物所构成的封孔层，其中，该待封孔物包括由金属或金属合金构成的基材，及形成于该基材表面并具有数个孔洞的钝化层，且该钝化层是由该金属或该金属合金经氧化后形成的金属氧化物所构成。
优选地，本发明封孔制程，其中，该电流通过该待封孔物时形成特定的电流密度，且该电流密度介于0.02A/dm2至0.06A/dm2。
优选地，本发明封孔制程，其中，该封孔溶液的金属离子选自镍离子、铬离子、氟离子，及锆离子中的至少一种。
优选地，本发明封孔制程，其中，该封孔溶液的pH值介于3至7。
优选地，本发明封孔制程，其中，该封孔溶液的温度控制在介于60℃至96℃。
优选地，本发明封孔制程，其中，该基材选自铝、镁、钛，及前述金属的合金中的至少一种。
本发明的有益的效果在于：通过自该阳极导入该电流，令该封孔溶液中的金属离子沿着电场的方向更加快速地吸附于作为阴极的该待封孔物的表面，以缩短整个制程的时间，此外，在该电场的作用下还能抑制该待封孔物的表面周围发生电子迁移的现象而降低侵蚀的产生，以提升所制得的产品的外观良率，并减少生产成本。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明封孔制程的一实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，本发明封孔制程的一实施例，包含：将作为阴极(Cathod)的待封孔物1，及阳极2(Anode)浸入具有金属离子31的封孔溶液3中，自该阳极2导入预定的电流而于该阳极2与该待封孔物1(阴极)间生成电场，令该封孔溶液3中的金属离子31朝该待封孔物1的方向移动并被还原于该待封孔物1表面，而于该待封孔物1的表面形成由含有所述金属离子31的金属化合物所构成的封孔层。在本实施例中，该阳极2可以选自碳板、不锈钢板、铝板或铅板的其中一种。
该待封孔物1是以具有复合结构的金属合金为例，包括由金属或金属合金构成的基材，及形成于该基材表面且具有数个孔洞的钝化层，该钝化层是由构成该基材的金属或金属合金经氧化形成的金属氧化物所构成。在本实施例中，该基材选自铝、镁、钛，及前述金属的合金中的至少一种，然实际实施时，该待封孔物1的构成材料及具体形态并不以此为限。
实施该封孔制程时，由于该电流通过该待封孔物1时会形成特定的电流密度，因此，通过控制令通过该待封孔物1的电流密度介于0.02A/dm2至0.06A/dm2，以及该电流密度所形成的电场的作用下，能抑制邻近该待封孔物1处发生电子迁移的现象，以避免该待封孔物1的表面因失去电子而产生侵蚀，同时带电荷的所述金属离子31在电场作用下朝该阴极，也就是该待封孔物1的方向移动，而可与该封孔溶液3中的其它离子反应而形成金属化合物并吸附于该待封孔物1的表面而形成该封孔层。
要说明的是，当导入的该电流过大时，而使通过该待封孔物1的电流密度大于0.06A/dm2，所述金属离子31朝该阴极的移动速度会过快导致由所述金属离子31所形成的金属化合物(例如：金属盐类或水合物)会堆积于该钝化层的表面上，而无法均匀地吸附于该待封孔物1的钝化层表面，也无法均匀且充分地填置于该钝化层的孔洞中，因此容易使该待封孔物1的表面残留多余的金属颗粒及杂质；当导入的该电流过小，使通过该待封孔物1的电流密度低于0.02A/dm2，导致所述金属离子31无法有效率地移动至该待封孔物1而导致封孔不完全。
在本实施例中，该封孔溶液3的金属离子31选自镍离子、铬离子、氟离子，及锆离子中的至少一种，且该封孔溶液3的pH值介于3至7。在进行封孔制程的过程中，该封孔溶液3的温度控制在介于60℃至96℃。
兹将本发明的封孔制程就以下实验例作进一步说明，但应了解的是，所述实验例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
实验例1
