TWI530564B - Surface treatment of metal devices - Google Patents

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Sheng-Lun Yan
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金屬器件表面處理方法 【0001】
　　本發明係關於一種金屬器件表面處理方法，尤指一種藉由熱處理程序、冷卻程序或浸泡程序及清洗等步驟，使浸泡於無機鹽水溶液之金屬器件表面能產生堅固及平滑之效果，且具有避免習知金屬器件表面處理製程所產生之工序不連貫與環境嚴重汙染之諸多缺點，而適用於各種金屬器件表面處理或類似之結構者。
 【0002】
　　由於金屬器件置於空氣中一段時間後，容易因為空氣中帶有水氣而使金屬器件表面產生氧化現象，讓金屬器件表面長出鏽斑狀的污垢，容易使金屬器件表面漸漸被腐蝕而降低金屬器件表面之美觀與使用壽命。
【0003】
　　目前習知的金屬器件為了防止氧化或生鏽之現象都會在金屬器件製作之過程中經過多道工序分別處理後，再送至電鍍工廠進行電鍍作業，使金屬器件表面能產生一層保護層；而電鍍之前置作業多以強酸強鹼對金屬器件表面予以沖洗，電鍍後含重金屬之電解液亦是現代環保所關注之重點。
【0004】
　　然，近年來的環保意識抬頭，金屬表面工廠所排出的廢水中帶有強酸與強鹼，而為了節省污水處理費用，甚至會偷偷利用半夜將含有重金屬電解液廢水排入河川，因該廢水未進行適當之處理，所以非法排放出之工業廢水容易腐蝕土壤或污染河川進而破壞生態環境。
【0005】
　　因此，本發明人有鑑於上述缺失，期能提出一種兼具有環保功能與製程一貫作業的金屬器件表面處理方法，令金屬器件表面處理之業者可輕易操作控制及實施，乃潛心研思、設計諸項金屬器件表面處理之程序，以提升業界在金屬器件表面處理之技術，此為本發明所欲研創之動機者。
 【0006】
　　本發明之主要目的在提供一種金屬器件表面處理方法，該金屬器件依實際需要可分為需進行熱處理程序或無需進行熱處理程序者，當金屬器件需要進行熱處理程序時，該處理方法包含之步驟係依序有：金屬器件第一熱處理程序、金屬器件第一冷卻程序、金屬器件第二熱處理程序、金屬器件第二冷卻程序、金屬器件乾燥程序、金屬器件浸泡程序及金屬器件進行清洗等步驟，讓金屬器件表面上能產生堅固及平滑之效果，且具有防止金屬器件表面所產生因氧化或生鏽之污垢等缺點，而經由本發明之處理方法所產生之清洗水溶液經酸鹼中和後僅具有中性水之效果而排出，而大幅降低對環境影響及污染，進而增加本發明之整體之功能性與實用性者。
【0007】
　　本發明之另一目的係在提供一種金屬器件表面處理方法，當金屬器件無需進行熱處理程序時，該處理方法包含之步驟係依序有：金屬器件浸泡程序及金屬器件進行清洗等步驟，且透過金屬器件表面進行浸泡程序中的無機鹽水溶液，使金屬器件表面上能產生堅固及平滑之效果，且具有防止金屬器件表面所產生因氧化或生鏽之污垢等缺點，而經由本發明之處理方法所產生之清洗水溶液經酸鹼中和後僅具有中性水之效果而排出，而大幅降低對環境影響及污染，進而增加本發明之整體之功能性與實用性者。
【0008】
　　本發明之又一目的係在提供一種金屬器件表面處理方法，不論金屬器件是否需要進行熱處理程序，藉由該處理方法包含之步驟可形成金屬器件表面處理之一貫作業工序，除有效確保環保之安全與符合全球環保趨勢之外，亦使金屬器件表面處理之效率大幅提升，降低金屬器件表面處理之成本，又能產生比實施習用技術所製造之更優良金屬器件，使本發明可提供更進步之金屬器件表面處理技術者。
【0009】
　　為達上述之目的，本發明係一種金屬器件表面處理方法，該金屬器件需進行熱處理程序時，該處理方法包含之步驟係依序有：金屬器件第一熱處理程序：將欲處理之金屬器件先經過高溫燒熱；金屬器件第一冷卻程序：將經過高溫燒熱後之金屬器件予以冷卻；金屬器件第二熱處理程序：將經過冷卻後之金屬器件重新予以加熱；金屬器件第二冷卻程序：將經過重新加熱後之金屬器件再次予以冷卻；金屬器件乾燥程序：將經過冷卻後之金屬器件進行乾燥程序；金屬器件浸泡程序：將經過乾燥程序後之金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；以及，金屬器件進行清洗：將完成浸泡無機鹽水溶液後之金屬器件進行清洗者。
