TWI575112B - 結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法 - Google Patents

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Description

結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法
本發明乃是關於一種結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，特別是指一種藉由陽極氧化方式處理金屬工件表面以產生彩色外觀的製造方法。
由於金屬工藝的進步，愈來愈多的電子產品配備有金屬材質的殼體，例如手機或筆記型電腦的金屬背殼。然而金屬殼體會影響通訊訊號的接收，因而導致收訊不良。
為著改善金屬殼體收訊不良的問題，已經發展出金屬與塑膠結合的一體成型技術。藉由塑膠區域以供無線訊號通過而達到最佳通訊品質。
在生產工藝上，金屬與塑膠結合後的金屬殼體經過陽極處理後，金屬與塑膠縫隙容易出現不均勻異色斑點，導致產品外觀良率降低。為著去除上述斑點，一種可行的的方法是在陽極處理後，利用硝酸酸洗、商用表面調整劑及水洗以移除金屬與塑膠之間縫隙殘留的酸劑。然而，金屬殼體的清洗次數或時間控制不當，容易造成產品相關環境測試失效，例如。冷熱衝擊測試、鹽霧測試、人工汗液..等。
本發明所要解決的技術問題，在於提供一種結合異質材料的金屬工件陽極處理後清潔方法，減少金屬工件經過陽極氧化後產生異常顏色的斑點，以提升金屬工件的良率。
為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，包括下列流程：前處理該金屬工件；陽極氧化該金屬工件；水洗該金屬工件；將該金屬工件置於一真空環境，以揮發該金屬工件的金屬與異質材料之間的殘留化學劑；水洗該金屬工件；活化該金屬工件；染色該金屬工件；及封孔該金屬工件。
本發明具有以下有益效果：本發明藉由將金屬工件置於真空環境的方法，藉由抽真空的方式降低化學藥劑沸點，因此金屬工件的金屬區與異質材料(如塑膠)結合之間的縫隙內的殘留化學劑在室溫即可揮發。因此達到移除殘留的化學劑的清潔效果，並減少化學藥劑侵蝕於金屬工件表面的影響，以提升金屬工件的良率。
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。
10‧‧‧金屬工件
101‧‧‧縫隙
12‧‧‧金屬區
14‧‧‧塑膠
S10‧‧‧前處理流程
S20‧‧‧陽極氧化流程
S30‧‧‧水洗流程
S40‧‧‧去除殘留化學劑流程
S41‧‧‧抽真空步驟
S42‧‧‧水洗步驟
S43‧‧‧脫酯步驟
S44‧‧‧水洗步驟
S50‧‧‧活化流程
S60‧‧‧染色流程
S70‧‧‧封孔流程
圖1為本發明之結合異質材料的金屬工件的示意圖。
圖2為本發明之結合異質材料的金屬工件的陽極處理的流程圖。
圖3為本發明之結合異質材料的金屬工件的陽極處理另一實施例的流程圖。
[第一實施例]
請參考圖1及圖2，分別為本發明之結合異質材料的金屬工件的示意圖，以及結合異質材料的金屬工件的陽極處理(anodizing treatment)流程圖。本發明針對一種結合異質材料的金屬工件10提供一種陽極處理方法，以避免在金屬工件10的金屬區12與異質材料(本實施例為塑膠14)之間的縫隙101產生異樣顏色的斑點。上述金屬工件10結合異質材質，可以利用金屬塑膠異質接合成型技術(Plastic Clad on Metal)，藉由射出成型(injection molding)技術將工程塑膠，例如聚苯硫醚樹酯(PolyPhenylene Sulfide，簡稱PPS)、聚對苯二甲酸二丁酯(Polybutylene Terephtthalate，簡稱PBT)、或聚醯胺(Polyamide，簡稱PA)，直接結合於金屬表面。本發明的上述陽極處理意指由前處理到染色，並最後封孔完成的全部流程。
請參閱圖2，本發明之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，簡要的說包括下列流程：首先，流程S10，前處理(pretreatment)該金屬工件10。
流程S20，陽極氧化(anodic oxidation)該金屬工件10。
流程S30，水洗該金屬工件10。
