TWI567245B

TWI567245B - A method and a structure for forming a pattern on a metal surface electroplated oxide film

Info

Publication number: TWI567245B
Application number: TW105109925A
Authority: TW
Inventors: Ming-Da Lin
Original assignee: Ming-Da Lin; Ren bao-kuan
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-01-21
Also published as: TW201734268A

Description

在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構

本發明是有關一種在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構，特別是一種良率高、且能夠於金屬表面生成多種顏色之圖案之方法及其結構。

一般為了賦予金屬外觀多彩多樣化且保留金屬外觀質感，並可防鏽或防止磨耗等。金屬機殼之表面處理技術逐漸備受重視。在金屬機殼之表面處理技術中，係以電鍍、化學鍍或是其他塗裝方式在金屬機殼上形成功能性金屬層，或在金屬機殼表面製作出各種不同層次的花紋圖案或文字來增加產品的價值感。

一般電鍍的方法，是在金屬基材表面先進行陽極氧化電鍍處理，一般鋁合金很容易氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝露之結果，氧化層仍會剝落，喪失保護作用，因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質同時增加表面的機械性質。另一目的是，藉不同化成反應，產生各種色澤(發色)增進美觀。

而陽極氧化電鍍處理，於實際情況下，必須於一電解槽(電解溶液通常為稀釋硫酸)中，將金屬基材(如鋁或鋁合金)工件置於陽極，施加一定電壓與電流，電流通過金屬基材之間(陽極)和電極(陰極)。這將導致氧離子聚集在金屬基材表面並發生反應並形成一種多孔氧化層(陽極氧化膜)，由於陽極處理是氧化成皮膜(Conversion Coating)技術的一種，根據ASTM的定義化成皮膜指的是利用化學或電化學處理，使金屬表面生成一種含有該金屬成份的皮膜層，而陽極處理皮膜(陽極氧化膜)的顯示皮膜層實際上是呈管胞(cellular tube)組織，其底部似一般試管底部呈圓弧狀，而管胞組織中則具有多個孔洞。

而陽極氧化電鍍處理後，則必須將該金屬基材3浸入有單一顏色的染料溶液(浸染)，但當有顏色的染料溶液2該陽極氧化膜1的孔洞11則會因為虹吸原理，如第1圖所示，染料溶液2於該孔洞11但也因為虹吸的影響，因此無法使該顏色的染料溶液落至該孔洞11或是滲入該陽極氧化膜1中；另外，由於鋁的陽極氧化膜有大量孔洞，鋁表面處理其表面吸附性很強，手觸摸有黏手的感覺，因此於著色後，為提高氧化膜的防汙染和抗腐蝕性能，封孔是必不可少的步驟。鋁合金鋁材陽極氧化膜的封孔主要有熱封孔和冷封孔兩種。

然而，上述著色的程序，若是著色的過程中要浸染另一種顏色，而不須更改顏色的位置則必須使用一阻電油墨覆蓋，並再將該金屬基材浸入有另一顏色的染料溶液中進行浸染，然而該阻電油墨其阻擋效果並不如預期中好，因此當浸入有另一顏色的染料溶液中時，不須更改顏色的位置仍有可能被染上另一種顏色，故要浸染另一種顏色時，其良率將會降低至60~75%，而之後若還要再浸染另一種顏色，其良率更會降低至30%以下，故這種傳統的方式，並不適用於多次浸染不同顏色之需求。

因此，若能夠設計出一金屬基材表面生成圖案之方法及其結構，能夠於金屬表面生成多種顏色之圖案，且生成多種顏色之圖案的過程中也不會影響其良率，如此本發明應為一最佳解決方案。

本發明係關於一種在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構，係能夠於金屬表面生成多種顏色之圖案，且生成多種顏色之圖案的過程中也不會影響其良率。

本發明係關於一種在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構，係能夠於金屬基材表面之陽極氧化膜上的圖案位置呈現立體感一種金屬表面電鍍氧化膜之方法，其方法為：(1)提供一金屬基材，對該金屬基材進行陽極氧化電鍍處理，以於該金屬基材表面生成有一陽極氧化膜，而該陽極氧化膜表面係具有多個孔洞；(2)再透過一噴墨設備之噴墨頭，依據要形成之圖案，於該陽極氧化膜之特定位置的多個孔洞內注入單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水，而該染料墨水能夠以重力沉於該孔洞內部及底端，並再滲入於該陽極氧化膜中；以及(3)最後，先清除該陽極氧化膜表面之多餘染料墨水後，再進行陽極氧化封孔處理，以將該陽極氧化膜表面之孔洞頂端封住，使一種以上顏色的染料墨水能夠留存於該孔洞內部。

