TWI542737B - 鋁及鋁合金的表面處理方法及鋁製品 - Google Patents

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Description

鋁及鋁合金的表面處理方法及鋁製品
本發明涉及一種鋁及鋁合金的表面處理方法及經該方法處理後所制得的鋁製品。
近年來，色彩、圖案多樣化的手機、mp3等消費性電子產品受到消費者的喜愛。習知的於鋁或鋁合金等基材的表面形成彩色氧化膜的製備方法係將鋁或鋁合金等基材在硫酸中陽極氧化形成具有微孔結構的陽極氧化膜，然後在含有有機染料的溶液中對基材進行染色處理，藉由吸附作用，使得染料進入到氧化膜微孔中，使鋁或鋁合金等基材表面具有顏色。再對基材進行遮蔽處理，對基材再次進行陽極氧化與染色處理，以使基材具有多色的效果。惟，這種方法只能於基材的表面形成簡單的色彩組合，不能滿足人們對於多色與圖案多樣化相結合的需求。
鑒於此，本發明提供一種可制得多色彩與圖案多樣化相結合的鋁及鋁合金的表面處理方法。
另，還有必要提供一種經上述方法制得的鋁製品。
一種鋁及鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟： 對一基材進行第一次陽極氧化處理，以在該基材的表面形成第一氧化鋁層；對經第一次陽極氧化處理的所述基材進行第一次染色處理，以使該基材呈現一顏色；對經第一次染色處理的所述基材進行鑽石雕刻處理，以除去該基材表面的部分第一氧化鋁層，從而露出部分基材，使得基材的表面形成圖案；對經鑽石雕刻處理的所述基材進行第二次陽極氧化處理，以在該基材的未覆蓋有第一氧化鋁層的區域形成第二氧化鋁層；對經第二次陽極氧化處理的所述基材進行第二次染色處理，以使該基材呈現另一顏色。
一種鋁製品，包括基材，所述鋁製品還包括形成於基材上的第一氧化鋁層及第二氧化鋁層，該第一氧化鋁層分割為複數區域，該第二氧化鋁層亦分割為複數區域，第二氧化鋁層的每一區域與第一氧化鋁層的每一區域間隔設置並相互接觸。
上述鋁及鋁合金的表面處理方法藉由第一次陽極氧化處理與第一次染色處理從而在基材的表面形成一顏色，再藉由鑽石雕刻處理銑削去部分第一氧化鋁層以在基材的表面形成特定的圖案。之後藉由第二次陽極氧化處理與第二次染色處理在未覆蓋有第一氧化鋁層的基材的表面形成另一顏色，從而獲得多色與圖案多樣化相結合的鋁製品。
10‧‧‧鋁製品
11‧‧‧基材
12‧‧‧第一氧化鋁層
14‧‧‧第一水合氧化鋁層
16‧‧‧第二氧化鋁層
18‧‧‧第二水合氧化鋁層
121、161‧‧‧微孔
123、163‧‧‧染色劑
圖1係本發明較佳實施例的鋁製品的示意圖。
圖2係圖1所述鋁製品沿II-II線的剖視圖。
請參閱圖1與圖2，本發明一較佳實施方式的鋁及鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟：提供一待處理的基材11。該基材11的材質可為鋁或鋁合金。
採用無水乙醇對所述基材11進行超聲波清洗，以除去該基材11表面的油污。所述超聲波清洗的時間可為25~35分鐘。
對經超聲波清洗後的所述基材11進行第一次陽極氧化處理。所述第一次陽極氧化處理為：以經超聲波清洗後的所述基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加10~15V的電壓，以濃度為160~220g/L的硫酸為電解液，使基材11在溫度為16~18℃的電解液中反應30~45min。所述第一次陽極氧化處理的過程中，H2O水分子會電離生成H+離子和OH-離子，H+離子在陰極附近被還原生成H2。當OH-離子移動到陽極附近時，生成H2O水分子和O2，O2與所述基材11反應從而在所述基材11表面生成的第一氧化鋁層12，該第一氧化鋁層12的厚度為10~15μm。該第一氧化鋁層12的表面形成有複數微孔121。
對經第一次陽極氧化處理的所述基材11進行第一次染色處理。所述第一次染色處理為：將經第一次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於溫度為30~50℃的染色液中1~2min。該染色液中含有3~10g/L的染色劑123，該染色劑123可為深色系的有機染料或深色系的無機染料。在該染色過程中，染色劑123藉由擴散作用被吸附於所述複數微孔121，使得該基材11具有一顏色。
對經第一次染色處理的所述基材11進行第一次封孔處理，以將所述染色劑123固定於所述複數微孔121中。所述第一次封孔處理可採用沸水封孔、蒸氣封孔、醋酸鎳封孔、重鉻酸鉀封孔、硫酸鎳封孔、醋酸鎳封孔、硬脂酸封孔、或冷封孔。
本實施例優選採用沸水封孔。該沸水封孔具體為：將經染色處理的所述基材11置入一沸水槽中30~45min，所述沸水槽中裝有溫度為95~100℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第一氧化鋁層12的表面形成透明的第一水合氧化鋁層14。該第一水合氧化鋁層14的厚度可為10~15μm。