准备经阳极氧化处理而于表面形成有多孔性氧化铝层的铝合金(5052系列)基材作为阴极，及碳材作为阳极，将该铝合金基材及该碳材浸入封孔溶液中，且该封孔溶液为含有镍离子的醋酸溶液(Top Seal DX-500，奥野)，该封孔溶液的温度控制在介于90℃至95℃；接着，自该阳极施加电压值为1V的电压，且其产生的电流通过该铝合金基材时的电流密度为0.05A/dm2，令该封孔溶液中的镍离子朝该铝合金基材移动并与封孔溶液中的醋酸根离子反应形成醋酸镍，而吸附于该铝合金基材的表面以形成含有醋酸镍的封孔层，而得到外观呈银色的铝合金组件，且封孔的时间为5分钟。
实验例2至3
实验例2及实验例3中的参数条件与实验例1的参数条件相似，其差别在于该实验例2与该实验例3的封孔制程的时间分别为10分钟与15分钟，而各自得到外观呈银色的铝合金组件。
实验例4至6
准备经阳极氧化处理而于表面形成一多孔性氧化铝层，且该多孔性氧化铝层吸附有黑色染料的铝合金(5052系列)基材作为阴极，及碳材作为阳极；将该铝合金基材及该碳材浸入封孔溶液中，且该封孔溶液为含有镍离子的醋酸溶液(Top Seal DX-500，奥野)；接着，自该阳极施加电压值为1V的电压，且令产生的电流通过该铝合金基材时的电流密度为0.05A/dm2，令该封孔溶液中的镍离子朝该铝合金基材移动并与醋酸根离子反应形成醋酸镍，而吸附于该铝合金基材的表面以形成含有醋酸镍的封孔层，而得到外观呈黑色的铝合金组件，该实验例4至6的封孔的时间分别为5分钟、10分钟，及15分钟。
比较例1至3
准备经阳极氧化处理，表面形成有多孔性氧化铝层的铝合金(5052系列)基材，并将该铝合金基材浸入与该实验例1相同的封孔溶液中；接着，令该封孔溶液中的镍离子与该铝合金基材周围的醋酸根离子反应并以沉积的方式附着于该铝合金基材的表面形成含有醋酸镍的封孔层，而各自得到外观呈银色的铝合金组件，且该比较例1至3的沉积时间分别为10分钟、15分钟，及30分钟。
比较例4至6
准备经阳极氧化处理，表面形成有多孔性氧化铝层，且该多孔性氧化铝层吸附有黑色染料的铝合金(5052系列)基材，将该铝合金基材浸入与该比较例1相同的封孔溶液中；接着，令该封孔溶液中的镍离子与该铝合金基材周围的醋酸根离子反应形成醋酸镍，并以沉积的方式吸附于该铝合金基材的表面形成含有醋酸镍的封孔层，而各自得到外观呈黑色的铝合金组件，且该比较例4至6的封孔的时间分别为10分钟、15分钟，及30分钟。
将前述的实验例1至6与比较例1至6所制得的铝合金组件，进行紫外光褪色测试、抗盐雾性测试、热冲击测试、温度湿度测试，及重量损失测试，以检测所述铝合金组件的耐蚀性，及该封孔层的密着性，并将前述的测试结果统整于表1。
该紫外光褪色测试(UV测试)是将前述实验例1至6与比较例1至6所制得的铝合金组件表面的任一位置以色差仪(型号：CM-2600d，柯尼卡美能达)进行色度值的测量，而得到其色度值L、a、b。色度值L代表亮度(数值越高，代表颜色越亮白)；色度值a代表红绿色度(数值于高，代表颜色越偏向红色(+)；数值越低，颜色越偏向绿色(-))；色度值b代表黄蓝色度(数值于高，代表颜色越偏向黄色(+)；数值越低，颜色越偏向蓝色(-))。接着，将所述铝合金组件进行照光循环(将所述铝合金组件置于60℃的环境下接受紫外光照射4小时，再于没有紫外光且环境温度为50℃的环境下放置4小时，以此为一周期并重复十二次)。最后，再将经过照光循环后的所述铝合金组件于先前测量色度值的同一位置处再次进行色度值的测量，再将两次所测得的色度值(L、a、b)依照公式：
进行计算，而得到一△E值，该△E值表示所述铝合金组件经紫外光的照射前、后所呈现的颜色差异，而可观察所述铝合金组件于紫外光的照射下是否会退色。
该抗盐雾性测试是将所述铝合金组件于35℃的环境下浸泡于浓度5％的盐水溶液中24小时，再进行干燥24小时，以此为一周期并重复两次；测试结束后清洗所述铝合金组件并观察其表面是否出现例如腐蚀、锈斑等外观上的瑕疵，以检测所述铝合金组件的抗盐雾性。
该热冲击测试(Thermal Shock test，TS)是将所述铝合金组件放置于热冲击试验机中，并在-20℃至60℃的温度区间内，以20℃/分钟的变化速度，并在最高温与最低温时停分别留10分钟，以此为一次温度循环，循环次数为48次，检测时间为4天进行测试；测试结束后对所述铝合金组件的外观进行观察，确认该封孔层是否自该铝合金基材的表面剥离。
