TWI629371B - Titanium and titanium alloy surface treatment method - Google Patents

Abstract

一種鈦及鈦合金表面處理的方法，主要是包含一沖壓步驟及一真空熱處理步驟。在該沖壓步驟時，藉由一沖壓設備將一鈦板沖壓成一鈦產品。在該真空熱處理步驟時，將一個鈦產品置於一真空裝置內，使該鈦產品處於真空環境中，接著利用一加熱器，加熱該鈦產品至一反應溫度，並維持一反應時間。藉此使原本隨機排列於該鈦產品表面的鈦原子團，自組裝成週期性排列的晶粒。該鈦產品的表面均勻地佈滿晶粒後，就能具有更佳的耐指紋能力。

Description

鈦及鈦合金表面處理的方法

本發明是有關於一種表面處理的方法，特別是指一種鈦及鈦合金表面處理的方法。

鈦及鈦合金相較於其他金屬，因為重量輕，且具有良好的抗腐蝕性，因此經常被製造成各種鈦產品，例如碗盤、手機保護殼、眼鏡架，或手錶等。而為了提升消費者的購買意願，通常會再做一道表面處理，以提升鈦產品的外觀品味。

參閱圖1、2，一種鈦及鈦合金表面處理的方法1。主要是依序包含一抽真空步驟11、一成型步驟12及一出爐步驟13。

於該抽真空步驟11時，將一鈦產品2置放在一真空設備31，由於空氣中的水氣會影響製程的良率，且該真空設備31中組成氣體的比例是本方法的主要控制參數，故需利用該真空設備31將氣壓抽至10^-5Torr以下。於該成型步驟12時，利用一電子槍32發射一電子束33，以轟擊該鈦產品2的表面，使該鈦產品2的表面轉變為具有高溫與高活性的熔融態。接著通入一由氧氣、氮氣與碳 氫氣體所組成的氧化氣體，該氧化氣體通入後將使該鈦產品2呈熔融態的表面氧化，並於該鈦產品2的表面形成一氧化膜21。其中，該氧化膜21的厚度與氧化氣體通入的流速有關。於該出爐步驟13時，關閉該電子槍32，並導入一惰性氣體至該真空設備31內，使該真空設備31破真空，並等待該鈦產品2回復到室溫後取出該鈦產品2。

此方法藉由控制該電子槍32轟擊的位置，選擇欲形成氧化膜21的位置，再藉由調整通入該氧化氣體的流速，以控制形成於該轟擊位置的氧化膜21厚度。故取出後的該鈦產品2，將可具有各種不同厚度的氧化膜21，並藉由光的干涉效應反射出不同色彩的圖案或花紋。例如，若其中一處的氧化膜21，其光學厚度為藍光(約450nm)的1/4波長的奇數倍時，則此處的氧化膜21的藍光反射率將遠高於其他波長，故此處將呈藍色的表面。又例如，若其中另一處的氧化膜21，其光學厚度同時是藍光與綠光(約550nm)的1/4波長的奇數倍時，則此處將呈青色的表面。

此方法的缺點有三：一、由於該電子槍32的工作距離一般是非常短的，故此方法只適用於形狀簡單的鈦產品2(如鈦板、鈦片)，而不能用於深淺變化過大的鈦產品2(如鈦杯、鈦碗)。二、該電子槍32的價格昂貴，且該電子槍32乃是藉由通入高電流，使一個針頭升至高溫，進而激發出該電子束33，故如果在使用該電子 槍32的同時通入該氧化氣體，將使得該高溫的針頭氧化，進而導致斷針，此時還必須額外花費替換針頭的成本。故此方法不但設備昂貴，且維持成本極高，因此並不適合應用於量產。三、該鈦產品2雖然可藉由該氧化膜21反射出彩色的圖樣，以增加外觀品味。但由於該氧化膜21是平滑地形成於該鈦產品2，故一旦使用者的手指按壓到該氧化膜21時，手指上的油脂就會使指紋拓印在該氧化膜21上。此時雖然可用乾布將指紋拭去，但若不搭配特殊溶劑一起擦拭，則部分的油脂仍然會殘留於該氧化膜上，殘留的油脂將使該鈦產品的表面霧化，使得外觀品味降低。