請再次參閱圖1，對經第一次封孔處理的所述基材11進行鑽石雕刻處理，以在基材11的表面形成特定的圖案。所述鑽石雕刻處理為：提供一鑽石雕刻機(未圖示)，該鑽石雕刻機包括刀具與治具；將經第一次封孔處理的所述基材11放置於該治具上；開啟該鑽石雕刻機，治具帶動基材11轉動，採用高速旋轉的刀具對該基材11表面進行銑削，以除去該基材11表面的部分第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14，從而露出部分基材11，使得所述被露出的部分基材11表面呈現特定的圖案，其中露出基材11的部分呈現高光亮度。該鑽石雕刻處理的時間為1~3min，刀具的轉速為2000~2500r/min，下刀深度為20~30μm，其精度控制為於-0.02mm~0.02mm之間。可以理解的，藉由調整刀具與基材之間的夾角可在基材11的表面形成不同的圖案。
對經鑽石雕刻處理的所述基材11進行第二次陽極氧化處理。所述第二次陽極氧化處理為：以經鑽石雕刻處理的所述基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加8~13V的電壓，以濃度 為160~220g/L的硫酸為電解液，使基材11在溫度為16~18℃的硫酸溶液中反應30~45分鐘。在第二次陽極氧化處理的反應過程中，H2O水分子會電離生成H+離子和OH-離子，H+離子在陰極附近被還原生成H2。當OH-離子移動到陽極附近時，生成H2O水分子和O2，O2與所述基材11未覆蓋有所述第一氧化鋁層12的區域反應，從而在未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的區域生成第二氧化鋁層16，該第二氧化鋁層16的厚度為10~15μm。該第一氧化鋁層12與該第二氧化鋁層16於該基材11的表面交替接觸。該第二氧化鋁層16的表面形成有複數微孔161。
可以理解的，於該第一水合氧化鋁層14的表面塗覆一油墨保護層，使得第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14在第二次陽極氧化處理時不被擊穿。
可以理解的，對經鑽石雕刻處理後的基材11直接進行第二次陽極氧化處理，由於第二次陽極氧化處理採用較低的電壓較第一次陽極氧化採用的電壓低，使得第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14在第二次陽極氧化處理時不被擊穿。
對經第二次陽極氧化處理的所述基材11進行第二次染色處理。所述第二次染色處理為：將經第二次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為30~50℃的染色液中50~70秒。該染色液中含有1~3g/L的染色劑163，該染色劑163可為淺色系的有機染料或淺色系的無機染料。在該染色過程中，染色劑163藉由擴散作用被吸附於所述複數微孔161，使得該基材11具有另一顏色，從而獲得多色與圖案多樣化相結合的鋁製品10(參圖1)。由於該染色劑163為淺色系的染料，且該第一氧化鋁層12的表面覆蓋有該第一 水合氧化鋁層14，使得第二次染色處理對該第一次染色處理的顏色影響較小。
對經第二次染色處理的所述基材11進行第二次封孔處理。所述第二封孔處理可採用沸水封孔、蒸氣封孔、醋酸鎳封孔、重鉻酸鉀封孔、硫酸鎳封孔、醋酸鎳封孔、硬脂酸封孔、或冷封孔。
本實施例優選採用沸水封孔。該沸水封孔具體為：將經第二次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中30~45min，所述沸水槽中裝有溫度為95~100℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第二氧化鋁層16的表面形成透明的第二水合氧化鋁層18。該第二水合氧化鋁層18的厚度可為10~15μm。由於該第二氧化鋁層16與該第二水合氧化鋁層18均為透明層，該染色劑163為淺色系顏色，該染色劑123為深色系顏色，經鑽石雕刻處理後的部分基材11呈現高光亮度，使得該鋁製品10經鑽石雕刻處理的區域呈現高光亮度。該第一氧化鋁層12與該第二氧化鋁層16交替接觸，使得該基材11呈現明暗相間的效果。
可以理解的，所述鋁及鋁合金的表面處理方法還可包括對所述經第二次封孔處理的基材11進行第二次鑽石雕刻處理，之後再對基材進行第三次陽極氧化處理和第三次染色處理，從而獲得明暗相間、多色、圖案多樣化相結合的鋁製品10。