流程S40，去除殘留化學劑，此流程S40又可分為步驟S41，抽真空，亦即，將該金屬工件10置於一真空環境，以揮發該金屬工件的金屬與塑膠之間的殘留化學劑；以及步驟S42，水洗該金屬工件的。步驟S41主要是藉由降低氣壓，使得在上述陽極氧化的流程S20中殘留的化學劑，例如硫酸、草酸…等的沸點降低，以使殘留在金屬(金屬區12)與塑膠14之間的化學劑得以從金屬區12與塑膠14之間的縫隙101揮發出來。然後，再利用水洗的步驟S42，將揮發出來的化學劑洗掉。
流程S50，活化(activating treatment)該金屬工件10，為著活化 金屬工件10表面，以利後續表面處理，例如提升染色效果。
流程S60，染色該金屬工件10。
最後，流程S70，封孔該金屬工件。以下分別再詳細上述各流程的細節。
關於前處理(pretreatment)該金屬工件10的流程S10，目的是清潔及預備金屬工件10以適合陽極處理。前處理程序可以是包括脫酯(degreasing)、鹼洗(alkaline etching)、酸洗(pickling)、及化學拋光(chemical polishing)、水洗及烘乾…等的子流程。根據金屬工件10的品質要求而決定須要進行哪些子流程、以及子流程的處理次數。下列舉例說明一些子流程的相關參數。
脫酯(degreasing)目的是用以清除金屬工件10表面的加工油污，清除表面油污的方式可以將金屬工件10浸泡在脫酯溶液以去除油污。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。
鹼洗(alkaline etching)可以視金屬工件10的需要，不一定要進行此子流程。鹼洗程序的參數，概略的說，可以是將金屬工件10浸浴在攝氏溫度10~90度的鹼性劑50~500g/L。具體舉例而言，可以是以氫氧化鈉(NaOH)220g/L；溫度約25度(本發明的溫度均為攝氏單位)。
酸洗(pickling)可以視金屬工件10的需要，不一定要進行此子流程。酸洗程序的參數，概略的說，可以是將金屬工件10浸浴在溫度10~90度的酸性劑50~500g/L。具體舉例而言，可以是以硝酸5ml/L，溫度約25度。
化學拋光(簡稱化拋)程序的參數，概略的說，可以是以酸性劑1~85%(體積百分比)，溫度10~90度進行處理。具體舉例而言，可以是磷酸，溫度90~93度。
關於陽極處理的流程S20，處理參數依據金屬工件10所要產 生顏色而異。陽極處理是將金屬工件10置於電解槽中並連接於陽極，陰極連接碳板或是鉛板，然後施加一預定的電壓與電流。對該金屬工件10進行陽極處理，使該金屬工件10表面形成一氧化膜。舉例可行的參數如下，使用的液體可以為硫酸、或草酸、或磷酸、或硼酸、或酒石酸1~95%(體積百分比)。溫度5~50度；電流密度0.2~3.0A/dm2(安培/每平方公尺)；處理時間為10~60min(分鐘)。
一種可行的具體實施例，陽極處理可以於溫度為攝氏15至25度，將該工件10浸泡於含有濃度15%至25%(體積百分比)的硫酸濃度的陽極處理溶液中，電壓為8至16伏特之間，電流密度為0.8至2.0A/dm2(安培/每平方公尺)之間，處理時間少於45分鐘。較佳處理時間為至少30分鐘。在陽極處理之後，進行至少一道水流的流程S30。
關於去除殘留化學劑的流程S40，在抽真空的步驟S41，將該金屬工件10置於一真空環境，以揮發該金屬工件10的金屬與塑膠之間的殘留化學劑。在本實施例中，包括將該金屬工件10置於一封閉空間，並將該封閉空間抽真空，使得殘留化學劑在室溫即可揮發，藉此以移除該金屬工件10的金屬(金屬區12)與塑膠14之間的殘留化學劑；然後，將該金屬工件10移出該封閉空間。本實施例中，將該封閉空間抽真空的壓力可以為1至100托爾(Torr，一個標準大氣壓的760分之一，約等於1mmHg(毫米汞柱)，又約等於1.333mbar(毫巴))。此外，較佳地，可以進一步包括升高該封閉空間內的溫度至攝氏50度。
本發明藉由真空抽氣的方式，可以將金屬工件10表面或是縫隙101內的殘留化學酸劑揮發，放在真空1~100托爾(Torr)狀態下，水及濃度20%(體積百分比)硫酸的沸點都低於20度。因此達到移除酸液的清潔效果，並且真空抽氣方式較化學藥品影響陽極膜的品質更小。
然而，本發明並不限制於上述的參數，只要在金屬工件10可以承受的溫度範圍內，特別是在異質材料的熔點下，配合中度真空(Medium Vacuum，25至1×10-3托爾)，或粗略真空(Rough Vacuum，25~760托爾)，藉此使殘留化學劑得以揮發即可。
補充說明，本發明可以應用於不同厚度的金屬工件10，金屬區12與塑膠14之間的縫隙101深度有變化。因此上述去除殘留的化學劑的流程S40可以重覆進行，以更徹底去除殘留的化學劑。
