TWI401156B - 複合多層金屬板構造及其製造方法 - Google Patents

Description

複合多層金屬板構造及其製造方法

本發明係關於一種複合多層金屬板構造及其製造方法，特別是關於一種藉由活性銲料層來媒介接合基底層與外表層之複合多層金屬板構造及其製造方法。

現今，許多工業用品及日常生活用品，例如航太材料、醫療器材、廚具、建材或車用材料等，其皆需要使用具有複合性能的多層金屬板，特別是能提供抗菌效果、及足夠硬度的多層金屬板。

例如，中華民國公告第I274590號發明專利揭示一種可抗菌之合金複合材料，其包含一具有導電性之基材、一設置在該基材上並具有一頂面及多數自該頂面凹設之孔徑為微米級以下之孔洞的合金層，以及一設置在該合金層上，並包括有多數個容置於該等孔洞的抗菌微粒之抗菌層，其中該基材選自銅、鐵、鎳、鋁或不銹鋼，該合金層是鐵、鈷及鎳所構成之合金。在本發明之各具體例中，該基材是銅，該抗菌層之抗菌微粒是奈米銀粒子或二氧化鈦粒子。在製造上，該合金層是藉由將該基材置入一電解液後利用循環伏安法或脈衝反轉法而電鍍製得，接著該抗菌微粒可藉由超臨界流體(如二氧化碳)，在高壓之作用下使其將抗菌微粒推壓入孔洞中，或者是將抗菌微粒先加在乙二醇中，再透過超音波之作 用下而使該等粒子震盪入各孔洞內。惟，上述合金複合材料之問題在於：該合金層之厚度過薄，且其孔洞深度不足，雖然該抗菌微粒填入該孔洞中，但在上述合金複合材料已製成產品並被長期使用後，該合金層易因磨損損而變薄，該孔洞之深度隨之變淺，造成該抗菌微粒容易脫離該孔洞，因而使抗菌效果降低。

再者，美國公開第2006/051609號發明專利申請案揭示一種複合多層結構，其包含：一基板，包含碳鋼或不鏽鋼；一中間層，選自銅、鋁、金及其合金；以及一抗腐蝕層，可為鈦或鈦合金，該基板、中間層及抗腐蝕層依序堆疊成一體，其堆疊方式可為爆炸銲接、滾軋接合或擴散接合。惟，上述合金複合材料之問題在於：不論是在該基板與中間層之間或在該中間層及抗腐蝕層之間，層與層間的結合使用爆炸銲接、滾軋結合或擴散結合皆需耗費大量能源，且其製造過程中容易產生不良品，因而不利於降低製造成本及提高生產良率。

故，有必要提供一種複合多層金屬板構造及其製造方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種複合多層金屬板構造及其製造方法，其係利用活性銲料層來媒介接合基底層與外表層，其中不但基底層可提供結構強度及外表層可提供抗腐蝕、抗菌、抗沾黏、重量輕、無毒性、生物 體相容性等特性，且活性銲料層更能有利於增加導電性、導熱性、提升結合強度、降低整體耗能成本及提高生產良率。

為達上述之目的，本發明提供一種複合多層金屬板構造，其包含：一基底層，包含一結構強度金屬；一活性銲料層，位於該基底層的一第一側表面上，該活性銲料層包含一活性銲料金屬；以及，一外表層，位於該活性銲料層的一外側表面上，該外表層包含一抗腐蝕及抗菌之金屬，其中該活性銲料層媒介接合該基底層與該外表層，以構成一複合多層金屬板。

再者，本發明提供一種複合多層金屬板構造之製造方法，其包含下列步驟：準備一基底層，包含一結構強度金屬；將一加熱熔化之活性銲料均勻塗佈於該基底層的一第一側表面上，以形成一含有活性銲料之結構強度金屬；將一外表層疊置於該活性銲料的一外側表面上，該外表層包含一抗腐蝕及抗菌之金屬；以及，加熱該含有活性銲料之結構強度金屬、活性銲料及外表層，並經滾壓使該活性銲料媒介接合該基底層與該外表層，以構成一複合多層金屬板。

