TWI441949B - 鋁合金表面干涉膜的形成方法及其結構 - Google Patents

Description

鋁合金表面干涉膜的形成方法及其結構

本發明乃是關於一種鋁合金表面干涉膜的形成方法及其結構，特別是指一種以陽極處理為基礎利用電解在鋁合金表面形成干涉膜結構的方法以及其結構。

金屬殼體上形成牢固的裝飾顏色，已被廣泛的研究與應用，其中陽極處理是常見的方法。然而陽極處理通常只能在金屬殼體上形成一種顏色，逐漸無法滿足新穎求變的外觀要求。

再者，目前有的作法是利用電流交替方式進行鋁基底金屬基材的電解著色，直接添加鎳鹽於第二次陽極電解液內產生顏色，此種經著色之鋁的陽極氧化膜無法產生干涉膜的多角度不同顏色。

因應市場及消費者之需求，如何能在鋁合金表面產生光線干涉的現象，以使鋁合金表面於不同角度顯出不同顏色，且能穩定地量產，是業界極待解決的課題。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種鋁合金表面干涉膜的形成方法及其結構，能在鋁合金表面產生光線干涉的現象，以使鋁合金表面於不同角度顯出不同顏色。

為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種鋁合金表面干涉膜的形成方法，其包括至少下列步驟：提供一鋁合金工件；前處理該鋁合金工件以清潔其表面；陽極處理該鋁合金工件一預定的時間，直到該表面形成一具有多個管胞狀微孔的氧化膜；以酸性溶液擴孔處理該鋁合金工件的該氧化膜，擴大該些管胞狀微孔的孔徑；通電擴孔處理以擴大該些管胞狀微孔的底部並形成一沉積區；沉積特定金屬於該些管胞狀微孔的該沉積區內形成干涉結構；以封孔劑封孔處理該些管胞狀微孔；以及除灰。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種鋁合金表面的干涉膜結構，位於該鋁合金工件的氧化膜上，該氧化膜包括多個管胞狀微孔，該干涉膜結構包括多個位於該些管胞狀微孔底部的沉積區，其中該些沉積區的孔徑大於該些管胞狀微孔的孔徑；多個由金屬離子構成的反射部，部份地沉積於該些沉積區內；及一封孔層覆蓋於該些氧化膜上。

本發明具有以下有益效果：本發明可在鋁合金表面形成干涉現象，亦即鋁合金表面在某些角度時呈現不同的金屬色澤，增加鋁合金表面的可觀賞性。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1，為本發明之鋁合金表面干涉膜的形成方法的流程圖。本發明之鋁合金表面干涉膜的形成方法包括至少下列的主流程，之後將詳細描述各流程的相關細節。

首先，提供一鋁合金工件，該鋁合金工件可以是任何裝置的殼體或桿體，例如電子產品的外殼體、腳踏車的車體、或小型裝飾金屬件…等。

接著為步驟20，前處理該鋁合金工件以清潔其表面；簡稱為『前處理』流程，其包括至少五道的子流程。

步驟30，陽極處理該鋁合金工件一預定的時間，直到該表面形成一具有多個管胞狀微孔的氧化膜；簡稱為『陽極處理』流程；

步驟40，以酸性溶液擴孔處理該鋁合金工件的該氧化膜，擴大該些管胞狀微孔的孔徑；簡稱為『擴孔』流程，此流程不需通電；

步驟50，通電擴孔處理以擴大該些管胞狀微孔的底部並形成一沉積區；簡稱為『通電擴孔』流程；

步驟60，沉積特定金屬於該些管胞狀微孔的該沉積區內形成干涉結構；簡稱為『陰極沉積』流程；

步驟70，以封孔劑封孔處理該些管胞狀微孔；簡稱為『封孔』流程；以及步驟80，除灰的流程。

上述步驟20前處理程序可以是包括步驟21脫酯(degreasing)、步驟22鹼洗(Alkaline etching)、步驟23第一次酸洗(first pickling)、步驟24化學拋光(chemical polishing)、及步驟25第二次酸洗(second pickling)等的子流程，其中子流程的處理次數視鋁合金工件的品質要求而決定。每一子流程之後包括至少一道水洗流程，水洗流程可以是一至五道，較佳是二道即可，以除去前一道子流程殘留的化學劑或雜質。每一子流程的參數範圍，請參照下表。

實際上視鋁合金本身的情形以及應用的場合，上述的各子流程可以調整。本發明以電子產品的殼體為例，經發明人多面測試與評估，建議前處理各道子流程的較佳參數如下表。

等到清潔鋁合金工件完成後，該鋁合金工件即適合進行下一道流程，亦即陽極處理。陽極處理乃是將鋁合金工件置於電解槽中並連接於陽極，陰極則連接碳板或是鉛板，然後施加一定電壓與電流。陽極處理目的在於利用鋁或鋁合金易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質。其化學反應機制屬於習知技術，容不贅述。