【0010】
　　本發明之其他特點及具體實施例，可於以下列配合附圖之詳細說明中，進一步瞭解。
 【0021】
Ｓ１１０‧‧‧金屬器件第一熱處理程序
Ｓ１２０‧‧‧金屬器件第一冷卻程序
Ｓ１３０‧‧‧金屬器件第二熱處理程序
Ｓ１４０‧‧‧金屬器件第二冷卻程序
Ｓ１５０‧‧‧金屬器件乾燥程序
Ｓ１６０‧‧‧金屬器件浸泡程序
Ｓ１７０‧‧‧金屬器件進行清洗
Ｓ２１０‧‧‧金屬器件浸泡程序
Ｓ２２０‧‧‧金屬器件進行清洗
【0011】
第１圖係本發明實施例之需進行熱處理程序之步驟流程示意圖。
第２圖係本發明實施例之無需進行熱處理程序之步驟流程示意圖。
 【0012】
　　請參閱第１〜２圖，係為本發明處理步驟流程示意圖，本發明係一種金屬器件表面處理方法，該金屬器件需進行熱處理程序時，該處理方法包含之步驟係依序有：金屬器件第一熱處理程序：將欲處理之金屬器件先經過高溫燒熱；金屬器件第一冷卻程序：將經過高溫燒熱後之金屬器件予以冷卻；金屬器件第二熱處理程序：將經過冷卻後之金屬器件重新予以加熱；金屬器件第二冷卻程序：將經過重新加熱後之金屬器件再次予以冷卻；金屬器件乾燥程序：將經過冷卻後之金屬器件進行乾燥程序；金屬器件浸泡程序：將經過乾燥程序後之金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；以及，金屬器件進行清洗：將完成浸泡無機鹽水溶液後之金屬器件以清水進行清洗者。
【0013】
　　其中，該金屬器件進行第一熱處理程序之高溫燒熱溫度係進一步設定為攝氏300度至1100度，而該熱處理程序時間為5分鐘至60分鐘；另，該金屬器件進行第一冷卻程序係採置放冷卻或浸入液體中急速冷卻；該金屬器件進行第二熱處理程序之溫度係加熱至不超過攝氏750度，而該熱處理程序重新加熱時間為20分鐘至60分鐘；該金屬器件進行第二冷卻程序係可採置放冷卻或浸入液體中急速冷卻；該金屬器件進行乾燥程序係可採加熱烘乾之方式，其加熱之溫度進一步設定為不超過攝氏200度，而加熱烘乾時間為5分鐘至60分鐘；另，該金屬器件進行浸泡步驟之無機鹽水溶液係可進一步加熱，而該加熱之溫度設定為不超過攝氏300度，而加熱之時間為5分鐘至30分鐘；另，該金屬器件完成浸入無機鹽水溶液之程序後，進一步進行以清水清洗之步驟，並以溢流之方式收集清洗後之溶液，該清洗後之溶液呈鹼性(pH>7) ；又，該清洗過後之鹼性水溶液係再經過酸鹼中和後形成中性水排出，以降低污染者。
【0014】
　　另，本發明該金屬器件表面無需進行熱處理程序時，其處理方法係包含下列之步驟：金屬器件浸泡程序：將金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；以及，金屬器件進行清洗：將經過浸泡無機鹽水溶液後之金屬器件進行清洗者。
【0015】
　　其中，該金屬器件進行浸泡步驟之無機鹽水溶液係進一步加熱，該加熱之溫度設定為不超過攝氏300度，而加熱之時間為5分鐘至30分鐘；另，該金屬器件完成浸入無機鹽水溶液之程序後，進一步進行以水清洗之步驟，並以溢流之方式收集清洗後之溶液，該清洗後之溶液呈鹼性(pH>7) ；又，該清洗過後之鹼性水溶液係再經過酸鹼中和後形成中性水排出，以降低污染者。
【0016】
　　請參閱第１〜２圖，係為本發明金屬器件表面處理方法處理步驟流程示意圖，本發明最佳實施方式係運用在金屬器件表面上，而本發明之金屬器件表面處理方法步驟區分有兩種，一種為需要進行熱處理程序（如第１圖所示），另一種為無需要進行熱處理程序（如第２圖所示），其中應注意者，本發明處理方法中諸項步驟之實際實施時間須參考金屬器件之厚度或處理數量等因素，於標註實施時間內進行調整，下列將先針對需要進行熱處理程序先進行說明。
【0017】