另外，本發明提供另一種複合多層金屬板構造之製造方法，其包含下列步驟：準備一基底層、一活性銲料層及一外表層；將該外表層、活性銲料層及基底層依序堆疊後，該依序堆疊層，並經滾壓使活性銲料接合該基底層與該外表層，以構成一複合多層金屬板。

在本發明的一實施例中，該基底層的一第二側表面上另依序堆疊有該活性銲料層及該表層。

在本發明的一實施例中，該基底層的一第二側表面上另依序堆疊多層之該活性銲料層與基底層，並在最外側堆疊該外表層。

在本發明的一實施例中，該基底層之結構強度金屬選自不鏽鋼、銅合金、銀合金、鎳合金或高熵合金。

在本發明的一實施例中，該結構強度不鏽鋼另摻雜微量(低於4重量%)之抗菌元素，其較佳選自銀、銅、鋅或其組合。

在本發明的一實施例中，該活性銲料層選自銀基合金、銅基合金或銀-銅合金，並加入0.01~2重量%之稀土族元素(Re)，其稀土族元素係泛指：鈧元素(Sc)、釔元素(Y)或「鑭系元素」，其中「鑭系元素」包括：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钜(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)釓(Gd)鋱(Td)、鏑Dy、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或鑥(Lu)，但在產業的利用上，稀土族元素通常係以混合物的形態存在，常見之稀土族元素混合物通常係由：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)以及極少量的鐵、磷、硫或矽所組成。

在本發明之一實施例中，該銀基合金、銅基合金或銀-銅合金混摻有6重量%以下之至少一種活性成分，其選自包含4重量%以下之鈦(Ti)、釩(V)、鎂(Mg)、鋰(Li)、鋯(Zr)、鉿(Hf)或其組合；以及其餘重量為稀土 族元素，該稀土族元件選自其稀土族元素係泛指：鈧元素(Sc)、釔元素(Y)及「鑭系元素」或其組合。

在本發明的一實施例中，該外表層之抗腐蝕及抗菌之金屬選自鈦或鈦合金。

在本發明的一實施例中，該外表層另具有一氧化物或氮化物之外表面。

在本發明的一實施例中，該複合多層金屬板應用於刀具、廚具(如鍋、碗、瓢、盆、筷、匙)、電池電極(如燃料電池電極)、排氣管、航太材料、醫療器材、廚具、建材或車用材料等領域。

在本發明的一實施例中，該複合多層金屬板應用於一刀具，該複合多層金屬板研磨形成一刀刃部。

在本發明的一實施例中，該複合多層金屬板應用於一電池電極板，該複合多層金屬板在該電極板之一外表層另包含一微小深溝形狀。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明主要提供一種複合多層金屬板構造及其製造方法，其可選擇應用於刀具、廚具(如鍋、碗、瓢、盆、筷、匙)、電池電極(如燃料電池電極)、排氣管、航太材料、醫療器材、廚具、建材或車用材料等技術領域，但 並不限於此，本發明將於下文利用數個較佳實施例來進行詳細說明。

請參照第1圖所示，其揭示本發明第一實施例之複合多層金屬板構造之剖視圖，其中一複合多層金屬板10包含一基底層11、一活性銲料層12及一外表層13，其中該活性銲料層12媒介接合該基底層11與該外表層13，以構成該複合多層金屬板10。該基底層11包含一結構強度金屬，該結構強度金屬較佳選自不鏽鋼或其他結構金屬合金(如銅合金、銀合金、鎳合金或高熵合金)，以提供支撐結構之強度。該基底層11之厚度較佳介於0.1至5毫米(mm)，例如為2mm。該基底層11具有一第一側表面111及一第二側表面112。

