TWI404824B - 鋁製品及其製作方法 - Google Patents

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鋁製品及其製作方法
本發明涉及一種金屬材料加工領域，尤其涉及一種鋁製品及其製作方法。
目前，鋁製品以其延展性好、耐熱、耐腐蝕、易鑄造等優良性能，廣泛地應用於形狀複雜之鑄件、各種儀錶、儀器外殼、內燃機活塞與氣缸體等領域。為了增加鋁製品之實用性與附加價值，於鋁製品之表面通常會鍍上一層具有抗菌、除臭、自潔、防黴等功能之光觸媒二氧化鈦。光觸媒二氧化鈦之作用原理為：當以具適當波長之光照射二氧化鈦時，光以能量之方式被二氧化鈦吸收，進而激發二氧化鈦本體產生電子與空穴。帶負電荷之電子與二氧化鈦表面週圍空氣中之氧分子(O2 )作用可產生具有強還原能力之超氧陰離子(．O2－ )，帶正電荷之空穴與光觸媒表面之水分子(H2 O)作用可產生具有強氧化分解能力之氫氧自由基(．OH)。該超氧陰離子(．O2－ )與羥基自由基(．OH)都係具有強分解能力之自由基，能夠有效地分解二氧化鈦表面接觸之髒污、細菌、病毒等有機物、以及氮氧化物(NOx )、硫氧化物(SOx )等對人體有害氣體，實現二氧化鈦之抗菌、除臭、自潔等功能。
二氧化鈦之比表面積係影響其光觸媒活性之一個重要因素，其比表面積越大，與空氣中氧分子與水分子接觸之面積越大，所產生之超氧陰離子(．O2－ )與羥基自由基(．OH) 之量就越多，催化活性亦就越強。先前技術中，通常係將二氧化鈦做成膜直接負載於鋁製品表面，但會容易造成二氧化鈦與鋁製品表面之附著力不強，且由於二氧化鈦膜之比表面積較小，其催化活性較低。
有鑑於此，有必要提供一種具有附著力較強、催化活性較高之二氧化鈦膜之鋁製品及其製作方法。
一種鋁製品，其包括一鋁基板；一形成於該鋁基板表面之具有多孔結構之一層氧化鋁膜；及一形成於該氧化鋁膜上之一層二氧化鈦膜。
一種上述鋁製品之製作方法，其包括以下步驟：藉由陽極氧化處理使鋁基板表面形成有一層具有多孔結構之氧化鋁膜；及於該氧化鋁膜上濺鍍一層二氧化鈦膜。
相較於先前技術，該鋁製品，藉由於鋁基板上首先形成一層具有多孔結構之氧化鋁膜，再將二氧化鈦膜鍍覆於多孔結構上，控制濺鍍時間，可形成具有多孔結構之二氧化鈦膜，其附著力較強，且由於比表面積增大，光觸媒活性得到提高，從而增加了鋁製品之實用性與附加價值。
下面將結合附圖，對本發明實施例作進一步之詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供之一種鋁製品100，其包括一鋁基板10；一層形成於鋁基板10表面之具有多孔21之氧化鋁膜20；及形成於氧化鋁膜20上之一層二氧化 鈦膜30。鋁基板10之材料為純鋁或鋁合金。本實施例中，鋁基板10之材料為鋁合金。氧化鋁膜20之厚度範圍為幾微米至幾百微米，二氧化鈦膜之厚度於100nm至200nm範圍內。
請參閱圖2，氧化鋁膜20由複數緊密排列之六棱柱體膜胞單元23堆砌而成，每個膜胞單元23中間有一圓形孔21，排列高度有序，且於孔21之底部有半球形突起結構26。圓形孔21之孔徑於1nm至100nrn之間變化。
請一併參閱圖1至圖4，本發明實施例提供一種鋁製品100之製作方法，其包括以下步驟：第一步，提供一個鋁基板10。
對鋁基板10進行預處理，將鋁基板10表面之油脂等有機污物脫除，再進行退火與電化學拋光處理。
第二步，於鋁基板10表面形成一層具有多孔21之氧化鋁膜20。
