TWI404826B - Stainless steel golf head supercritical fluid polishing method and stainless steel golf head - Google Patents
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Description
本發明係一種超臨界流體拋光方法，尤其是一種用於處理不銹鋼高爾夫球頭，以使其具有低粗糙度以及高光澤度的不銹鋼高爾夫球頭。
一般的高爾夫球頭表面的材質為不銹鋼，而為了讓不銹鋼保持清潔，通常會讓該不銹鋼高爾夫球頭經過一拋光程序。大致而言，目前常用的拋光程序係包括機械拋光、化學拋光以及電解拋光等。
上述機械拋光方法係藉由一拋光桿或拋光帶直接與一待拋光之工作件進行摩擦，此時要在該拋光桿/帶與工作件間添加拋光液，因此工作環境通常會因拋光而使得粉塵密佈而髒亂，亦較耗費時間及體力，且危害操作人員之健康；拋光後，該工作件表面會有一層硬化層，並且還會夾雜拋光磨料，特別是在處理有圖案的表面及複雜外型的零件時，很難達到粗糙度低且光澤度高之高品質的外觀。
上述化學拋光方法係在一合適的溶液中，且在不使用外接電源的情況下對一工作件進行拋光，因此不須外接電源和導電夾具，可用於拋光形狀較為複雜和各種尺寸不同之零件，具有生產率高之優點，但其缺點即在於所使用的溶液價格高、毒性大、使用壽命短、再生困難，通常會產生有毒氣體，且此類化學拋光方法雖可以提高工作件表面的光滑度，但對金屬表面整平的能力不高。
上述電解拋光方法係在一特定溶液中加入濃度約50~60%之硫酸(H2
SO4
)、重鉻酸鉀(K2
Cr2
O7
)等強酸溶液中進行，此外，還須在一低電壓(12~20V)以及大電流密度(200~400Amp/dm2
)的條件下進行，且其工作溫度係控制在25~100℃，即可藉工作件之表面的突出點比凹入點的溶解速度快而使工作件之表面整平。該電解拋光方法雖然拋光後之工作件表面不會夾雜異物，但常伴隨有氧化層產生，且同樣存在化學溶液耗量高、毒性大、使用壽命短、再生困難等缺點。
因此，既有的機械拋光、化學拋光以及電解拋光等方法皆有其缺點，因此，發展一套能夠避免上述缺點的拋光方法實有其必要性。
本發明人有鑒於既有拋光方法存在有對人身、環境有害、成本高等情形，因此著手進行研究，而發明出此不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法。
本發明之目的係在於提供一種能在乾淨的環境下、避免過度體力勞動、不使用對環境污染和有害人體健康的化學品，且能達到高品質、速度快、生產成本低之拋光方法。
為達上述目的，本發明不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其係包括：
將一待拋光之不銹鋼高爾夫球頭浸入一具有電解液的容槽內，該電解液中之溶質為無毒性且濃度為該電解液之1~3wt%的硫酸銨電解質；
再將該容槽置入一恆溫在75~90℃的電化學反應槽中，再將一界面活性劑通入一二氧化碳超臨界流體中加入該電化學反應槽，該界面活性劑係全氟聚醚碳酸銨(ammonium carboxylate perfluoropolyether,PFPE)；
調整該電化學反應槽內的壓力高於二氧化碳之臨界壓力、溫度高於二氧化碳之臨界溫度，並將一直流電源之正極施加於該待拋光之高爾夫球頭、負極施加於該裝有電解液之容槽，使該電解液在該待拋光之高爾夫球頭之表面形成一電離的氣相層，令該氣相層對該待拋光之高爾夫球頭之表面進行拋光，以獲得一經拋光之不銹鋼高爾夫球頭。
較佳的是，該負極係一環狀不銹鋼片。
其中，該二氧化碳之臨界壓力係約1040psi，而該二氧化碳之臨界溫度為約31℃。
較佳的是，該直流電源之電壓為200~300伏特(V)，且其電流密度介於1~10Amp/dm2
。
其中，該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於0.5~1.5μm之粗糙度及反射率為90%~98%的光澤度；較佳的是，該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於0.5~0.8μm之粗糙度及反射率為95%的光澤度。
其中，該氣相層對該待拋光之高爾夫球頭之表面進行拋光後且在獲得該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭之前，尚包括洩壓至常壓，並降溫至常溫的狀態，以取出該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭。
較佳的是，該電化學反應槽在洩壓至常壓時，該電化學反應槽中的二氧化碳超臨界流體係回收以供再利用。
較佳的是，該電化學反應槽在降溫至常溫後，尚可將電解液過濾、除渣以回收該電解液以供再利用。
本發明尚包括一種不銹鋼高爾夫球頭，其係利用以上所述之方法所製成者。
其中，該不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於1.5μm之粗糙度及反射率為95%的光澤度。