請再次參閱圖2，本發明一較佳實施例的鋁製品10包括一基材11、形成於基材11表面的第一氧化鋁層12、形成於第一氧化鋁層12表面的第一水合氧化鋁層14、形成於基材11表面的第二氧化鋁層16、及形成於第二氧化鋁層16表面的第二水合氧化鋁層18。該第一氧化鋁層12分割為複數區域，該第二氧化鋁層16亦分割為複數 區域，第二氧化鋁層16的每一區域與第一氧化鋁層12的每一區域間隔設置並相互接觸。同理，該第一水合氧化鋁層14分割為與第一氧化鋁層12相對應的複數區域，該第二水合氧化鋁層18分割為與第二氧化鋁層16相對應的複數區域，該第二水合氧化鋁層18的每一區域與第一水合氧化鋁層14的每一區域間隔設置並相互接觸。
所述第一氧化鋁層12藉由陽極氧化的方式形成於基材11的表面。該第一氧化鋁層12的厚度可為10~15μm。該第一氧化鋁層12形成有複數微孔121。染色劑123吸附於該複數微孔121中，使得所述基材11具有一顏色。
所述第一水合氧化鋁層14藉由封孔的方式附著於該第一氧化鋁層12上。該第一水合氧化鋁層14的厚度為10~15μm。
所述第二氧化鋁層16藉由陽極氧化的方式形成於未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的基材11的表面。該第二氧化鋁層16厚度可為10~15μm。該第二氧化鋁層16形成有複數微孔161。染色劑163吸附於該複數微孔161中，使得所述基材11具有另一顏色。所述未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的基材11的表面呈現高光亮度，使得該鋁製品10的覆蓋有該第二氧化鋁層16的區域呈現高光亮度，從而獲得明暗相間、多色、圖案多樣化相結合的鋁製品10。
所述第二水合氧化鋁層18藉由封孔的方式附著於該第二氧化鋁層16上。該第二水合氧化鋁層18的厚度為10~15μm。
下面藉由實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1：
第一次陽極氧化處理：以基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加10V的電壓，使基材11在溫度為18℃的電解液中反應45min，以在基材11表面形成一第一氧化鋁層12，其中該電解液中含有220g/L的硫酸。該第一氧化鋁層12的厚度為15μm。該第一氧化鋁層12的表面形成有複數微孔121。
第一次染色處理：將經第一次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為50℃的染色液中2min。該染色液中含有10g/L的染色劑123。在該染色過程中，染色劑123藉由擴散作用吸附於所述複數微孔121，使得基材11具有一顏色。
第一次封孔處理：將經第一次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中45min，所述沸水槽中裝有溫度為95℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第一氧化鋁層12的表面形成一第一水合氧化鋁層14。該第一水合氧化鋁層14的厚度可為15μm。
鑽石雕刻處理：採用鑽石雕刻機的刀具對該基材11表面進行銑削，從而在該基材11表面形成特定的圖案。其中轉速為2500r/min，該刀具的下刀深度為30μm，其精度控制為0.02mm。在該鑽石雕刻處理過程中，刀具會切割掉基材11表面的部分第一氧化鋁層12及第一水合氧化鋁層14，以露出部分基材11。
第二次陽極氧化處理：以經鑽石雕刻處理的所述基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加8V的電壓，使基材11在溫度為18℃的電解液中反應45min，從而在未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的基材11的的表面生成一第二氧化鋁層 16。其中該電解液中含有220g/L的硫酸。該第二氧化鋁層16的厚度為15μm。該第二氧化鋁層16的表面形成有複數微孔161。
第二次染色處理：將經第二次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為50℃的染色液中70秒。該染色液中含有3g/L的染色劑163。在該染色過程中，染色劑163藉由擴散作用吸附於所述複數微孔161，使得基材11具有另一顏色。
第二次封孔處理：將經第二次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中45min，所述沸水槽中裝有溫度為95℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第二氧化鋁層16的表面形成第二水合氧化鋁層18。該第二水合氧化鋁層18的厚度可為15μm。
實施例2：
第一次陽極氧化處理：以基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加12V的電壓，使基材11在溫度為17℃的電解液中反應40min，以在基材11表面形成第一氧化鋁層12，其中該電解液中含有200g/L的硫酸。該第一氧化鋁層12的厚度為12μm。該第一氧化鋁層12的表面形成有複數微孔121。
