TW201441427A

TW201441427A - 金屬基材之微弧氧化表面處理技術

Info

Publication number: TW201441427A
Application number: TW102113579A
Authority: TW
Inventors: zhong-jie Chen; Yan-Shuo Chen
Original assignee: Nano Tech Chemical & System Ltd
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TWI477656B

Abstract

本發明係一種金屬基材之微弧氧化表面處理技術，主要能以高電壓脈衝電流，在一金屬材料上形成結構緻密而孔隙低的改良式微弧氧化表面(Micro-ARC Oxidation)的膜層，該膜層具有絕緣、防蝕、耐刮等功能。本發明之技術包含下列各步驟：(一)選定以鋁(Al)、鎂(Mg)、鈦(Ti)以及其合金之其中一種為陽極基材；(二)選定電解液溶液及導電金屬板作為陰極，以建立反應系統；(三)選擇一適當電流以及一適當電壓，其中該適當電壓的範圍係介於400伏特(Voltage)~2000伏特(Voltage)之間，且該適當電流為脈衝電流型態，每一脈衝電流的通電時間(pulse-time)為0.05~100毫秒(ms)，其中間停電時間(off-time)為脈衝電流通電時間(pulse-time)的1~20倍；嗣，根據一設定溫度以及一設定時間進行反應後，該陽極基材產生即能形成一絕緣層膜層，並具有絕緣、防蝕、耐刮等功能。

Description

金屬基材之微弧氧化表面處理技術

本發明係一種金屬基材之微弧氧化表面處理技術，尤指能利用高電壓及脈衝電流，對一金屬基材進行微弧氧化表面處理(Micro-ARC Oxidation)，以形成具有絕緣、防蝕、耐刮等功能的膜層的技術。

一般言，金屬基材容易在空氣中氧化，產生結構不良氧化物，並對金屬基材造成損壞。為了解決上述問題，有業者利用陽極處理法(anodizing)，在金屬基材表面形成一膜層，藉以達到保護該金屬基材的目的。這類膜層多為氧化物構成之一絕緣層，其中，又以在鋁基材或鋁鎂合金基材上形成為氧化鋁(Al₂O₃)絕緣層，及在鈦或鈦合金基材上形成二氧化鈦(TiO2)絕緣層的作法為最為常見；由於，這類絕緣層同時具有抗腐蝕以及高硬度的特性，可以進一步保護該金屬基材。

然而，陽極處理法仍普遍存在有「膜層成長速度低」及「處理液具高污染性」的問題，且所形成之膜層(絕緣層)尚容易發生孔隙度過大及硬度不佳的問題，故業者往往需作進一步的後處理(如封口或燒結等處理)，始能確保該金屬基材之品質。

為解決上述問題，業界進一步發展出微弧氧化處理法(micro arc oxidation；MAO)，目前，微弧氧化處理法係使用約在300伏特(Voltage)~480伏特(Voltage)之間的電壓，對金屬基材進行作用，以提升氧化物絕緣層的成膜速度，並藉著高電壓狀態下，膜層結晶狀態的比例較高的特性，使氧化物絕緣層具有較高的硬度；但是，目前的微弧氧化處理法仍無法解決該氧化物絕緣層有孔隙較大及緻密性低的缺點，因此，該氧化物絕緣層並無法完全、有效地覆設於金屬基材表面，造成硬度及絕緣性提升的幅度有限。換言之，微弧氧化處理法(MAO)雖然能夠降低業者的加工工時，但對於絕緣特性以及物理特性上並未有效提升，也並不能有效達到保護該金屬基材之目的。

針對上述問題的改善，中華民國公告第I297041號專利中，曾揭露了一種以調整電鍍液成份以改善鍍層結構的技術，而中華民國公告第I342901號專利中，則強調一種將電壓操作區間控制在一般陽極處理法(anodizing)以及微弧氧化處理法(MAO)之間，以能夠避免電化學反應過快，使兼具降低工時及維持結晶結構之技術；惟，該等技術仍無法完善地解決結晶缺陷問題。因此，如何針對習知處理方式進行改良，以在利用高電壓，於金屬基材上生成膜層時，仍能兼顧結晶結構之整齊完善，即成為本發明在此亟欲解決之重要問題。

本發明之一目的，係提供一種金屬基材之微弧氧化表面處理技術，能夠改善絕緣層膜層的結晶結構，並提高絕緣、防蝕、耐刮等特性及兼具降低工時的優點。

為達成上述目的，本發明之一種金屬基材之微弧氧化表面處理技術，其包含下列各步驟：(一)選定以鋁(Al)、鎂(Mg)、鈦(Ti)以及其合金之其中一種為陽極基材；(二)選定電解液溶液及導電金屬板作為陰極，以建立反應系統，並依需要加入改質劑；(三)選擇一適當電流以及一適當電壓，其中該適當電流為脈衝電流型態；根據一設定溫度以及一設定時間進行反應後，該陽極基材之表面即能形成一絕緣層膜層，且該絕緣層膜層具有絕緣、防蝕、耐刮等功能。