更具體的說，所述當進行陽極氧化電鍍處理時，使用之一電解液及條件係選自以下群組中的其中之一：使用10~24%硫酸，電壓值於12~25伏特，電流密度於1~3.2A/m²，操作溫度於12~24度，處理時間為10~60分鐘；使用 6~12%鉻酸，電壓值控制於25~40伏特，電流密度於0.15~0.30A/m²，操作溫度於35度，處理時間為30分鐘；使用4~8%草酸，電壓值為30~60伏特，電流密度於1~3A/m²，操作溫度為18~20度，處理時間為40~60分鐘；以及使用8~15%磷酸，電壓為10~14伏特，操作溫度為18~25度，處理時間為20~30分鐘。

更具體的說，所述金屬基材係為鋁金屬。

更具體的說，所述陽極氧化膜之高度約為8~24um。

更具體的說，所述染料墨水噴墨頭所注入之染料墨水係為金屬滲透型的油墨，係由黑色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、綠色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、紅色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水及黃色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水所組成。

一種金屬表面電鍍氧化膜之結構，係包含：一金屬基材，係具有兩個表面；以及一陽極氧化膜，係分別生成於該金屬基材之兩個表面上，而該金屬基材之其中一個表面上生成之陽極氧化膜之內部係具有多個已封閉之孔洞，而該已封閉之孔洞內部係具有單一顏色或是兩種顏色以上混合之染料墨水，而該染料墨水能夠以重力沉於該孔洞內部及底端，並再滲入於該陽極氧化膜中。

更具體的說，所述金屬基材係為鋁金屬。

1‧‧‧陽極氧化膜

11‧‧‧孔洞

2‧‧‧染料溶液

3‧‧‧金屬基材

31‧‧‧陽極氧化膜

311‧‧‧孔洞

32‧‧‧封孔陽極氧化膜

4‧‧‧染料墨水

5‧‧‧染料墨水

5’‧‧‧染料墨水

6‧‧‧染料墨水

6’‧‧‧染料墨水

7‧‧‧染料墨水

[第1圖]係習用金屬表面電鍍氧化膜著色示意圖。

[第2圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之流程示意圖。

[第3A圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之實施示意圖。

[第3B圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之實施示意圖。

[第3C圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之實施示意圖。

[第3D圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之實施示意圖。

[第3E圖]係本發明在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構之實施示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第2圖，為本發明金屬表面電鍍氧化膜之流程示意圖，由圖中可知，其步驟為：(1)提供一金屬基材，對該金屬基材進行陽極氧化電鍍處理，以於該金屬基材表面生成有一陽極氧化膜，而該陽極氧化膜表面係具有多個孔洞201；(2)再透過一噴墨設備之噴墨頭，依據要形成之圖案，於該陽極氧化膜之特定位置的多個孔洞內注入單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水，而該染料墨水能夠以重力沉於該孔洞內部及底端，並再滲入於該陽極氧化膜中202；以及(3)最後，先清除該陽極氧化膜表面之多餘染料墨水後，再進行陽極氧化封孔處理，以將該陽極氧化膜表面之孔洞頂端封住，使一種以上顏色的染料墨水能夠留存於該孔洞內部203。

而於一金屬基材進行陽極氧化電鍍處理前，則必須進行清洗、拋光等程序，但由於這是這個領域很習知的常識，故沒有在此額外敘述，另外本實施例中提到的金屬基材係為鋁金屬，但亦能夠使用其他金屬材料替代。

而當要進行陽極氧化電鍍處理時，必須於一電解槽(電解溶液通常為稀釋硫酸)中，將金屬基材(如鋁或鋁合金)工件置於陽極，施加一定電壓與電流，電流通過金屬基材之間(陽極)和電極(陰極)。這將導致氧離子聚集在金屬基材表面並發生反應並形成一種具有多個孔洞之陽極氧化膜，而該陽極氧化膜之高度約為8~24um；其中，當進行陽極氧化電鍍處理時，使用之一電解液及條件係選自以下群組中的其中之一：(1)使用10~24%硫酸，電壓值於12~25伏特，電流密度於1~3.2A/m²，操作溫度於12~24度，處理時間為10~60分鐘；(2)使用6~12%鉻酸，電壓值控制於25~40伏特，電流密度於0.15~0.30A/m²，操作溫度於35度，處理時間為30分鐘；(3)使用4~8%草酸，電壓值為30~60伏特，電流密度於1~3A/m²，操作溫度為18~20度，處理時間為40~60分鐘；(4)以及使用8~15%磷酸，電壓為10~14伏特，操作溫度為18~25度，處理時間為20~30分鐘。