請參考圖2，為本發明之鋁合金工件經過陽極處理後形成的氧化膜剖視顯微放大圖。陽極處理後，鋁合金工件1的表面形成具有多個管胞狀微孔10的氧化膜。其中管胞狀微孔10的孔徑D1平均約為17 nm(奈米,nanometer)，然而該尺寸僅供了解參考，實際的孔徑大小不一，並因各種參數而可能變化。本發明之陽極處理參數範圍如下面表2。

本發明經測試後的較佳參數範圍：浸泡於濃度為20%至25%的硫酸溶液，溫度為攝氏15至25度，電流密度0.6安培(A)/每平方公尺(dm² )，處理時間為至少30分鐘。水洗的溫度較佳為約25度，次數二道。

經過陽極處理後，接著為擴孔處理，目的在於加大管胞狀微孔10的孔徑並使之更規則，以利後續的沉積步驟。本發明之擴孔處理的參數範圍如下面表3所示的。

本發明經測試，擴孔處理的較佳參數為，將該鋁合金工件浸泡於濃度為85%的磷酸溶液，溫度攝氏20至25度，時間為七分鐘。水洗的溫度較佳為約25度，次數二道。本發明之擴孔處理後的剖視顯微放大圖，如圖3所示。其中管胞狀微孔10a的孔徑D2平均約為28 nm(奈米,nanometer)，然而該尺寸僅供了解參考，實際的孔徑大小不一，並因各種參數而可能變化。

經過步驟40的擴孔處理後，接著進行步驟50的通電擴孔。通電擴孔時，鋁合金接於陽極，碳板或是鉛板接於陰極，電源可以是直流電、或脈衝電源、或交流電。請參閱圖4，通電擴孔的目的在於進一步藉由電解以擴大該些管胞狀微孔10b的底部，以各形成一沉積區14。圖示的沉積區14的形狀僅為示意圖，主要的作用是由每一管胞狀微孔10b的底部向兩側或略為向下擴展。本發明之通電擴孔的參數範圍，如下面表4所示的。

本發明步驟50的通電擴孔處理之較佳參數為溶液為濃度150 g/L的磷酸，溫度20至25度，通入10伏特的直流電，時間為5分鐘；水洗程序溫度約25度，次數二道。經測試後，如圖4所示的，沉積區14的寬度D3比管胞狀微孔上半段12為大，約為35奈米(nm)，高度D4約為0.5至1奈米。輔助說明的是，其中此圖沉積區14的高度為較誇大的表示法，以供容易了解。

經過步驟50的通電擴孔後，接著為步驟60陰極沉積，主要是將該鋁合金工件連接於陰極，陽極連接碳板或鉛版，溶液包括酸性溶液及金屬鹽類，電源可以是直流電、或脈衝電源、或交流電。目的為利用金屬離子還原沉積於孔洞內的原理將析出的金屬沉積於上述沉積區14內。

本發明之陰極沉積的參數範圍，如下面表5所示的。

請參閱圖5，為本發明之管胞狀微孔底部沉積金屬後的剖視顯微放大圖。本發明以酸性電解液添加金屬鹽類，將金屬沉積於孔洞內。陰極沉積的結果使金屬沉積於上述沉積區14內而形成一反射部16，以反射折射後的光線。

步驟60陰極沉積的較佳參數為，浸泡於濃度20%的硫酸及濃度5克/每公升之胺基磺酸鎳[Ni(SO₃ NH₂ )₂ ‧4H₂ O]溶液，溫度攝氏20至25度，通入10伏特的直流電，時間為5分鐘。之後，水洗仍於溫度約25度，次數二道。本發明使用胺基磺酸鎳的優點在於，具有沉積速度快，鎳金屬層內應力低，溶液分散能力好等特點。此外，鎳金屬層還具有晶粒細緻，孔隙率低的優點。

特別說明的是，本發明藉由控制溶液的濃度，特別是胺基磺酸鎳的濃度，以及通電的時間，使沉積的高度不超過沉積區14，其中該沉積區14的高度D4為0.5nm至1nm，該反射部的高度約低於該沉積區高度的一半。若反射部的高度過高，則無法合適形成干涉現象。

為加強氧化膜的結構抗污性，本發明進行步驟70的封孔(Sealing)流程，一般陽極處後的封孔的操作方式為使用醋酸鎳形式封孔。本發明的封孔流程可行的參數範圍如下面表6所示。