再者，該活性銲料層12位於該基底層11的第一側表面111上，該活性銲料層12包含一活性銲料，該活性銲料選自銀基合金、銅基合金或銀-銅合金，並加入0.01~2重量%之稀土族元素(Re)，其稀土族元素係泛指：鈧元素(Sc)、釔元素(Y)及「鑭系元素」，其中「鑭系元素」包括：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钜(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)釓(Gd)鋱(Td)、鏑Dy、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或鑥(Lu)，但在產業的利用上，稀土族元素通常係以混合物的形態存在，常見之稀土族元素混合物通常係由：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)以及極少量的鐵、磷、硫或矽所組成。

在本發明之一實施例中，該銀基合金、銅基合金或銀-銅合金混摻有6重量%以下之至少一種活性成分，其選自包含4重量%以下之鈦(Ti)、釩(V)、鎂(Mg)、鋰(Li)、鋯(Zr)、鉿(Hf)或其組合；以及其餘重量為稀土族元素，該稀土族元件選自其稀土族元素係泛指：鈧元素(Sc)、釔元素(Y)及「鑭系元素」或其組合；如活性銲料較佳為添加小量稀土元素之銀-銅-鈦合金，其混合比例較佳係為銀：銅：鈦=60至80%：20至30%：1至6%，添加稀土重量比=0.1至0.5%其熔點係依實際產品需求來經由調整銲料組成比例而進行設定，且通常約在779至830℃之間，例如銀：銅：鈦：鈰=68.8%：26.7%：4.%：0.2%，其熔點約在805℃，但並不限於此。該活性銲料層12之厚度較佳介於100至990微米(um)，例如為500um。上述之鈦及稀土金屬係屬於活性成分。另外，該外表層13位於該活性銲料層12的一外側表面上，該外表層13包含一抗腐蝕及抗菌之金屬，該抗菌金屬較佳係選自鈦或鈦合金。該外表層13之厚度較佳介於100微米(um)至3000微米(um)，例如為450um。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之複合多層金屬板構造之製造方法，其包含下列步驟：準備一基底層11，包含一結構強度金屬；將一加熱熔化之活性銲料均勻塗佈於該基底層11的一第一側表面上，形成一含有活性銲料之結構強度金屬；將一外表層13疊置 於該活性銲料的一外側表面上，該外表層13包含一抗菌金屬；以及，加熱該一含有活性銲料之結構強度金屬和一外表層，並經滾壓使活性銲料接合該基底層11與該外表層13，以構成一複合多層金屬板10。

在本實施例中，該複合多層金屬板10僅在該基底層11之第一側表面111上依序形成了該活性銲料層12，加熱該活性銲料使其該活性銲料熔化，並利用攪動刮塗方式，將熔融活性銲料均勻地塗佈於該基底層11之第一側表面111上，將外表層13之鈦或鈦合金置放於一含有活性銲料層12之基底層11上，經加熱及滾壓過程，使活性銲料接合之基底層11與該外表層13，以構成一複合多層金屬板10。

在加熱及滾壓期間，該活性銲料中之活性成分(鈦及/或稀土金屬)有利於增加接合性質。更詳言之，該活性成分對氧、碳或氮元素的親和性(如該基底層11之表面氧化物、碳化物或氮化物等各種雜質)，其可經由化學反應使該基底層11表面的氧化物、碳化物或氮化物產生表面分解而形成一反應層，該反應層所含的反應生成物主要是由活性成分之金屬與氧化物、碳化物或氮化物反應而成一界面反應層，故能有效促進熔融活性銲料潤濕該反應層處之表面並填入該基底層11之表面微細孔洞等死角內，如此可使液態熔融之活性銲料直接潤濕銲接於清潔後的該基底層11表面。藉此，本發明即可達到簡單快速的將該活性銲料銲接合於該基底層11之目 的，且其製程容易控制及接合性質良好。另一方面，該活性銲料含有鈦及稀土成分，故亦與該外表層13之鈦或鈦合金具有良好接合性質。在加熱銲接後，該活性銲料將冷卻固化成為該活性銲料層12，其中該活性銲料層12媒介接合在該基底層11及外表層13之間，因而共同構成該複合多層金屬板10。另外，該外表層13亦可應用上述技術，將一加熱熔化之活性銲料均勻塗佈於該外表層13之第一側表面上，形成一含有活性銲料之外表層13，將該含有活性銲料層之外表層13疊置於一結構強度金屬的表面上，再經加熱滾壓使該含有活性銲料層之外表層13與該基底層11之結構強度金屬，接合構成一複合多層金屬板10。