　　首先說明該熱處理乃是提供一種有效的方式來控制金屬微觀結構下的擴散速率與冷卻速率，來達到需要的金屬性質，且將金屬器件加熱到一定的溫度，保溫一段時間後，以一定的速率降溫到室溫或以其他方式使其溫度急速冷卻，從而改善金屬器件組織結構以獲得性能優異之金屬器件，而本發明之金屬器件表面需要進行熱處理程序時（如第１圖所示），包含步驟有：Ｓ１１０金屬器件第一熱處理程序：將欲處理之金屬器件先置入熱火中進行高溫燒熱動作；金屬器件進行熱處理乃是加熱金屬器件，以改變其金屬器件結構力學性能的熱處理工藝，而該高溫燒熱的溫度係進一步設定為攝氏300度至1100度，而該熱處理程序時間為5分鐘至60分鐘；該下一步驟為Ｓ１２０金屬器件第一冷卻程序：將經過高溫燒熱後之金屬器件冷卻，該第一冷卻程序係採置放冷卻或浸入液體中急速冷卻；該下一步驟為Ｓ１３０金屬器件第二熱處理程序：將經過冷卻後之金屬器件重新加熱；該第二熱處理程序之溫度係加熱至不超過攝氏750度，且重新加熱的時間為20分鐘至60分鍾；該下一步驟為Ｓ１４０金屬器件第二冷卻程序：將經過重新加熱後之金屬器件冷卻，該第二冷卻程序係可採置放冷卻或藉由浸入液體中加速金屬器件能完成冷卻，且又不會破壞其金屬器件之韌性與塑性；該下一步驟為Ｓ１５０金屬器件乾燥程序：將經過冷卻後之金屬器件進行乾燥程序，其乾燥程序係採加熱烘乾之方式，加熱烘乾的溫度係進一步設定為不超過攝氏200度，而加熱烘乾時間為5分鐘至60分鐘；當金屬器件經過烘乾後即進行下一步驟，該下一步驟為Ｓ１６０金屬器件浸泡程序：將經過乾燥程序後之金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；其中，該金屬器件進行浸泡程序之無機鹽水溶液係進一步加熱，且加熱之溫度設定為不超過攝氏300度，而加熱之時間為5分鐘至30分鐘；當該金屬器件完成浸入無機鹽水溶液之程序後，金屬器件表面係略呈黑色；依序再實施Ｓ１７０金屬器件進行清洗之步驟，並以溢流之方式收集清洗後之水溶液，該清洗後之水溶液呈鹼性(pH>7)；如此，則完成金屬器件表面處理之程序；而該清洗金屬器件表面後之鹼性水溶液係再經過酸鹼中和後形成中性水排出，使排出的水具有降低對環境影響及對環境造成污染之效用者。
【0018】
　　再者，本發明另一實施方式為無需進行熱處理程序的金屬器件表面的處理方法（如第２圖所示），該處理方法係包含之步驟為Ｓ２１０金屬器件浸泡程序及Ｓ２２０金屬器件進行清洗：由於，該金屬器件並不需要經過熱處理程序來讓金屬器件產生物理或化學變化，因此，將無需進行熱處理程序的金屬器件直接浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；其中，該磷酸三納(Na3 PO4 )係為一種無機鹽類，且上述之無機鹽水溶液係可進行加熱，該加熱溫度設定為為不超過攝氏300度，藉此使金屬器件表面上能產生堅固及平滑之效果；該下一步驟為Ｓ２２０金屬器件進行清洗：經過浸泡無機鹽溶液之金屬器件表面係略呈黑色，將經過浸泡無機鹽溶液後之金屬器件以清水進行清洗，並以溢流之方式收集清洗後之水溶液，該清洗後之水溶液呈鹼性(pH>7)；如此，則完成金屬器件表面處理之程序；而該清洗金屬器件表面後之鹼性水溶液係再經過酸鹼中和後形成中性水排出，使排出的水具有降低對環境影響及對環境造成污染之效用者。
【0019】
　　藉由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，已符合專利法之規定，爰提出專利申請。
【0020】
　　惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍﹔故，凡依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
 
S110‧‧‧金屬器件第一熱處理程序
S120‧‧‧金屬器件第一冷卻程序
S130‧‧‧金屬器件第二熱處理程序
S140‧‧‧金屬器件第二冷卻程序
S1S0‧‧‧金屬器件乾燥程序
S160‧‧‧金屬器件浸泡程序
S170‧‧‧金屬器件進行清洗

Claims (11)

  1. 【第1項】