上述封孔建議較佳的參數為，將該鋁合金工件浸泡於濃度為7 g/L的封孔劑，溫度為攝氏90±5度，時間30分鐘。

最後，本發明為除灰的流程，以清除鋁合金工件表面附著灰狀物，通常是以酸性溶液清洗，再水洗。本發明之除灰流程參數範圍如下面表7所示。

本發明為適合於電子產品的殼體特性，其中除灰流程較佳是以濃度20 ml/L的硝酸，溫度約25度處理。之後仍是以溫度約25度的水洗至少二道。

請參考圖6，經過本發明之鋁合金表面干涉膜的形成方法，本發明提供一種鋁合金表面的干涉膜結構1，該干涉膜結構1位於該鋁合金工件的氧化膜上，該氧化膜包括多個經過擴孔的管胞狀微孔10a，該干涉膜結構包括多個位於該些管胞狀微孔10a底部的沉積區14，其中該些沉積區14的孔徑大於該些管胞狀微孔10a的孔徑，多個由金屬離子構成的反射部16部份地沉積於該些沉積區14內；以及一封孔層18覆蓋於該些氧化膜上。

透過本發明之鋁合金表面的干涉膜結構，具有如下述之特點。光線R入射於鋁合金孔洞內，光線折射進入鋁陽極孔洞18內之後被反射部16所反射，反射為光線R1，另一光線R’入射於鋁合金孔洞內形成光線R2。由於光線R2與R1反射波長差異，因此形成干涉現象，亦即鋁合金表面在某些角度時呈現不同的金屬色澤，增加鋁合金表面的可觀賞性。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

1‧‧‧干涉膜結構

10、10a、10b‧‧‧管胞狀微孔

12‧‧‧管胞狀微孔上半段

14‧‧‧沉積區

16‧‧‧反射部

18‧‧‧封孔層

R、R’、R1、R2‧‧‧光線

D1、D2‧‧‧孔徑

D3‧‧‧寬度

D4‧‧‧高度

圖1為本發明之鋁合金表面干涉膜的形成方法的流程圖。

圖2為本發明之鋁合金工件經過陽極處理後形成的氧化膜剖視顯微放大圖。

圖3為本發明之鋁合金工件經過擴孔處理後的剖視顯微放大圖。

圖4為本發明之鋁合金工件經過通電擴孔後的剖視顯微放大圖。

圖5為本發明之管胞狀微孔底部沉積金屬後的剖視顯微放大圖。

圖6為本發明之鋁合金表面干涉膜結構及光線干涉的示意圖。

1．．．干涉膜結構

10b．．．管胞狀微孔

12．．．管胞狀微孔上半段

14．．．沉積區

16．．．反射部

18．．．封孔層

R、R’、R1、R2．．．光線

Claims (10)

1. 一種鋁合金表面干涉膜的形成方法，包括：提供一鋁合金工件；前處理該鋁合金工件以清潔其表面；陽極處理該鋁合金工件，使該鋁合金工件表面形成一具有多個管胞狀微孔的氧化膜；以酸性溶液擴孔處理該鋁合金工件的該氧化膜，擴大該些管胞狀微孔的孔徑；通電擴孔處理以擴大該些管胞狀微孔的底部並形成一沉積區；沉積鎳金屬於該些管胞狀微孔的該沉積區內形成干涉結構；以封孔劑封孔處理該些管胞狀微孔；以及除灰。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中該前處理包括脫酯、鹼洗、第一次酸洗、化學拋光、及第二次酸洗等程序。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中該陽極處理包括浸泡於濃度為20% wt至25% wt的硫酸溶液，溫度為攝氏15至25度，電流密度1.4安培/每平方公尺，處理時間為至少30分鐘。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中上述以酸性溶液擴孔處理該氧化膜包括將該鋁合金工件浸泡於濃度為85% wt的磷酸溶液，溫度攝氏20至25度，時間為7分鐘。
5. 如申請專利範圍第1或4項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中上述通電擴孔處理包括將該鋁合金工件連接於陽極，並浸泡於濃度為150g/L的磷酸溶液，溫度攝氏20至25度，通入10伏特的直流電，時間為5分鐘。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中上述沉積特定金屬包括將該鋁合金工件連接於陰極，並浸泡於濃度20% wt的硫酸及5克/每公升之胺基磺酸鎳溶液，溫度攝氏20至25度，通入10伏特的直流電，時間為5分鐘。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中上述封孔包括將該鋁合金工件浸泡於濃度為7g/L的封孔劑，溫度為攝氏90±5度，時間30分鐘。
8. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面干涉膜的形成方法，其中該除灰包括以濃度20ml/L的硝酸處理。
9. 一種鋁合金表面的干涉膜結構，位於該鋁合金工件的氧化膜上，該氧化膜包括多個管胞狀微孔，該干涉膜結構包括：多個位於該些管胞狀微孔底部的沉積區，其中該些沉積區的孔徑大於該些管胞狀微孔的孔徑；多個由鎳離子構成的反射部，部份地沉積於該些沉積區內；及一封孔層覆蓋於該些氧化膜上。
10. 如申請專利範圍第9項所述的鋁合金表面的干涉 膜結構，其中該沉積區的高度為0.5nm至1nm，該反射部的高度低於該沉積區的高度。