該活性銲料層12含有鈦及微量稀土之活性成分有利於接合難潤濕金屬材，如不鏽鋼、鈦合金；同時能增加導電性、導熱性及提升結合強度，故能降低整個製程的總耗能成本，並提高生產良率。該外表層13能提供抗腐蝕、抗菌、抗沾黏、重量輕、無毒性、生物體相容性等特性，故特別適合應用於飲食、烹煮、醫療、以及需具有抗腐蝕性之電池極板等相關之用品上。再者，該外表層13較佳可進行氧化處理、氮化處理或微弧氧化處理，以形成一氧化物或氮化物之外表面130，其較佳為氧化鈦或氮化鈦之薄膜。該外表面130的厚度較佳介於1至100微米(um)，例如為50um。上述氧化物或氮化物之外表面130能增加該外表層13之抗腐蝕、抗菌 及抗沾黏等特性。

請參照第2圖所示，本發明第二實施例之複合多層金屬板構造及其製造方法係相似於本發明第一實施例，並大致沿用相同元件名稱及圖號，但兩者間差異之特徵在於：該第二實施例之複合多層金屬板之複合多層金屬板構造及其製造方法；將一活性銲料層12置放於外表層13及一基底層11的結構強度金屬之間，所形成一未接合之疊層；以及，加熱該疊層溫度至活性銲料熔點的二分之一以上；經過熱滾壓使活性銲料接合該基底層11與該外表層13，以構成一複合多層金屬板10。另外，該一複合多層金屬板10亦可重複疊層一活性銲料層12及基底層11結構強度金屬，並在最外表層堆疊一外表層13，並利用上述技術形成一複合多層金屬板10。

再者，該第二實施例之複合多層金屬板10係應用於製造一刀具，其中該複合多層金屬板10包含：一基底層11，包含一結構強度金屬，並具有一第一側表面111及一第二側表面112；二活性銲料層12，分別位於該基底層11的第一側表面111及第二側表面112上，該活性銲料層12包含一活性銲料；以及，二外表層13，分別位於該二活性銲料層12的一外側表面上，該外表層13包含一抗菌金屬，且另可進行氧化或氮化處理，以形成一氧化物或氮化物之外表面130。該複合多層金屬板10應用於製造一刀具之製造方法大致相同於第一實施例，但另外進一步包含一研磨步驟，以研磨形成一刀 刃部14，該刀刃部14裸露出該基底層11及活性銲料層12，其中該基底層11摻雜有微量銀或銅之不鏽鋼，而該活性銲料層12之活性銲料較佳為銀-銅-鈦合金，亦包含微量鑭族等元素，因此該基底層11、該活性銲料層12、該外表層13及該外表面130皆具有殺菌、抗菌、抗沾黏、抗腐蝕等特性，且由該基底層11形成結構強度及硬度最高之刀刃尖端。

請參照第3圖所示，本發明第三實施例之複合多層金屬板構造及其製造方法係相似於本發明第一實施例，並大致沿用相同元件名稱及圖號，但兩者間差異之特徵在於：該第三實施例之複合多層金屬板係應用於製造一電池電極板10’，該電池電極板10’之複合多層金屬板結構係可在該第一側表面111上依序形成該活性銲料層12、該外表層13及該外表面130；或是亦可在該第一側表面111及及第二側表面112上同時皆依序形成該活性銲料層12、該外表層13及該外表面130。特別是，如第3圖所示，該電池電極板10’之複合多層金屬板結構在該基底層11的兩側之該活性銲料層12，以提供更好的均勻導電效果。該外表層13較佳係以再經滾壓接合過程中，並將外表層形成許多微小深溝131，以提供更多的表面積來增加充電與放電效果。再者，該外表層13係以氮化處理使其鈦或鈦合金形成具有良好導電性及耐腐蝕性的氮化鈦(TiN)之外表面130，此處理可增加抗腐蝕性。