本發明所用之電解液溶液包括矽酸鈉、矽酸銨、磷酸鈉、磷酸銨、硫酸鈉、硫酸銨、氟化鈉、氟化鉀、氟化氫銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀或其組成，且成份濃度可依需要不同進行調整，該電解液溶液之質量體積濃度為0.1~100克/公升；本發明之金屬基材之微弧氧化表面處理技術尚能在該電解液溶液中加入一改質劑，該改質劑包括：硼酸、硼酸鈉、鎢酸(H₂WO₄)、硫酸錳、釩酸鉀、釩酸鈉、釩酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉等鹽類及石墨粉、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鉬、氧化鍶、氧化銫的粉體，且其質量體積濃度為0.05~50克/公升。

本發明之另一目的，乃本發明係以不鏽鋼板或銅板作陰極，該適當電壓的範圍係介於400伏特~2000伏特(Voltage)之間，該適當電流為脈衝電流型態，且每一脈衝電流的通電時間(pulse-time)為0.05~100毫秒(ms)(較佳者為0.05~10毫秒)，中間停電時間(off-time)為脈衝電流通電時間(pulse-time)的1~20倍。該設定時間則依膜層需要，介於1~60分鐘之間。經過上述，所產生的氧化層薄膜(即，絕緣層膜層)具有絕緣、防蝕、耐刮等功能，且由於該適當電流係為脈衝電流型態，故能避免該絕緣層膜層發生結晶結構不整齊完善之問題。

為便貴審查委員能對本發明之技術特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

以下，舉出實施例以說明本發明內容，但本發明之範圍並不只限於此等的例子：

實施例一：將一純鋁板(30×30(cm2))以2%的氫氧化鈉浸泡1分鐘，以去除表面油污，並經水洗以確保表面潔淨。將洗淨的鋁板浸在微弧電漿的鹼性處理液中；鹼性處理液中含氫氧化鈉3g/L、矽酸鈉5g/L，以不銹鋼板作陰極。微弧電漿的作業條件為：設定約400伏特之一適當電壓及一適當電流，其中該適當電流之每一脈衝電流的通電時間(pulse-time)為1毫秒(ms)，其中間停電時間(off-time)為5毫秒(ms)，經過10分鐘之反應時間後，即能產生成品，成品具有觸感柔美、光滑、易潔而耐蝕等特性。

實施例二：以鎂合金AZ31材料(此鎂合金係包含90%以上的鎂、3%的鋁及1%的鋅等)(30×30(cm2))為處理材料，實施步驟同實施例一，但微弧電漿的作業條件為：設定約為600伏特(Voltage)之適當電壓及適當電流，該適當電流之每一脈衝電流的通電時間(pulse-time)為0.5毫秒(ms)，其中間停電時間(off-time)為1.5毫秒(ms)，經反應時間為10分鐘後即為成品，成品具有觸感柔美、光滑、親水、易潔而耐蝕等特性。

實施例三：將鈦金屬板(30×30(cm2))經清洗後，浸在微弧電漿的中性處理液中；處理液中含氫氧化鈉鈉5g/L、磷酸三鈉5g/L。微弧電漿的作業條件為：設定約800伏特(Voltage)之適當電壓及適當電流，該適當電流之每一脈衝電流的通電時間(pulse-time)為0.1毫秒(ms)，中間停電時間(off-time)為0.5毫秒(ms)，經反應時間為3分鐘後即為成品，成品具有觸感柔美、光滑、親水、易潔而耐蝕等特性。

本發明於前揭諸實施例中所揭露的構成元件及方法步驟，僅係為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，本案之範圍仍應以申請專利範圍為準，其他等效元件或步驟的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

Claims

一種金屬基材之微弧氧化表面處理技術，其包含下列各步驟：選定一金屬材料作為陽極基材；選定一電解液溶液及一導電金屬板作為陰極，以建立一反應系統；選擇一適當電流以及一適當電壓，其中該適當電流為脈衝電流型態；及根據一設定溫度及一設定時間進行反應後，該陽極基材之表面即能形成一絕緣層膜層，且該絕緣層膜層具有絕緣、防蝕、耐刮等功能。
如請求項1所述之微弧氧化表面處理技術，其中該金屬材料為鋁、鎂、鈦或其合金，且該導電金屬板為不鏽鋼板或銅板。
如請求項1所述之微弧氧化表面處理技術，其中該電解液溶液之成份為矽酸鈉、矽酸銨、磷酸鈉、磷酸銨、硫酸鈉、硫酸銨、氟化鈉、氟化鉀、氟化氫銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀或其組成，且該電解液溶液之質量體積濃度為每公升0.05~100克。
如請求項1所述之微弧氧化表面處理技術，其中該微弧氧化表面處理技術尚能於該電解液溶液中加入一改質劑，該改質劑之成份為硼酸、硼酸鈉、鎢酸、硫酸錳、釩酸鉀、釩酸鈉、釩酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉、石墨粉、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鉬、氧化鍶或氧化銫，且該改質劑之質量體積濃度為每公升0.05~50克。
如請求項1所述之微弧氧化表面處理技術，其中該適當電壓之範圍係介於400伏特~2000伏特之間；該適當電流為脈衝電流型態，且每一脈衝電流的通電時間為0.05~100毫秒，其中間停電時間則為脈衝電流通電時間的1~20倍；該設定時間則介於1~60分鐘。