本發明所使用之電解質溶於水後具有銨離子(NH4 +
)以及相對電量的陰離子，該陰離子的移動速率與該銨離子相當，且該陰離子的電離反應不會產生有害毒氣。利用電解液中的水於該超臨界流體中配合界面活性劑形成微乳化劑，界面活性劑屬兩性分子，當分子於非極性超臨界流體中產生凝聚，親水頭部官能基會形成核心部分，疏水尾部與超臨界流體相接觸，當有水存在時，水會進入親水核心部份，形成一種微觀之水溶區，整體系統是形成水溶於超臨界流體之乳化劑，在超臨界流體中之微乳化劑內溶解電解質，故能使該電解液在不銹鋼高爾夫球頭之表面形成一電離的氣相層，且由於該電離的氣相層中係含有高能量的氣體分子，使其在該不銹鋼高爾夫球頭之表面產生氧化以及化學侵蝕之效應，而當氧化速度與侵蝕速度相等時即產生拋光的效果，故能使得該不銹鋼高爾夫球頭之表面呈現平滑、具光澤的外觀。
有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳可行實施例，並配合圖式詳述如下：
請參閱第一圖，其係本發明一較佳實施例，藉以進行上述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法。
本發明提供一種適用於本發明之方法的拋光設備，然而，任何可達成本發明之方法的設備仍皆屬於本發明之範疇。
該拋光設備包含一二氧化碳儲存槽(10)、一預備槽(20)、一容槽(30)、一電化學反應槽(40)、一直流電源供應裝置(50)及一過濾裝置(60)。
該二氧化碳儲存槽(10)係用以儲存二氧化碳超臨界流體之用；
該預備槽(20)係裝有界面活性劑-全氟聚醚碳酸銨(ammonium carboxylate perfluoropolyether,PFPE)，且係以一具有氣閥(22)之管線(21)連通於該二氧化碳儲存槽(10)；
該容槽(30)係裝有電解液(70)以及一浸泡於該電解液(70)中待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)，並設有一攪拌器(31)，且係以一具有幫浦(33)和閥(34)之管線(32)連接至該預備槽(20)，且該容槽(30)尚包括一背壓調整器(35)，以調整該容槽(30)中的壓力，該容槽(30)具有連通至該二氧化碳儲存槽(10)之一迴管線(36)，該迴管線具有閥(37)；
該電化學反應槽(40)係具有一加熱器(41)，以將該電化學反應槽(40)恆溫在75~90℃，且該電化學反應槽(40)內一裝有與該容槽(30)中同樣的電解液(70)，且能藉由一預設循環管路(圖中未示)與前述容槽(30)相通，並在該預設循環管路上裝設有一幫浦，而能循環抽換該電化學反應槽(40)與該容槽(30)中之電解液(70)；
該直流電源供應裝置(50)係包括一正極(51)與負極(52)，該正極(51)係連接至該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)，而該負極(52)係導通至電解液(70)中，且該負極(52)的電極頭係一環狀不銹鋼片(53)；
該過濾裝置(60)係連通於該電化學反應槽(40)，以用於過濾使用後的電解液(70)，以達到除渣的目的，再將過濾後的電解液回收再利用。
利用上述拋光設備進行本發明，其係將該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)浸入該裝有電解液(70)之容槽(30)中，該電解液(70)係為電解液，其內所溶解之溶質係濃度為1~3%的硫酸銨電解質，且硫酸銨電解質溶於水後具有屬於陽離子之銨離子(NH4 +
)以及相對電量的陰離子，上述該陰離子含有硫酸根(SO4 2-
)，且該陰離子的電離反應不會產生毒氣；
藉由該電化學反應槽(40)利用加熱器(41)，使內部的電解液(70)的溫度被設定維持在75~90℃之間；再開啟連接於該預備槽(20)之氣閥(22)以及連接至該容槽(30)之管線(32)的閥(33)，藉由該幫浦(32)的作動，讓二氧化碳超臨界流體自該二氧化碳儲存槽(10)流入該預備槽(20)中，以與界面活性劑混合，之後再一起通入該容槽(30)中，藉由該背壓調整器(35)以及該電化學反應槽(40)之加熱器(41)調整該容槽(30)中的壓力大於1040psi、溫度大於31℃；利電解液中的水於二氧化碳超臨界流體中配合界面活性劑形成微乳化劑，界面活性劑屬兩性分子，當分子於非極性超臨界流體中產生凝聚，親水頭部官能基會形成核心部分，疏水尾部與超臨界流體相接觸，當有水存在時，水會進入親水核心部份，形成一種微觀之水溶區，整體系統是形成水溶於超臨界流體之乳化劑，在超臨界流體中之微乳化劑內溶解電解質；
而該直流電源供應裝置(50)所提供之直流電壓值係介於200~300V之間、電流密度介於1~10Amp/dm2