    一種金屬器件表面處理方法，該金屬器件需進行熱處理程序時，其處理方法係包含下列之步驟：
    　　金屬器件第一熱處理程序：將欲進行熱處理之金屬器件先經過高溫燒熱；
    　　金屬器件第一冷卻程序：將經過高溫燒熱後之金屬器件予以冷卻；
    　　金屬器件第二熱處理程序：將經過冷卻後之金屬器件重新予以加熱；
    　　金屬器件第二冷卻程序：將經過重新加熱後之金屬器件再次予以冷卻；
    　　金屬器件乾燥程序：將經過冷卻後之金屬器件進行乾燥程序；
    　　金屬器件浸泡程序：將經過乾燥程序後之金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；以及
    　　金屬器件進行清洗：將完成浸泡無機鹽水溶液後之金屬器件進行清洗者。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行第一熱處理程序之高溫燒熱溫度係進一步設定為攝氏300度至1100度，而該熱處理程序時間為5分鐘至60分鐘者。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行第一冷卻程序係採置放冷卻或浸入液體中急速冷卻者。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行第二熱處理程序之溫度係加熱至不超過攝氏750度，而該熱處理程序重新加熱時間為20分鐘至60分鐘者。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行第二冷卻程序係採置放冷卻或浸入液體中急速冷卻者。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行乾燥程序係採加熱烘乾之方式，其加熱之溫度係進一步設定為不超過攝氏200度，而加熱烘乾時間為5分鐘至60分鐘者。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行浸泡步驟之無機鹽水溶液係進一步加熱，該加熱之溫度設定為不超過攝氏300度，而加熱之時間為5分鐘至30分鐘者。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第１項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件完成浸入無機鹽水溶液之程序後，進一步進行以清水清洗之步驟，並以溢流之方式收集清洗後之溶液，該清洗後之溶液呈鹼性(pH>7) ，其中該清洗過後之鹼性(pH>7)溶液係再經過酸鹼中和後，形成中性水排出以降低污染者。
  9. 【第9項】
    一種金屬器件表面處理方法，該金屬器件無需進行熱處理程序時，其處理方法係包含下列之步驟：
    　　金屬器件浸泡程序：將金屬器件浸入由磷酸三鈉(Na3 PO4 )與水依重量比1：2方式調配而成之無機鹽水溶液中5至30分鐘，讓金屬器件表面能產生一層保護層；以及
    　　金屬器件進行清洗：將經過浸泡無機鹽水溶液後之金屬器件進行清洗者。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第９項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件進行浸泡步驟之無機鹽水溶液係進一步加熱，該加熱之溫度設定為不超過攝氏300度，而加熱之時間為5分鐘至30分鐘者。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第９項所述之金屬器件表面處理方法，其中該金屬器件完成浸入無機鹽水溶液之程序後，進一步進行以水清洗之步驟，並以溢流之方式收集清洗後之溶液，該清洗後之溶液呈鹼性(pH>7) ，其中該清洗過後之鹼性(pH>7)水溶液係再經過酸鹼中和後，形成中性水排出以降低污染者。
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