將鋁基板10放入電解氧化槽中進行陽極氧化處理，電解液為硫酸溶液，磷酸溶液或草酸溶液。本實施例中，電解液係濃度為0.1摩爾/升至1摩爾/升之草酸溶液。溶液溫度於5攝氏度至25攝氏度範圍內，工作電壓控制於40伏至60伏範圍內，氧化時間控制於10分鐘至50分鐘內。藉由此陽極氧化處理可於鋁基板10之表面形成一層具有多孔21之氧化鋁膜20。
優選地，為了獲得品質更好之氧化鋁膜20，可進行多次陽極氧化處理。每一次陽極氧化處理後，用0.5摩爾/升 之氫氧化鈉溶液去除表面之雜亂結構，然後用去離子水洗淨，再做下一次陽極處理。這樣，得到之多孔氧化鋁膜20更加有序，孔洞分佈更均勻。
第三步，於氧化鋁膜20上鍍覆一層二氧化鈦膜30。
將已經形成有一層多孔氧化鋁膜20之鋁基板10置於一濺鍍裝置200中。濺鍍裝置200可為射頻濺鍍裝置、直流濺鍍裝置或磁控濺鍍裝置。本實施例中，將鋁基板10置於磁控濺鍍裝置200中。如圖4所示之磁控濺鍍裝置200，其包括：一濺鍍腔31、一電源32、一磁鐵34、一第一電極工作臺36、一第二電極工作臺38、其與第一電極工作臺36相對設置，一旋轉裝置40、一加熱器42，濺鍍腔31之腔體側壁上設置有一抽氣口51、一進氣口52，並分別藉由一抽氣控制閥61、一進氣控制閥62進行氣流控制。電源32與第一電極工作臺36及第二電極工作臺38分別電連接，可選用射頻電源或直流電源，本實施例選用直流電源。
鋁基板10置於第二電極工作臺38上，將一鈦靶材44置於第一電極工作臺36上。其中，鋁基板10表面之氧化鋁膜20與鈦靶材44正對。旋轉裝置40與第二電極工作臺38連接，用以帶動鋁基板10於鍍膜過程中旋轉，使膜分佈更均勻。加熱器42與鋁基板10電連接，用以控制鍍膜過程中鋁基板10之溫度。磁鐵34置於鈦靶材44下方，用以提供一磁場。
開啟抽氣控制閥61藉由抽氣口51將濺鍍腔31內抽為真空狀態，開啟進氣控制閥62藉由進氣口52通入一惰性 氣體與氧氣做為濺射氣體進入濺鍍腔31內，該惰性氣體可選用如氬氣、氪氣、氙氣或氡氣，本實施例選用氬氣。
通氣十分鐘後，開啟旋轉裝置40帶動第二電極工作臺38旋轉，並開啟加熱器42，控制鋁基板10之溫度範圍為100攝氏度至250攝氏度，然後開啟濺鍍裝置電源32。惰性氬氣於電源32作用下形成高能氬電漿轟擊鈦靶材44，使靶材表面濺射出原子到達鋁基板10表面沈積。高能氬電漿被磁鐵34所產生之磁場捕捉，特別係與鈦靶材44表面垂直方向上捕捉較多，所以能進行高效之濺射。控制濺鍍腔31內濺鍍壓力為1.33×l0－1 帕斯卡至1.33帕斯卡。控制濺鍍時間，於上述多孔氧化鋁膜20上形成一層具有多孔結構之二氧化鈦膜30。
相較於先前技術，該鋁製品100，於鋁基板10上首先形成一層具有多孔結構之氧化鋁膜20，再將二氧化鈦膜30鍍覆於多孔結構上，控制濺鍍時間，可形成具有多孔結構之二氧化鈦膜30，其附著力較強，且由於比表面積增大，光觸媒活性得到提高，從而增加了鋁製品100之實用性與附加價值。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
鋁製品‧‧‧100
鋁基板‧‧‧10
孔‧‧‧21
氧化鋁膜‧‧‧20
二氧化鈦膜‧‧‧30
膜胞單元‧‧‧23
半球形突起‧‧‧26
旋轉裝置‧‧‧40
磁控濺鍍裝置‧‧‧200
濺鍍腔‧‧‧31
電源‧‧‧32
磁鐵‧‧‧34
第一電極工作臺‧‧‧36
第二電極工作臺‧‧‧38
加熱器‧‧‧42
抽氣口‧‧‧51
進氣口‧‧‧52
抽氣控制閥‧‧‧61
進氣控制閥‧‧‧62
鈦靶材‧‧‧44
圖1係本發明實施例提供之鋁製品之結構示意圖。
圖2係本發明實施例提供之表面形成有多孔氧化鋁膜之鋁基板之結構示意圖。
圖3係圖2沿III－III方向之剖面示意圖。
圖4係本發明實施例提供之一種濺鍍裝置示意圖。