第一次染色處理：將經第一次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為40℃的染色液中1.5min。該染色液中含有5g/L的染色劑123。在該染色過程中，染色劑123藉由擴散作用吸附於所述複數微孔121，使得基材11具有一顏色。
第一次封孔處理：將經第一次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中40min，所述沸水槽中裝有溫度為98℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第一氧化鋁層12的表面形成一第一水合氧化鋁層 14。該第一水合氧化鋁層14的厚度可為12μm。
鑽石雕刻處理：採用鑽石雕刻機的刀具對該基材11表面進行銑削，從而在該基材11表面形成特定的圖案。其中轉速為2200r/min，該刀具的下刀深度為24μm，其精度控制為0mm。在該鑽石雕刻處理過程中，刀具會切割掉基材11表面的部分第一水合氧化鋁層14及第一氧化鋁層12，以露出部分基材11。
第二次陽極氧化處理：以經鑽石雕刻處理的所述基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加10V的電壓，使基材11在溫度為17℃的電解液中反應40min，從而在未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的基材11的表面生成一第二氧化鋁層16。其中該電解液中含有200g/L的硫酸。該第二氧化鋁層16的厚度為12μm。該第二氧化鋁層16的表面形成有複數微孔161。
第二次染色處理：將經第二次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為40℃的染色液中60秒。該染色液中含有2g/L的染色劑163。在該染色過程中，染色劑163藉由擴散作用吸附於所述複數微孔161，使得基材11具有另一顏色。
第二次封孔處理：將經第二次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中40min，所述沸水槽中裝有溫度為98℃的水。在該沸水封孔處理後，在所述第二氧化鋁層16的表面形成第二水合氧化鋁層18。該第二水合氧化鋁層18的厚度可為12μm。
實施例3：
第一次陽極氧化處理：以基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加15V的電壓，使基材11在溫度為16℃的電解液中 反應30min，以在基材11表面形成一第一氧化鋁層12，其中該電解液中含有160g/L的硫酸。該第一氧化鋁層12的厚度為10μm。該第一氧化鋁層12的表面形成有複數微孔121。
第一次染色處理：將經第一次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於一溫度為30℃的染色液中1min。該染色液中含有3g/L的染色劑123。在該染色過程中，染色劑123藉由擴散作用吸附於所述複數微孔121，使得基材11具有一顏色。
第一次封孔處理：將經第一次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中30min，所述沸水槽中裝有溫度為100℃的沸水。在該沸水封孔處理後，在所述第一氧化鋁層12的表面形成一第一水合氧化鋁層14。該第一水合氧化鋁層14的厚度可為10μm。
鑽石雕刻處理：採用鑽石雕刻機的刀具對該基材11表面進行銑削，從而在該基材11表面形成特定的圖案。其中轉速為2000r/min，該刀具的下刀深度為20μm，其精度控制為-0.02mm。在該鑽石雕刻處理過程中，刀具會切割掉基材11表面的部分第一水合氧化鋁層14及第一氧化鋁層12，以露出部分基材11。
第二次陽極氧化處理：以經鑽石雕刻處理的所述基材11為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加13V的電壓，使基材11在溫度為17℃的電解液中反應30min，從而在未覆蓋有第一氧化鋁層12與第一水合氧化鋁層14的基材11的表面生成一第二氧化鋁層16。其中該電解液中含有160g/L的硫酸。該第二氧化鋁層16的厚度為10μm。該第二氧化鋁層16的表面形成有複數微孔161。
第二次染色處理：將經第二次陽極氧化處理的所述基材11浸漬於 一溫度為30℃的染色液中50秒。該染色液中含有1g/L的染色劑163。在該染色過程中，染色劑163藉由擴散作用吸附於所述複數微孔161，使得基材11具有另一顏色。
