TW202227674A - 封孔製程 - Google Patents
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Abstract
一種封孔製程,將一作為陰極的待封孔物,及一陽極浸入一具有金屬離子的封孔溶液中,自該陽極導入一電流而於該陽極與該待封孔物間生成一電場,令該封孔溶液中的金屬離子朝該陰極的方向移動,而於該待封孔物的表面形成一由含有該金屬離子的金屬化合物所構成的封孔層。在封孔製程中,該封孔溶液中的金屬離子沿著電場的方向吸附於該待封孔物的表面,進而縮短整個封孔製程的時間。此外,在該電場的作用下還能抑制該待封孔物的表面周圍發生電子遷移而降低侵蝕的發生,進而提升所製得的產品的外觀良率。
Description
本發明是有關於一種封孔製程,特別是指一種用於具有多孔性的金屬及金屬氧化物的封孔製程。
鎂、鋁合金因本身具有優秀的機械性質與比重小的特性,因此,經常被選用於製作可攜式電子產品的外殼。
然而,該等合金由於本身的活性很高而容易與空氣中的水氣反應而產生表面侵蝕,因此,當業界選擇,例如鋁合金,為外殼的材料時,通常會先在一鋁合金基材的表面通過陽極氧化處理而形成一多孔性的氧化層,以提高該鋁合金基材表面的耐蝕性;接著,再對該氧化層進行封孔處理,形成一披覆於該氧化層上的封孔層,以改善該氧化層表面不平坦的問題,並提升產品外觀的美觀性。
常見的封孔處理方式是將一形成有該氧化層的待封孔物浸入一含有膠體或是金屬離子的封孔溶液中,讓膠體或是金屬離子以沉積的方式沉積於該氧化層上以形成該封孔層。然而,由於該封孔溶液通常為酸性或鹼性的溶液,因此當形成有該氧化層的該鋁合金基材作為待封孔物浸入該封孔溶液中,部分的封孔溶液會自該氧化層的孔洞中滲入而發生局部侵蝕,反而使該鋁合金基材的耐蝕性下降,此外,因為該封孔層是以沉積方式形成,因此,須要花費較長的製程時間,且隨著沉積的時間越長,發生侵蝕的機率越高,所耗費的成本也越多。
因此,本發明的目的,即在提供一種封孔製程,能避免待封孔物於封孔製程中受到侵蝕。
於是,本發明的封孔製程,包含將一作為陰極的待封孔物,及一陽極浸入一具有金屬離子的封孔溶液中,自該陽極導入一電流而於該陽極與該待封孔物間生成一電場,令該封孔溶液中的金屬離子朝該陰極的方向移動,而於該待封孔物的表面形成一由含有該金屬離子的金屬化合物所構成的封孔層,其中,該待封孔物包括一由金屬或金屬合金構成的基材,及一形成於該基材表面並具有多數孔洞的鈍化層,且該鈍化層是由該金屬或該金屬合金經氧化後形成的金屬氧化物所構成。
本發明的功效在於:透過自該陽極導入該電流,令該封孔溶液中的金屬離子沿著電場的方向更加快速地吸附於作為陰極的該待封孔物的表面,以縮短整個製程的時間,此外,在該電場的作用下還能抑制該待封孔物的表面周圍發生電子遷移的現象而降低侵蝕的產生,以提升所製得的產品的外觀良率,並減少生產成本。
在本發明被詳細描述的前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1,本發明封孔製程的一實施例,包含:將一作為陰極(Cathod)的待封孔物1,及一陽極2(Anode)浸入一具有金屬離子31的封孔溶液3中,自該陽極2導入一預定的電流而於該陽極2與該待封孔物(陰極)1間生成一電場,令該封孔溶液中3的金屬離子31朝該待封孔物1的方向移動並被還原於該待封孔物1表面,而於該待封孔物1的表面形成一由含有該等金屬離31子的金屬化合物所構成的封孔層。在本實施例中,該陽極2可以選自碳板、不銹鋼板、鋁板或鉛板的其中一種。
該待封孔物1是以一具複合結構的金屬合金為例,包括一基材,及一形成於該基材表面且具有多數孔洞的鈍化層,該鈍化層是由構成該基材的金屬或金屬合金經氧化形成的金屬氧化物所構成。在本實施例中,該基材選自鋁、鎂、鈦,及前述金屬的合金的其中至少一種,然實際實施時,該待封孔物1的構成材料及具體形態並不以此為限。
實施該封孔製程時,由於該電流通過該待封孔物1時會形成一特定的電流密度,因此,透過控制令通過該待封孔物1的電流密度介於0.02A/dm
