TWI452176B - 雙色陽極鈦膜形成方法及其製品 - Google Patents
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Description
本發明乃是關於一種雙色陽極鈦膜形成方法及其製品，特別是指一種於基材的表面形成氧化鈦膜，使基材具兩種以上金屬光澤的顏色，以及利用該方法製成的製品。
現今攜帶式電子產品非常普及，例如手機、個人數位助理、電腦等。消費者愈來愈注重其外觀，因此各種電子產品的殼體通常具有光亮的表面，特別是金屬表面，通常加以多種手續，使其具有吸引人的平滑表面及光澤。
為著在殼體的表面上色，目前已知的技術有利用陽極氧化在金屬表面形成氧化鈦薄層而產生顏色的方法。此種方式僅限於單一顏色，無法產生漸層色的變化。經陽極處理產生的氧化鈦薄層因厚度不同而產生不同顏色，厚度決定於電壓等因素，若要形成不同厚度的氧化鈦薄層於同一殼體上以產生不同顏色，實際操作上非常困難。
再者為了形成另一種顏色，有的以貼附一層塑膠膜於金屬殼體上，貼膜則會蓋住金屬殼體，無法提供真實的金屬色澤及觸感。
因此如何在殼體的表面產生兩種以上金屬光澤的顏色且具金屬觸感是業界盼望想要解決的課題。
本發明所要解決的技術問題，在於提供一種雙色陽極鈦膜形成方法及其製品，主要解決基材上形成兩種以上金屬光澤的顏色，特別是利用陽極處理方法，維持金屬的光澤及觸感。
為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種雙色陽極鈦膜形成方法，包括下列的步驟：提供一基材；清洗該基材；沉積一鈦膜於該基材上；形成一遮罩於該基材上；將具有該鈦膜的該基材作為陽極，浸入電解液；通入第一直流電壓以氧化該鈦膜的表面，並產生第一氧化鈦薄層於該基材上；移除該遮罩；將該基材作為陽極，浸入電解液；通入比第一直流電壓低的第二直流電壓以氧化該鈦膜的表面，並產生第二氧化鈦薄層於該基材上；清洗該基材。
根據本發明之上述方法，本發明還提供一種具有雙色陽極鈦膜的製品，係利用上述方法製成，其包括一基材；及一形成於該基材表面的鈦膜；其中該鈦膜的表面具有一局部地氧化於其表面的第一氧化鈦薄層、及一全面地氧化於其表面的第二氧化鈦薄層，其中該第一氧化鈦薄層顯出第一顏色，該第二氧化鈦薄層於未形成該第一氧化鈦薄層的區域顯出第二顏色。
本發明至少具有以下有益效果：
本發明藉由先以較高電壓陽極氧化形成的具第一顏色的第一氧化鈦薄層，再以較低電壓陽極氧化形成的具第二顏色的第二氧化鈦薄層，可容易於金屬殼體上形成其自發顏色，富有金屬光澤。過程不會有如噴砂的粉塵污染及表面破壞，也不需另外貼膜。本發明的製造時間短，適合大量生產，例如一次氧化的時間約一分鐘即可完成，同時在殼體的表面形成特定的顏色。該顏色可藉由控制陽極氧化的時間、溶液、電壓而準確的重覆，具有良好的可重覆性。
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。
請參考圖1，為本發明之雙色陽極鈦膜形成方法示意圖。本發明之雙色陽極鈦膜形成方法可分成預備流程A、第一次陽極氧化流程B1、移除遮罩流程A2、及第二次陽極氧化流程B2。以下分別說明各流程。
請參考圖1及圖2，圖2顯示本發明的預備流程A步驟示意圖。在步驟A11，提供一基材102，基材102主要為金屬材質，可以是一金屬殼體，例如鋁、鋁合金、不銹鋼或鎂合金的殼體，甚至也可以是非金屬殼體。
接著步驟A12，關於金屬殼體的部份，視情況有的需要清洗該基材102使之適合陽極處理。清洗的過程粗略的說，包括脫脂、酸洗、水洗及烘乾。先是脫脂以清除基材102表面的油份，清除表面油份可以利用清洗液浸泡去除；酸洗，其目的在去除金屬的表面的銹斑或氧化層，對不同的金屬則用不同酸洗液。例如一般鋼鐵常用的酸洗液可以是鹽酸或硫酸，需要時添加緩蝕劑以減少腐蝕；不銹鋼使用硝酸與氫氟酸等的混合酸；鋁及其合金使用稀薄的硝酸。水洗，其目的是為了把酸洗過程中的殘留物從基材表面上清洗乾淨。然後烘乾基材。
步驟A13，沉積一鈦膜104於基材102上；沉積的方
式可以是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)，例如真空濺鍍、或蒸鍍，以形成一純鈦金屬的薄膜於基材上，上述鈦膜的厚度可以為0.5微米至1.5微米。本發明藉由此方式可應用於各種不同的金屬材質的基材、甚至非金屬材質的基材。