该温度湿度测试(Temperature and Humidity test，TH)是将所述铝合金组件放置于温湿度测试机，且将环境参数设定为温度60℃与湿度95％，检测时间为4天；测试结束后对所述铝合金组件的外观进行观察，确认该封孔层是否自该铝合金基材的表面剥离或是产生例如起泡、裂开等外观瑕疵。
该重量损失测试用于检测所述铝合金组件的腐蚀速率，首先，测量所述铝合金组件的重量，而得到重量值W1；接着将所述铝合金组件浸入于温度为38℃的三氧化铬(CrO3)溶液中浸泡15分钟，随后，取出所述铝合金组件并进行清洗及干燥等程序，并测量其重量而得到重量值W2，并依据公式
而得到一重量损失比WL，A为该铝合金组件的表面积，通过该重量损失测试能检测所述铝合金组件在该三氧化铬溶液中的抗腐蚀的程度。
表1
注：表1中的“X”意为无。
参阅表1，由表1中该实验例1至6及比较例1至6的该抗盐雾性测试、该热冲击测试，及该温度湿度测试的结果能得知，通过本案的封孔制程(即实验例1至6)仅需要现有封孔制程的一半时间即可完成封孔，且封孔后得到的铝合金组件的抗腐蚀性与抗盐雾性，与该比较例1至6的铝合金组件相比并无太大的差异，且该封孔层与该铝合金基材间的密着性良好，在湿热或是温度变化大的环境中，该封孔层仍能维持一定的保护作用，而不出现外观上的瑕疵。
而从该紫外光褪色测试与该重量损失测试所测得的数据中，可以发现该吸附有黑色染料的铝合金组件(实验例4至6与比较例4至6)的△E值与其重量损失皆大于未吸附有黑色染料的铝合金组件(实验例1至3与比较例1至3)的△E值与重量损失，是由于所述铝合金组件的孔洞中同时填置有染料与部分封孔层，因此该封孔层的金属化合物填置于所述孔洞的空间较少，使封孔效果较差而无法提供足够的保护作用，因此接触酸碱溶液后更容易发生侵蚀而导致重量损失，且经紫外光照射后较容易褪色。与所述比较例4至6的△E值相比，所述实验例4至6的△E值较小，表示通过本案的制作方法所制作的吸附有染料的所述铝合金组件在紫外光照射后的色度值变化更小，拥有更好的持色效果。
综上所述，本发明封孔制程通过自该阳极2导入电流，令该封孔溶液3中的金属离子31沿着电场的方向更加快速地吸附于作为阴极的该待封孔物1的表面，与传统的封孔制程相比，本案的封孔制程只需要一半的制程时间即能产生该封孔层，不仅可减少制程时间，还能减少该铝合金基材因浸泡在封孔溶液中的时间过长，而发生侵蚀的机率。此外，利用所形成的该电场还能抑制该待封孔物1的表面周围发生电子迁移的现象以避免侵蚀的发生，并提升所制得的产品的外观良率，进而降低生产成本，故确实能达成本发明的目的，故确实能达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (6)
1.一种封孔制程，其特征在于：包含：
将作为阴极的待封孔物，及阳极浸入具有金属离子的封孔溶液中，自该阳极导入电流而于该阳极与该待封孔物间生成电场，令该封孔溶液中的金属离子朝该阴极的方向移动，而于该待封孔物的表面形成由含有该金属离子的金属化合物所构成的封孔层，其中，该待封孔物包括一由金属或金属合金构成的基材，及形成于该基材表面并具有数个孔洞的钝化层，且该钝化层是由金属或金属合金经氧化形成的金属氧化物所构成。
2.根据权利要求1所述的封孔制程，其特征在于：该电流通过该待封孔物时形成特定的电流密度，且该电流密度介于0.02A/dm2至0.06A/dm2。
3.根据权利要求1所述的封孔制程，其特征在于：该封孔溶液的金属离子选自镍离子、铬离子、氟离子，及锆离子中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的封孔制程，其特征在于：该封孔溶液的pH值介于3至7。
5.根据权利要求1所述的封孔制程，其特征在于：该封孔溶液的温度控制在介于60℃至96℃。
6.根据权利要求1所述的封孔制程，其特征在于：该基材选自铝、镁、钛，及前述金属的合金中的至少一种。
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