之後，當要進行第一次的著色時，如第3A圖所示，則必須透過具有多個噴墨頭(該噴墨頭能夠為電滲式、電壓式、吹氣式或氣泡式)之噴墨設備(圖中未示)，依據要形成之圖案，先於該金屬基材3表面之陽極氧化膜31之特定位置的多個孔洞311內注入單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水4，如圖中所示，該染料墨水4落於該孔洞311內後，會因重力的影響向下沉於該孔洞311內的底部，並逐漸滲入該陽極氧化膜31內部；而本發明所注入之染料墨水係為金屬滲透型的油墨，該係金屬滲透型的油墨由黑色醇溶性/脂溶性溶劑型墨水、綠色醇溶性/脂溶性溶劑型墨水、紅色醇溶性/脂溶性溶劑型墨水及黃色醇溶性/脂溶性溶劑型墨水所組成；再來則是第二次著色的程序，如第3B圖所示，再陸續添加不同顏色的染料墨水5,6,7，而該染料墨水5,6,7會因重力的影響會向下沉澱，故一邊會使該染料墨水5,7與染料墨水4之顏色交互混合，而另一邊則是該染料墨水6與染料墨水4之顏色交互混合，而顏色交互熟成後如第3C圖所示，該染料墨水5,7與染料墨水4則會形成染料墨水5’、染料墨水6與染料墨水4混合則會形成染料墨水6’，由圖中可知，該陽極氧化膜31則分別被染料墨水5’、染料墨水4及染料墨水6’滲入並區隔為三區顏色；但由於染料墨水量太多會淹出該孔洞311外，故必須清除該陽極氧化膜31表面之多餘染料墨水，而清除後的樣態如第3D圖所示，之後，為了使染料墨水5’、染料墨水6’還有染料墨水4能夠留存於該孔洞311內部，使用醇類或是洗網水去除多餘染料墨水後，必須再進行一次陽極氧化封孔處理，但本次之陽極氧化封孔處理必須要添加含鎳或是含鉻之封孔劑(如奧野DX-500或是RHS等)及加熱至90~95℃，以使該陽極氧化膜31表面及該染料墨水5’、染料墨水4、染料墨水6’表面能夠再生成一封孔陽極氧化膜32，以將該陽極氧化膜31表面之孔洞311頂端封住，而封孔後的樣態如第3E圖所示。

本發明所提供之在金屬表面電鍍氧化膜上生成圖案之方法及其結構，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：(1)本發明能夠於金屬表面生成多種顏色之圖案，且生成多種顏色之圖案的過程中也不會影響其良率。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

Claims

一種金屬表面電鍍氧化膜之方法，其方法為：提供一金屬基材，對該金屬基材進行陽極氧化電鍍處理，以於該金屬基材表面生成有一陽極氧化膜，而該陽極氧化膜之高度約為8~24um，且該陽極氧化膜表面係具有多個孔洞，另外，當進行陽極氧化電鍍處理時，使用之一電解液及條件係選自以下群組中的其中之一：使用10~24%硫酸，電壓值於12~25伏特，電流密度於1~3.2A/m²，操作溫度於12~24度，處理時間為10~60分鐘；使用6~12%鉻酸，電壓值控制於25~40伏特，電流密度於0.15~0.30A/m²，操作溫度於35度，處理時間為30分鐘；使用4~8%草酸，電壓值為30~60伏特，電流密度於1~3A/m²，操作溫度為18~20度，處理時間為40~60分鐘；以及使用8~15%磷酸，電壓為10~14伏特，操作溫度為18~25度，處理時間為20~30分鐘；再透過一噴墨設備之噴墨頭，依據要形成之圖案，於該陽極氧化膜之特定位置的多個孔洞內注入單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水，而該染料墨水能夠以重力沉於該孔洞內部及底端，並再滲入於該陽極氧化膜中，且該染料墨水噴墨頭所注入之染料墨水係為金屬滲透型的油墨，係由黑色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、綠色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、紅色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水及黃色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水所組成；以及最後，先清除該陽極氧化膜表面之多餘染料墨水後，再進行陽極氧化封孔處理，以將該陽極氧化膜表面之孔洞頂端封住，使一種以上顏色的染料墨水能夠留存於該孔洞內部。
如請求項1所述之金屬表面電鍍氧化膜之方法，其中該金屬基材係為鋁金屬。
一種金屬表面電鍍氧化膜之結構，係包含：一金屬基材，係具有兩個表面；以及一陽極氧化膜，係分別生成於該金屬基材之兩個表面上，而該陽極氧化膜之高度約為8~24um，且該金屬基材之其中一個表面上生成之陽極氧化膜之內部係具有多個已封閉之孔洞，另外該已封閉之孔洞內部係具有單一顏色或是兩種顏色以上混合之染料墨水，由於該染料墨水噴墨頭所注入之染料墨水係為金屬滲透型的油墨，係由黑色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、綠色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水、紅色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水及黃色醇溶性/脂溶性溶劑型染料墨水所組成，因此該染料墨水能夠以重力沉於該孔洞內部及底端，並再滲入於該陽極氧化膜中。
如請求項3所述之金屬表面電鍍氧化膜之結構，其中該金屬基材係為鋁金屬。