2至0.06A/dm
2,以及該電流密度所形成的電場的作用下,能抑制鄰近該待封孔物1處發生電子遷移的現象,以避免該待封孔物1的表面因失去電子而產生侵蝕,同時帶電荷的該等金屬離子31在電場作用下朝該陰極,也就是該待封孔物1的方向移動,而可與該封孔溶液3中的其它離子反應而形成金屬化合物並吸附於該待封孔物1的表面而形成該封孔層。
要說明的是,當導入的該電流過大時,而使通過該待封孔物1的電流密度大於0.06A/dm
2,該等金屬離子31朝該陰極的移動速度會過快導致由該等金屬離子31所形成的金屬化合物(例如:金屬鹽類或水合物)會堆積於該鈍化層的表面上,而無法均勻地吸附於該待封孔物1的鈍化層表面,也無法均勻且充分地填置於該鈍化層的孔洞中,因此容易使該待封孔物1的表面殘留多餘的金屬顆粒及雜質;當導入的該電流過小,使通過該待封孔物1的電流密度低於0.02A/dm
2,導致該等金屬離子31無法有效率地移動至該待封孔物1而導致封孔不完全。
在本實施例中,該封孔溶液3的金屬離子31選自鎳離子、鉻離子、氟離子,或鋯離子,且該封孔溶液31的pH值介於3至7。在進行封孔製程的過程中,該封孔溶液31的溫度控制在介於60℃至96℃。
茲將本發明的封孔製程就以下實驗例作進一步說明,但應瞭解的是,所述實驗例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
實驗例1
準備一經陽極氧化處理而於表面形成有一多孔性氧化鋁層的鋁合金(5052系列)基材作為陰極,及一碳材作為陽極,將該鋁合金基材及該碳材浸入一封孔溶液中,且該封孔溶液為含有鎳離子的醋酸溶液(Top Seal DX-500,奧野),該封孔溶液的溫度控制在介於90℃至95℃;接著,自該陽極施加一電壓值為1V的電壓,且其產生的電流通過該鋁合金基材時的電流密度為0.05A/dm
2,令該封孔溶液中的鎳離子朝該鋁合金基材移動並與封孔溶液中的醋酸根離子反應形成醋酸鎳,而吸附於該鋁合金基材的表面以形成一含有醋酸鎳的封孔層,而得到一外觀呈銀色的鋁合金元件,且封孔的時間為5分鐘。
實驗例2至3
實驗例2及實驗例3中的參數條件與實驗例1的參數條件相似,其差別在於該實驗例2與該實驗例3的封孔製程的時間分別為10分鐘與15分鐘,而各自得到一外觀呈銀色的鋁合金元件。
實驗例4至6
準備一經陽極氧化處理而於表面形成一多孔性氧化鋁層,且該多孔性氧化鋁層吸附有黑色染料的鋁合金(5052系列)基材作為陰極,及一碳材作為陽極;將該鋁合金基材及該碳材浸入一封孔溶液中,且該封孔溶液為含有鎳離子的醋酸溶液(Top Seal DX-500,奧野);接著,自該陽極施加一電壓值為1V的電壓,且令產生的電流通過該鋁合金基材時的電流密度為0.05A/dm
2,令該封孔溶液中的鎳離子朝該鋁合金基材移動並與醋酸根離子反應形成醋酸鎳,而吸附於該鋁合金基材的表面以形成一含有醋酸鎳的封孔層,而得到一外觀呈黑色的鋁合金元件,該實驗例4至6的封孔的時間分別為5分鐘、10分鐘,及15分鐘。
比較例1至3
準備一經陽極氧化處理,表面形成有一多孔性氧化鋁層的鋁合金(5052系列)基材,並將該鋁合金基材浸入一與該實驗例1相同的封孔溶液中;接著,令該封孔溶液中的鎳離子與該鋁合金基材周圍的醋酸根離子反應並以沉積的方式附著於該鋁合金基材的表面形成一含有醋酸鎳的封孔層,而各自得到一外觀呈銀色的鋁合金元件,且該比較例1至3的沉積時間分別為10分鐘、15分鐘,及30分鐘。
比較例4至6
準備一經陽極氧化處理,表面形成有一多孔性氧化鋁層,且該多孔性氧化鋁層吸附有黑色染料的鋁合金(5052系列)基材,將該鋁合金基材浸入一與該比較例1相同的封孔溶液中;接著,令該封孔溶液中的鎳離子與該鋁合金基財周圍的醋酸根離子反應形成醋酸鎳,並以沉積的方式吸附於該鋁合金基材的表面形成一含有醋酸鎳的封孔層,而各自得到一外觀呈黑色的鋁合金元件,且該比較例4至6的封孔的時間分別為10分鐘、15分鐘,及30分鐘。