關於活化該金屬工件10的流程S50，目的是為著經過陽極處理的金屬工件10表面以提升染色效果；活化劑可充分活化金屬工件表面，以利後續表面處理。活化的參數可以是酸性溶液1-50ml/L，溫度5-95度，時間5-90分鐘。之後水洗1-5道。本實施例較佳的參數為，濃度20ml/L硝酸，溫度在25度左右，之後進行兩道水洗，溫度25度。活化的功用在於移除陽極氧化所形成矽灰雜質，以提升整體的染色性。
活化之後為流程S60，染色該金屬工件10的表面。例如，可以是利用一般商用鋁合金染料，溫度5-50度，處理時間0.1-10分鐘。較佳的參數建議為溫度40度，處理時間1-6分鐘。之後以溫度25度左右，進行兩道水洗。
為加強氧化膜的結構抗污性及抗腐蝕性能，本發明最後進行封孔(Sealing)流程S70，以封孔劑封孔處理該金屬工件10之表面微孔洞。陽極處理後的封孔操作方式可以使用商用型醋酸鎳封孔劑。本發明的封孔為商用型醋酸鎳封孔劑1-15g/L，溫度為5-95度，時間為5-90分鐘。上述商用型醋酸鎳封孔劑是指目前現有以醋酸鎳鹽為主的封孔劑。
上述封孔建議較佳的參數為，將該金屬工件10浸泡於濃度為7g/L的商用型醋酸鎳封孔劑，溫度為攝氏90±5度，時間30分鐘。
[第二實施例]
請參閱圖3，為本發明之結合異質材料的金屬工件的陽極處理 另一實施例的流程圖。本實施例與第一實施例的差異在於，去除殘留化學劑的流程S40中，還包括脫酯步驟S43，脫酯的實施參數，可以是利用濃度1-50%(體積百分比)的脫酯劑(Degreasing agent)，在溫度攝氏10-90度之下進行。脫酯劑的濃度視金屬工件10應用的場合而定。本實施例以電子產品金屬殼體為例，較佳參數為3-5%(體積百分比)的脫酯劑，溫度為50度左右。
脫酯之後進行水洗步驟S44，用以洗去殘留的脫酯劑，水洗流程可以是一至五道，溫度可以是5-95度，較佳是溫度為25度左右，次數為二道即可。
本發明之特點及功能在於，藉由真空抽氣的方式，可以將金屬工件10的金屬區與異質材料(如塑膠)結合之間的縫隙內的殘留化學劑揮發。因此達到移除殘留的化學劑的清潔效果，並且真空抽氣方式較化學藥品影響陽極氧化膜的品質較小，以提升金屬工件的良率。藉此，本發明可以提高通過成品環境測試(冷熱衝擊/人工汗液/鹽霧測試)的測試比例，不僅可以減少瑕疵的產品、並且可以減少測試失效的產品。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
本代表圖為流程圖，故無符號說明。

Claims (8)

  1. 一種結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，包括至少下列流程：前處理該金屬工件；陽極氧化該金屬工件；水洗該金屬工件；將該金屬工件置於一真空環境，包括將該金屬工件置於一封閉空間，並將該封閉空間抽真空，以移除該金屬工件的金屬與異質材料之間的殘留化學劑，然後，將該金屬工件移出該封閉空間；水洗該金屬工件；活化該金屬工件；染色該金屬工件；及封孔該金屬工件。
  2. 如請求項1所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中該前處理的流程包括至少一個下列程序：脫酯、鹼洗、酸洗、水洗或烘乾。
  3. 如請求項1所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中將該封閉空間抽真空的壓力為1至100托爾(Torr)。
  4. 如請求項3所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中進一步包括升高該封閉空間內的溫度至攝氏50度。
  5. 如請求項1所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中包括升高該封閉空間內的溫度至低於該異質材料的熔點以下。
  6. 如請求項1所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中包括重覆將該金屬工件置於該真空環境、以及水洗該金屬工件的步驟，然後再進行活化該金屬工件的步驟。
  7. 如請求項1所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方 法，其中該金屬工件置於一真空環境之後，還包括一脫酯步驟，使該金屬工件進行脫酯。
  8. 如請求項7所述之結合異質材料的金屬工件的陽極處理方法，其中包括重覆將該金屬工件置於該真空環境、水洗該金屬工件、以及使該金屬工件進行脫酯的步驟，然後再進行活化該金屬工件的步驟。
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