步驟A14，形成一遮罩106於基材102上。遮罩106是在第一次陽極氧化流程B1中要保留給第二次陽極氧化的區域。本發明至此完成預備流程A以進入第一次上色的流程，利用陽極氧化產生第一顏色。
上述遮罩106可以是膠帶，較佳可以是可剝膠，可用以代替膠帶，其特點在於成本低廉，操作簡單，無殘留痕跡。一種較佳的方式是，遮罩106以可剝膠(Peelable Mask)經由網版印刷的方式形成於基材102上，並且可印刷成一圖形(pattern)。可剝膠常應用於印刷電路板要保護的部份，是一種呈液狀的保護性油墨。網版印刷可剝膠後，可進行烘乾的步驟，以使可剝膠形成膜狀。
請參閱圖1及圖3，圖3為本發明第一次陽極氧化流程B1的步驟示意圖。第一次陽極氧化流程B1首先包括步驟B11，陽極處理該基材；將具有鈦膜104的基材102浸入電解液(electrolyte)作為陽極。本發明中，電解液必須是酸性電解液，例如硫酸、磷酸鈉、鉻酸、…等。以硫酸溶液舉例來說，其濃度可以為0.1vol%至10vol%。上述僅為舉例說明，每一種電解液的主要化學成份不同，經其處理後的皮膜組織不同，性質也因之有所差異。其中硫酸液製程所得皮膜抗蝕性良好，而且抗磨耗性佳。
接續步驟B12，通入較高伏特的第一直流電壓以氧化該鈦膜102的表面。本發明中較高伏特的第一直流電壓，意指相對於第二陽極氧化流程B2之第二直流電壓是較高的。第一直流電壓較佳是超過30伏特以上的直流電壓以氧化該鈦膜的表面，過程中可以為定電流。等過一段時間，約一分鐘，就如步驟B13所示，產生第一氧化鈦薄層104’於基材102上。或者在電壓夠高的情形下，可以使第一氧化鈦薄層104’的厚度超過300奈米，以增加其表面硬度，有利於應用需耐磨耗的場合，例如電子產品的殼體。本發明至此藉由第一氧化鈦薄層104’形成第一顏色於基材102上。上述形成的氧化鈦薄層的皮膜是透明、絕緣膜層，顏色的呈現是由於可見光入射於不同的氧化鈦膜層後，反射出來的顏色。亦即膜層的上表面的一次反射光波與膜層的下表面的二次反射光波相交，進而形成光的干涉色。不同厚度的氧化膜將得到不同顏色的干涉光。完成後，本發明不需要封孔處理。
然後由電解液中取出基材102，必要時進行水洗及烘乾的步驟。烘乾的步驟有助於移除可剝膠。接著，進行移除遮罩流程A2以除去遮罩106而露出未氧化的部位，好進行第二次陽極氧化流程B2而形成第二顏色。
請參閱圖1及圖4，圖4是本發明中第二次陽極氧化流程B2的步驟示意圖。步驟B21，陽極處理基材102，亦即將已形成第一顏色的基材102再浸於電解液中。此處可浸入第一次陽極氧化時的電解液中，不用更換電解液。步驟B22，通入較低的第二直流電壓以電解氧化該鈦膜的表面；
此步驟中較低的第二直流電壓指的是較第一直流電壓低，例如第一直流電壓可以是35伏特，第二直流電壓為15伏特，其相差建議至少2伏特至5伏特。等過一段時間，約一分鐘，如步驟B23，產生第二氧化鈦薄層104”於基材102上。本發明發現以較低的第二直流電壓所形成的第二氧化鈦薄層104”，對先形成的第一氧化鈦薄層104’在視覺上幾乎沒有影響。亦即第一氧化鈦薄層104’形成的第一顏色不被後來形成第二氧化鈦薄層104”的第二顏色影響。
陽極氧化過程中，當電解液的成分、濃度在一定的範圍內變化時，只會改變氧化膜孔徑，對穩定後的膜層厚度影響極小，顏色基本不變。影響膜厚的最主要因素是電流密度，實際應用通常透過調節電壓來控制。隨著電壓上升，穩定後的膜厚度呈線性增加，由於對光的干涉作用差異，表面呈現出不同的色彩。
本發明發現，先以低電壓處理後的表面，接著再以高電壓繼續時，膜層將產生不穩定的情況，顏色還會繼續變化。若先以高電壓陽極處理基材的表面，接著再以低電壓進行第二次陽極處理，高電壓處理後的膜層仍能保持穩定而顏色變化極微小。
舉實驗例子說明，以第一直流電壓為35伏特，第二直流電壓為15伏特，硫酸電解液，經量測CIE色座標之Lab值：
第一顏色Lab值分別為72.25,-9.72,-7.03
第一顏色Lab值分別為72.01,-9.43,-4.34
第二顏色Lab值分別為26.23,26.75,12.98
上述實驗證明，經第二次陽極氧化後，第一顏色受影響不大。然而，若第一次陽極氧化為15伏特，第二次為35伏特，經實驗發現，第一顏色受第二次陽極氧化的影響非常明顯，顏色變很多。
最後，清洗基材102。此清洗步驟可以包括水洗及烘乾，烘乾溫度可以是約攝氏120度至150度。