鋁製品‧‧‧100
鋁基板‧‧‧10
孔‧‧‧21
氧化鋁膜‧‧‧20
二氧化鈦膜‧‧‧30

Claims (13)

  1. 一種鋁製品，其包括一鋁基板；一形成於該鋁基板表面之具有多孔結構之一層氧化鋁膜；及一形成於該氧化鋁膜上之一層二氧化鈦膜。
  2. 如申請專利範圍第l項所述之鋁製品，其中，該氧化鋁膜由複數緊密排列之六棱柱體膜胞單元堆砌而成，每個膜胞中間有一孔，該孔之底部有半球形突起結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鋁製品，其中，該氧化鋁膜之厚度於幾微米至幾百微米範圍內，該孔之孔徑於1nm至100nm範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鋁製品，其中，該二氧化鈦膜之厚度於100nm至200nm範圍內。
  5. 一種如申請專利範圍第1項所述之鋁製品之製作方法，其包括以下步驟：藉由陽極氧化處理使鋁基板表面形成有一層具有多孔結構之氧化鋁膜；及於該氧化鋁膜上濺鍍一層二氧化鈦膜。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其中，電解液為硫酸溶液，磷酸溶液或草酸溶液，電壓控制於40伏至60伏範圍內，溫度控制於5攝氏度至25攝氏度範圍內，氧化時間控制於10分鐘至50分鐘內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之鋁製品之製作方法，其中，電解液係濃度為0.1摩爾/升至1摩爾/升之草酸溶液。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其 中，可進行多次陽極氧化處理，每一次陽極氧化處理後，用0.5摩爾/升之氫氧化鈉溶液去除表面之雜亂結構，然後用去離子水洗淨，再做下一次陽極處理。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其中，該鋁製品之材料為純鋁或鋁合金。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其中，該二氧化鈦膜於一惰性氣體與氧氣之混合濺鍍氣氛下濺鍍而成。
  11. 如申請專利範圍第l0項所述之鋁製品之製作方法，其中，該惰性氣體為氬氣、氪氣、氙氣或氡氣。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其中，濺鍍過程中控制該鋁製品之溫度範圍為100攝氏度至250攝氏度。
  13. 如申請專利範圍第5項所述之鋁製品之製作方法，其中，濺鍍過程中控制濺鍍裝置內濺鍍壓力為1.33×10－1 帕斯卡至1.33帕斯卡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20080105300A1 (en) * 2006-11-06 2008-05-08 Taiwan Textile Research Institute Solar cell and method for manufacturing photo-electrochemical layer thereof

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2004 年12 月，鄭凱方撰寫，東吳大學碩士論文，「氧化鋁製備奈米材料之研究」 *
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