，並使該直流電源供應裝置(50)之正極(51)施加於該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)、負極(52)之環狀不銹鋼片(53)放置於該容槽(11)的電解液(70)中，使電解液(70)在該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之表面形成一電離的氣相層，在此高於臨界溫度(Tc)與壓力(Pc)的狀況下，反應一段時間，藉由該氣相層中帶高能量氣體分子對該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)表面進行拋光，在洩壓至常壓並降溫至常溫下以取出一經拋光之高爾夫球頭；
而在洩壓的同時，可開啟該容槽(30)之迴管線(36)的閥(37)，讓該容槽(30)內使用後的二氧化碳超臨界流體經由該迴管線(36)回流至該二氧化碳儲存槽(10)中；
再者，該容槽(30)內部的電解液(70)可再使用過一次或重複使用多次後，待該容槽(30)降溫後，將該電解液(70)輸入該過濾裝置(60)中，以沉澱等方法除渣後，再送回該容槽(30)或電化學反應槽(40)內，以回收再利用。
該經拋光之高爾夫球頭的表面可用表面粗糙度計(SURTRONIC S-921)測量其表面粗糙度，並以光澤度計(TascoTMS-724)分析其表面的光澤度，即可得知該經拋光之高爾夫球頭的表面呈現低的粗糙度(＜1.5μm)及高的光澤度(反射率95%)。
由於本實施例所使用的電解液(70)之硫酸銨電解質的濃度為1~3%，且酸鹼值接近中性(pH值約在7~7.5)，此一濃度遠低於既有電解拋光方法所使用濃度為50~60%之硫酸(H2
SO4
)、重鉻酸鉀(K2
Cr2
O7
)或磷酸(H3
PO4
)等腐蝕性酸性溶液，因此本發明所提供之方法不會對環境污染與危害人體健康，且為高電壓(200~300V)、低電流密度(1~10Amp/dm2
)，能達到高品質、拋光速度快、生產成本低等效果。
該電解液(70)藉由上述帶電之陰、陽離子移動，使作用於該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之電流密度介於1~10Amp/dm2
，再藉由帶電之陰、陽離子的移動，該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之表面會出現由該電解液之蒸氣所形成之穩定的電離氣相層，以將該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之表面與該電解液(70)隔開，從而導致該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之表面產生強烈的等離子體化學和電化學反應，而此一等離子體的繞射效果，可使該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭(80)之表面之氣相層呈一陰極氧化層，同時又使該陰極氧化層受到化學侵蝕，在氧化速度與侵蝕速度相當時出現拋光效果，使拋光後之高爾夫球頭之表面的光澤度上升且反射率提高。
當氧化層最薄且足以抵禦侵蝕作用時，其反射率出現最高值。微觀不平處的氧化層最薄，因此侵蝕總是發生在較突出之部位。此外，該待拋光之不銹鋼高爾夫球頭之表面被施加足夠的高電壓後，其表面和氣體層、蒸氣、水溶液之間會產生很高的電場，這種強度也會在微觀不平處得到強化。這些作用的綜合效果，使高爾夫球頭之表面微觀之凸起部位被削平，而達到良好的拋光效果。
藉此氣相層中帶高能量氣體分子對待拋光之不銹鋼高爾夫球頭之表面進行拋光，使超臨界流體將其表面的不平溶出，拋光完成且該電化學反應槽洩壓為常壓，並降溫至常溫後，二氧化碳會變為氣相分離拋光雜質後回收，此時高爾夫球頭之表面已呈現很高的光澤度和光潔度，該高爾夫球頭之表面(Ra值)可達0.8μm，反射率可達95%，並同時達到去除毛邊和各種污垢之效果。
實施例
本實施例之高效能不銹鋼拋光潔淨製程方法，可適用於各種不銹鋼，如附件一所示之肥粒系不銹鋼、如附件二所示之析出硬化型不銹鋼、如附件三所示之奧斯田系不銹鋼。而附件四係非利用本發明之操作條件的拋光技術所獲得的高爾夫球頭。
以下表一顯示上述各高爾夫球頭的製作條件以及所能達到的表面粗糙度以及反射率。
由表一可知，附件四所用的電化學反應槽溫度以及直流電源之電壓並非在本發明所提供的範圍內，因此得到的結果並不理想，故能證明利用本發明所提供之方法確實能達到降低不銹鋼高爾夫球頭的表面粗糙度，並增加其反射率，而且本發明能適用於各種不銹鋼材質，所以應用範圍廣泛，極具產業利用性。
惟以上所述僅為本發明一較佳可行實施例，舉凡於所屬技術領域中具有通常知識者，其依本發明精神範疇所作之修飾或變更，均包含在本案之申請專利範圍內。
綜觀上述，本發明之方法確能提供無須讓操作人員處於髒亂且會危害健康的環境，且並非勞力密集之程序，亦無使用對環境污染和有害人體健康的化學品，且能達到高品質、拋光速度快、生產成本低等功效，因此的確具有產業上甚佳之利用價值。
10．．．二氧化碳儲存槽
20．．．預備槽
21．．．管線
22．．．氣閥
30．．．容槽
31．．．攪拌器
32．．．管線
33．．．幫浦
(34)．．．閥
(35)．．．背壓調整器
(36)．．．迴管線
(37)．．．閥
(40)．．．電化學反應槽
(41)．．．加熱器
(50)．．．直流電源供應裝置
(51)．．．正極
(52)．．．負極