第二次封孔處理：將經第二次染色處理的所述基材11置入一沸水槽中30min，所述沸水槽中裝有溫度為100℃的沸水。在該沸水封孔處理後，在所述第二氧化鋁層16的表面形成第二水合氧化鋁層18。該第二水合氧化鋁層18的厚度可為10μm。
10‧‧‧鋁製品
11‧‧‧基材
12‧‧‧第一氧化鋁層
14‧‧‧第一水合氧化鋁層
16‧‧‧第二氧化鋁層
18‧‧‧第二水合氧化鋁層
121、161‧‧‧微孔
123、163‧‧‧染色劑

Claims (10)

  1. 一種鋁及鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟：對一基材進行第一次陽極氧化處理，以在該基材的表面形成第一氧化鋁層對經第一次陽極氧化處理的所述基材進行第一次染色處理，以使該基材呈現一顏色；對經第一次染色處理的所述基材進行鑽石雕刻處理，以除去該基材表面的部分第一氧化鋁層，從而露出部分基材，使得基材的表面形成圖案；以採用較第一次陽極氧化採用的電壓低的電壓對經鑽石雕刻處理的所述基材進行第二次陽極氧化處理，以在該基材的未覆蓋有第一氧化鋁層的區域形成第二氧化鋁層；對經第二次陽極氧化處理的所述基材進行第二次染色處理，以使該基材呈現另一顏色。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鋁及鋁合金的表面處理方法，其中所述第一次陽極氧化處理為：以所述基材為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加10~15V的電壓，以濃度為160~220g/L的硫酸為電解液，在溫度為16~18℃的硫酸溶液中反應30~45分鐘。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鋁及鋁合金的表面處理方法，其中所述第一次染色處理的步驟為採用染色液對該基材進行染色處理，該染色液中含有濃度為3~10g/L的染色劑，所述第一次染色處理在30~50℃的溫度下進行1~2分鐘。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鋁及鋁合金的表面處理方法，其中所述鑽石雕刻處理為：採用轉速為轉速為2000~2500r/min的刀具於該基材的面進 行銑削處理，以除去該基材表面的部分第一水合氧化鋁層，使得該基材具有特定的圖案，其中該刀具的下刀深度為20~30μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鋁及鋁合金的表面處理方法，其中所述第二次陽極氧化處理為：以經鑽石雕刻處理的基材為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加8~13V的電壓，以濃度為160~220g/L的硫酸為電解液，在溫度為16~18℃的硫酸溶液中反應30~45分鐘。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之鋁及鋁合金的表面處理方法，其中所述第二次染色處理的步驟為採用染色液對經第二次陽極氧化處理的所述基材進行染色處理，該染色液中含有濃度為1~3g/L的染色劑，所述第二次染色處理在30~50℃的溫度下進行50~70秒。
  7. 一種鋁製品，包括基材，其改良在於：該鋁製品還包括形成於該基材上的第一氧化鋁層及第二氧化鋁層，該第一氧化鋁層分割為複數區域，該第二氧化鋁層亦分割為複數區域，第二氧化鋁層的每一區域與第一氧化鋁層的每一區域間隔設置並相互接觸，形成所述第二氧化鋁層採用的電壓低於形成所述第一氧化鋁層採用的電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鋁製品，其中所述鋁製品進一步包括附著於該第一氧化鋁層上的第一水合氧化鋁層及附著於該第二氧化鋁層上的第二水合氧化鋁層，該第一水合氧化鋁層分割為與第一氧化鋁層相對應的複數區域，該第二水合氧化鋁層分割為與第二氧化鋁層相對應的複數區域，該第二水合氧化鋁層的每一區域與第一水合氧化鋁層的每一區域間隔設置並相互接觸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之鋁製品，其中所述第一氧化鋁層形成有複數微孔，一染色劑吸附於該第一氧化鋁層的複數微孔內；所述第二氧化鋁層形成有複數微孔，另一染色劑吸附於所述第二氧化鋁層的複數微孔內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之鋁製品，其中所述第一氧化鋁層、第一水合氧化鋁層、第二氧化鋁層及第二水合氧化鋁層的厚度均為10~15μm。
TW102124817A 2013-07-08 2013-07-10 鋁及鋁合金的表面處理方法及鋁製品 TWI542737B (zh)

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