將前述的實驗例1至6與比較例1至6所製得的鋁合金元件,進行紫外光褪色測試、抗鹽霧性測試、熱衝擊測試、溫度濕度測試,及重量損失測試,以檢測該等鋁合金元件的耐蝕性,及該封孔層的密著性,並將前述的測試結果統整於表1。
該紫外光褪色測試是將前述實驗例1至6與比較例1至6所製得的鋁合金元件表面的任一位置以一色差儀(型號:CM-2600d,柯尼卡美能達)進行色度值的測量,而得到其色度值L、a、b。其中,色度值L代表亮度(數值越高,代表顏色越亮白);色度值a代表紅綠色度(數值於高,代表顏色越偏向紅色(+);數值越低,顏色越偏向綠色(-));色度值b代表黃藍色度(數值於高,代表顏色越偏向黃色(+);數值越低,顏色越偏向藍色(-))。接著,將該等鋁合金元件進行照光循環(將該等鋁合金元件置於60℃的環境下接受紫外光照射4小時,再於沒有紫外光且環境溫度為50℃放置4小時,以此為一周期並重複十二次)。最後,再將經過照光循環後的該等鋁合金元件於先前測量色度值的同一位置處再次進行色度值的測量,再將兩次所測得的色度值(L、a、b)依照公式:△E=
進行計算,而得到一△E值,該△E值表示該等鋁合金元件經紫外光的照射前、後所呈現的顏色差異,而可觀察該等鋁合金元件於紫外光的照射下是否會退色。
該抗鹽霧性測試是將該等鋁合金元件於35℃的環境下浸泡於一濃度5%的鹽水溶液中24小時,再進行乾燥24小時,以此為一周期並重複兩次;測試結束後清洗該等鋁合金元件並觀察其表面是否出現例如腐蝕、銹斑等外觀上的瑕疵,以檢測該等鋁合金元件的抗鹽霧性。
該熱衝擊測試(Thermal Shock test,TS) 是將該等鋁合金元件放置於一熱衝擊試驗機中,並在-20℃至60℃的溫度區間內,以20℃/分鐘的變化速度,並分別在最高溫與最低溫的時間停留10分鐘,以此為一次溫度循環,循環次數為48次,檢測時間為4天進行測試;測試結束後對該等鋁合金元件的外觀進行觀察,確認該封孔層是否自該鋁合金基材的表面剝離。
該溫度濕度測試(Temperature and Humidity test,TH) 是將該等鋁合金元件放置於一溫溼度測試機,且將環境參數設定溫度60℃與濕度95%,檢測時間為4天;測試結束後對該等鋁合金元件的外觀進行觀察,確認該封孔層是否自該鋁合金基材的表面剝離或是產生例如起泡、裂開等外觀瑕疵。
該重量損失測試用於檢測該等鋁合金元件的腐蝕速率,首先,測量該等鋁合金元件的重量,而得到一重量值W
1;接著將該等鋁合金元件浸入於一溫度為38℃的三氧化鉻(CrO3)溶液中浸泡15分鐘,隨後,取出該等鋁合金元件並進行清洗及乾燥等程序,並測量其重量而得到一重量值W
2,並依據公式
而得到一重量損失比W
L,其中,A為該鋁合金元件的表面積,通過該重量損失測試能檢測該等鋁合金元件在該三氧化鉻溶液中的抗腐蝕的程度。
表1
封孔製程 | UV測試 | 抗鹽霧性 | TS | TH | 重量損失 | |||||
溫度 (℃) | 時間 (分) | 電壓 (V) | 染料 | 照射後 (△E) | 外觀是否保持良好 | (mg/dm 2) | ||||
實驗例 | 1 | 90-95 | 5 | 1 | x | 0.756 | o | o | o | 2.08 |
2 | 90-95 | 10 | 1 | x | 0.709 | o | o | o | 2.85 | |
3 | 90-95 | 15 | 1 | x | 0.752 | o | o | o | 1.91 | |
4 | 90-95 | 5 | 1 | 黑色 | 1.562 | o | o | o | 3.94 | |
5 | 90-95 | 10 | 1 | 黑色 | 1.545 | o | o | o | 5 | |
6 | 90-95 | 15 | 1 | 黑色 | 1.385 | o | o | o | 3.21 | |
比較例 | 1 | 90-95 | 10 | x | x | 0.760 | o | o | o | 2 |
2 | 90-95 | 15 | x | x | 0.638 | o | o | o | 1.32 | |