如上所述，相較於習用合金複合材料之抗菌效果容易因磨損而降低或習用複合多層結構在層與層間的接合上需耗費大量能源等缺點，第1至4圖之本發明利用該活性銲料層12來媒介接合該基底層11與外表層13，其中不但該基底層11可提供結構強度及該外表層13可提供抗腐蝕、抗菌、抗沾黏、重量輕、無毒性、生物體相容性等特性，且該活性銲料層12更有利於增加導熱性及提升結合強度，特別是可降低整體耗能成本及提高生產良率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧複合多層金屬板

10’‧‧‧電池電極板

11‧‧‧基底層

111‧‧‧第一側表面

112‧‧‧第二側表面

12‧‧‧活性銲料層

13‧‧‧外表層

131‧‧‧微小深溝

130‧‧‧外表面

14‧‧‧刀刃部

第1圖：本發明第一實施例之複合多層金屬板構造之剖視圖。

第2圖：本發明第二實施例之複合多層金屬板構造之剖視圖。

第3圖：本發明第三實施例之複合多層金屬板構造之剖視圖。

10‧‧‧複合多層金屬板

11‧‧‧基底層

111‧‧‧第一側表面

112‧‧‧第二側表面

12‧‧‧活性銲料層

13‧‧‧外表層

130‧‧‧外表面

14‧‧‧刀刃部

Claims (9)

1. 一種複合多層金屬板構造，其包含：一基底層，包含一結構強度金屬；一活性銲料層，位於該基底層的一第一側表面上，該活性銲料層包含一活性銲料；以及一外表層，位於該活性銲料層的一外側表面上，該外表層包含一抗腐蝕及抗菌之金屬；其中該活性銲料層媒介接合該基底層與該外表層，以構成一複合多層金屬板，該活性銲料層係選自含有0.01~2重量%稀土族元素之銀基合金、銅基合金或銀-銅合金，該稀土族元素選自鈧、釔或鑭系元素。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該基底層的一第二側表面上另依序堆疊有該活性銲料層及該外表層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該基底層的一第二側表面上另依序堆疊多層之該活性銲料層及該基底層，並在最外側堆疊該外表層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該基底層之結構強度金屬選自不鏽鋼、銅合金、銀合金、鎳合金或高熵合金，且該結構強度金屬另摻雜低於4重量%之抗菌元素，該抗菌元素選自銀、銅、鋅或其組合。
5. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構 造，其中該銀基合金、銅基合金或銀-銅合金混摻有6重量%以下之至少一種活性成分，其選自包含4重量%以下之鈦、釩、鎂、鋯、鉿或其組合；以及該活性成分其餘重量為稀土族元素，該稀土族元件選自鈧、釔、鑭系元素或其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該外表層之抗腐蝕及抗菌之金屬係選自鈦或鈦合金，且該外表層另具有一氧化物或氮化物之外表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該複合多層金屬板應用於一刀具，該複合多層金屬板研磨形成一刀刃部。
8. 如申請專利範圍第1項所述之複合多層金屬板構造，其中該複合多層金屬板應用於一電池電極板，該複合多層金屬板在該電池電極板之一外表層具有微小深溝。
9. 一種複合多層金屬板構造之製造方法，其包含：準備一基底層，包含一結構強度金屬；將一活性銲料塗佈於該基底層的一第一側表面上；將一外表層疊置於該活性銲料的一外側表面上，該外表層包含一抗腐蝕及抗菌之金屬；以及加熱該活性銲料，以形成一活性銲料層，該活性銲料層媒介接合該基底層與該外表層，以構成一複合多層金屬板。