本發明藉由上述的形成方法，可以製成具雙色陽極鈦膜的製品，進一步還可以利用可剝膠網版印刷的方式，容易形成各種圖形，例如文字或圖案。如圖5所示的，可以為電子產品的殼體100，在基材102上以第一氧化鈦薄層104’的第一顏色作為底色，可剝膠遮成ABC字母的圖案，以第二氧化鈦薄層104”的第二顏色僅顯出於ABC的位置，並不影響第一顏色。
是以，透過本發明雙色陽極鈦膜形成方法及其製品，具有至少下述之特點及功能。以沉積方式形成鈦膜，例如以真空濺鍍的方式且應用於電子產品的殼體，一次可同時進行上千個殼體，鈦膜比純鈦材的成本低。藉由先以較高電壓陽極氧化形成的具第一顏色的第一氧化鈦薄層，再以較低電壓陽極氧化形成的具第二顏色的第二氧化鈦薄層，可容易於金屬殼體上形成其自發顏色，富有金屬光澤。本發明以二次不同的電壓進行陽極氧化，以較低電壓形成的第二氧化鈦薄層並不會影響先前形成的第一氧化鈦薄層的顏色。
本發明的製造時間短，適合大量生產，同時在殼體的表面形成特別的顏色。該顏色可藉由控制陽極氧化的時
間、溶液、電壓而準確的重覆，因此具有良好的可重覆性。產品的良率可大為提高。
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。
A‧‧‧預備流程
B1‧‧‧第一次陽極氧化
A2‧‧‧移除遮罩
B2‧‧‧第二次陽極氧化
100‧‧‧殼體
102‧‧‧基材
104‧‧‧鈦膜
104’‧‧‧第一氧化鈦薄層
104”‧‧‧第二氧化鈦薄層
106‧‧‧遮罩
圖1為本發明之雙色陽極鈦膜形成方法示意圖。
圖2為本發明的預備流程A步驟示意圖。
圖3為本發明第一次陽極氧化流程B1的步驟示意圖。
圖4為本發明中第二次陽極氧化流程B2的步驟示意圖。
圖5為本發明應用於電子產品的殼體的立體圖。
A．．．預備流程
B1．．．第一次陽極氧化
A2．．．移除遮罩
B2．．．第二次陽極氧化
102．．．基材
104．．．鈦膜
104’．．．第一氧化鈦薄層
104”．．．第二氧化鈦薄層
106．．．遮罩
Claims (11)
- 一種雙色陽極鈦膜形成方法，包括下列的步驟：提供一基材；清洗該基材；沉積一鈦膜於該基材上；形成一遮罩於該基材上；將具有該鈦膜的該基材作為陽極，浸入電解液；通入第一直流電壓以氧化該鈦膜的表面，並產生第一氧化鈦薄層於該基材上；移除該遮罩；將該基材作為陽極，浸入電解液；通入比第一直流電壓低的第二直流電壓以氧化該鈦膜的表面，並產生第二氧化鈦薄層於該基材上；以及清洗該基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中該基材為一金屬殼體。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中該鈦膜的厚度為0.5微米至1.5微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中清洗該基材的步驟包括下列步驟：脫脂、酸洗、水洗，然後烘乾。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中該第一直流電壓為30伏特以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中該第一直流電壓與第二直流電壓相差2伏特以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙色陽極鈦膜形成方法，其中該遮罩是可剝膠經由網版印刷的方式形成於該基材上。
- 一種具雙色陽極鈦膜的製品，係利用如申請專利範圍第1項的方法製成，其包括：一基材；及一形成於該基材表面的鈦膜；其中該鈦膜的表面具有一局部地氧化於其表面的第一氧化鈦薄層、及一全面地氧化於其表面的第二氧化鈦薄層，其中該第一氧化鈦薄層顯出第一顏色，該第二氧化鈦薄層於未形成該第一氧化鈦薄層的區域顯出第二顏色。
- 如申請專利範圍第8項所述之具雙色陽極鈦膜的製品，其中該基材為一金屬殼體。
- 如申請專利範圍第8項所述之具雙色陽極鈦膜的製品，其中該鈦膜的厚度為0.5微米至1.5微米。
- 如申請專利範圍第8項所述之具雙色陽極鈦膜的製品，其中該第一氧化鈦薄層的厚度超過300奈米。
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