3 | 90-95 | 30 | x | x | 0.902 | o | o | o | 1.79 | |
4 | 90-95 | 10 | x | 黑色 | 5.757 | o | o | o | 5.69 | |
5 | 90-95 | 15 | x | 黑色 | 4.02 | o | o | o | 5.07 | |
6 | 90-95 | 30 | x | 黑色 | 3.76 | o | o | o | 3.42 |
參閱表1,由表1中該實驗例1至6及比較例1至6的該抗鹽霧性測試、該熱衝擊測試,及該溫度濕度測試的結果能得知,透過本案的封孔製程(即實驗例1至6)僅需要習知封孔製程的一半時間即可完成封孔,且封孔後得到的鋁合金元件的抗腐蝕性與抗鹽霧性,與該比較例1至6的鋁合金元件相比並無太大的差異,且該封孔層與該鋁合金基材間的密著性良好,在濕熱或是溫度變化大的環境中,該封孔層仍能維持一定的保護作用,而不出現外觀上的瑕疵。
而從該紫外光褪色測試與該重量損失測試所測得的數據中,可以發現該吸附有染料的鋁合金元件(實驗例4至6與比較例4至6)的△E值與其重量損失皆大於未吸附染的鋁合金元件(實驗例1至3與比較例1至3)的△E值與重量損失,是由於該等鋁合金元件的孔洞中同時填置有染料與部分封孔層,因此該封孔層的填置於該等孔洞的空間較少,使封孔效果較差而無法提供足夠的保護作用,因此接觸酸鹼溶液後更容易發生侵蝕而導致重量損失,且經紫外光照射後較容易褪色。其中,與該等比較例4至6的△E值相比,該等實驗例4至6的△E值較小,表示通過本案的製作方法所製作的吸附有染料的該等鋁合金元件在紫外光照射後的色度值變化更小,擁有更好的持色效果。
綜上所述,本發明封孔製程透過自該陽極2導入電流,令該封孔溶液3中的金屬離子31沿著電場的方向更加快速地吸附於作為陰極的該待封孔物1的表面,與傳統的封孔製程相比,本案的封孔製程只需要一半的製程時間即能產生該封孔層,不僅可減少製程時間,還能減少該鋁合金基材因浸泡在封孔溶液中的時間過長,而發生侵蝕的機率。此外,利用所形成的該電場還能抑制該待封孔物1的表面周圍發生電子遷移的現象以避免侵蝕的發生,並提升所製得的產品的外觀良率,進而降低生產成本,故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者,僅為本發明的實施例而已,當不能以此限定本發明實施的範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:待封孔物
2:陽極
3:封孔溶液
31:金屬離子
本發明的其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:
圖1是一示意圖,說明本發明封孔製程的一實施例。
1:待封孔物
2:陽極
3:封孔溶液
31:金屬離子
Claims (6)
- 一種封孔製程,包含: 將一作為陰極的待封孔物,及一陽極浸入一具有金屬離子的封孔溶液中,自該陽極導入一電流而於該陽極與該待封孔物間生成一電場,令該封孔溶液中的金屬離子朝該陰極的方向移動,而於該待封孔物的表面形成一由含有該金屬離子的金屬化合物所構成的封孔層,其中,該待封孔物包括一由金屬或金屬合金構成的基材,及一形成於該基材表面並具有多數孔洞的鈍化層,且該鈍化層是由金屬或金屬合金經氧化形成的金屬氧化物所構成。
- 如請求項1所述的封孔製程,其中,該電流通過該待封孔物時形成一特定的電流密度,且該電流密度介於0.02A/dm 2至0.06A/dm 2。
- 如請求項1所述的封孔製程,其中,該封孔溶液的金屬離子選自鎳離子、鉻離子、氟離子,或鋯離子的其中至少一種。
- 如請求項1所述的封孔製程,其中,該封孔溶液的pH值介於3至7。
- 如請求項1所述的封孔製程,其中,該封孔溶液的溫度控制在介於60℃至96℃。
- 如請求項1所述的封孔製程,其中,該基材選自鋁、鎂、鈦,及前述金屬的合金的其中至少一種。
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