(53)．．．環狀不銹鋼片
(60)．．．過濾裝置
(70)．．．電解液
(80)．．．待拋光之不銹鋼高爾夫球頭
第一圖係本發明之拋光設備之較佳實施例的管線示意圖。
附件一係肥粒系不銹鋼在拋光前與拋光後之照片。
附件二係析出硬化型不銹鋼在拋光前與拋光後之照片。
附件三係奧斯田系不銹鋼在拋光前與拋光後之照片。
附件四係利用非利用本發明之操作條件的拋光技術所獲得的高爾夫球頭於拋光前與拋光後之照片。
(10)．．．二氧化碳儲存槽
(20)．．．預備槽
(21)．．．管線
(22)．．．氣閥
(30)．．．容槽
(31)．．．攪拌器
(32)．．．管線
(33)．．．幫浦
(34)．．．閥
(35)．．．背壓調整器
(36)．．．迴管線
(37)．．．閥
(40)．．．電化學反應槽
(41)．．．加熱器
(50)．．．直流電源供應裝置
(51)．．．正極
(52)．．．負極
(53)．．．環狀不銹鋼片
(60)．．．過濾裝置
(70)．．．電解液
(80)．．．待拋光之不銹鋼高爾夫球頭
Claims (8)
- 一種不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其係包括：將一待拋光之不銹鋼高爾夫球頭浸入一具有電解液的容槽內，該電解液中之溶質為無毒性且濃度為該電解液之1~3 wt%的硫酸銨電解質；再將該容槽置入一恆溫在75~90℃的電化學反應槽中，再將一界面活性劑通入一二氧化碳超臨界流體中加入該電化學反應槽，該界面活性劑係全氟聚醚碳酸銨；以及調整該電化學反應槽內的壓力高於二氧化碳之臨界壓力、溫度高於二氧化碳之臨界溫度，並將一直流電源之正極施加於該待拋光之高爾夫球頭、負極施加於該裝有電解液之容槽，使該電解液在該待拋光之高爾夫球頭之表面形成一電離的氣相層，令該氣相層對該待拋光之高爾夫球頭之表面進行拋光，以獲得一經拋光之不銹鋼高爾夫球頭；其中，該直流電源之電壓為200~300伏特(V)，且其電流密度介於1~10Amp/dm2 ，藉以令該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於0.5~1.5μm之粗糙度及反射率為90%~98%的光澤度。
- 如申請專利範圍第1項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其中該負極係一環狀不銹鋼片。
- 如申請專利範圍第1項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其中該二氧化碳之臨界壓力係約1040 psi，而該二氧化碳之臨界溫度為約31℃。
- 如申請專利範圍第2項所述不銹鋼高爾夫球頭之超 臨界流體拋光方法，其中該二氧化碳之臨界壓力係約1040 psi，而該二氧化碳之臨界溫度為約31℃。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其中該氣相層對該待拋光之高爾夫球頭之表面進行拋光後且在獲得該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭之前，尚包括洩壓至常壓，並降溫至常溫的狀態，以取出該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭。
- 如申請專利範圍第5項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其中該電化學反應槽在洩壓至常壓時，該電化學反應槽中的二氧化碳超臨界流體係回收以供再利用。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法，其中該經拋光之不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於0.5~0.8μm之粗糙度及反射率為95%的光澤度。
- 一種不銹鋼高爾夫球頭，其係利用如申請專利範圍第1至7項中任一項所述不銹鋼高爾夫球頭之超臨界流體拋光方法所製成者，其中該不銹鋼高爾夫球頭的表面具有小於0.5~1.5μm之粗糙度及反射率為90%~98%的光澤度。
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| TW98106267A TWI404826B (zh) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Stainless steel golf head supercritical fluid polishing method and stainless steel golf head |
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2009
- 2009-02-27 TW TW98106267A patent/TWI404826B/zh not_active IP Right Cessation
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