因此，本發明之目的，即在提供一種以較低的製程成本，就能在具有複雜形狀的鈦及鈦合金上，形成不殘留指紋之表面的方法。

於是，本發明一種鈦及鈦合金表面處理的方法，主要是依序包含一沖壓步驟、一清洗步驟、一真空熱處理步驟，及一出爐步驟。

在該沖壓步驟時，藉由一沖壓設備將一鈦板沖壓成一鈦產品。

在該清洗步驟時，將殘留於該鈦產品表面上的沖壓油 去除。

在該真空熱處理步驟時，將該鈦產品置於一真空裝置內，使該鈦產品處於真空環境中，接著利用一加熱器，加熱該鈦產品至一反應溫度，並維持一反應時間。

在該出爐步驟時，關閉該加熱器，並通入惰性氣體使該真空裝置破真空，接著等待該鈦產品回復至室溫後，取出該鈦產品。

本發明之功效在於：只需使用簡單的該真空裝置與該加熱器等設備，就能將形狀複雜的該鈦產品置於真空環境中，並加熱至該反應溫度，藉此使位於該鈦產品表面且呈隨機排列的鈦原子團，自組裝成週期性排列的晶粒。該鈦產品的表面均勻地佈滿晶粒後，就能具有更好的耐指紋能力。

41‧‧‧沖壓步驟

42‧‧‧清洗步驟

43‧‧‧真空熱處理步驟

44‧‧‧出爐步驟

5‧‧‧鈦產品

6‧‧‧真空裝置

7‧‧‧加熱器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明一種傳統的鈦及鈦合金表面處理的方法；圖2是一流程圖，輔助圖1說明該鈦及鈦合金表面處理的方法；圖3是一示意圖，說明本發明鈦及鈦合金表面處理的方法之一 第一實施例；圖4是一流程圖，輔助圖3說明該第一實施例。圖5是一個外觀比較圖，說明一個鈦產品在未經表面處理的情況下，對於耐指紋能力的表現；圖6是一個外觀比較圖，說明一個鈦產品經傳統的鈦及鈦合金表面處理的方法後，對於耐指紋能力的表現；及圖7是一個外觀比較圖，說明一個鈦產品經該實施例處理後，對於耐指紋能力的表現。

參閱圖3、4，本發明鈦及鈦合金表面處理的方法之一第一實施例，包含一沖壓步驟41、一清洗步驟42、一真空處理步驟43，及一出爐步驟44。

在該沖壓步驟41時，藉由一沖壓設備將一鈦板沖壓成一鈦產品5。在該清洗步驟42時，清洗並去除殘留於該鈦產品5表面上的沖壓油與其他雜質。

在該真空熱處理步驟43時，將該鈦產品5置於一真空裝置6內，使該鈦產品5處於真空度為10^-2Torr以下的環境中，藉此避免該鈦產品5氧化。接著利用一加熱器7，加熱該鈦產品至一反應溫度，並維持一反應時間。該反應溫度必須大於相變態點(885℃)，並小於熔點(1668℃)，且其中較佳的反應溫度在1050℃左右。在 加熱後，原本隨機排列於該鈦產品5表面的鈦原子團，就能較加熱前更快速地移動。另外，因為原子團呈週期性排列時的位能，相對低於呈隨機排列時的位能，故此時快速移動的鈦原子團將自動地自組裝成週期性排列的晶粒，且形成的晶粒大小與反應時間呈正比。另外，值得一提的是，由於加熱時熱量是均勻地分布於該鈦產品5，因此晶粒亦是均勻地在該鈦產品5的表面形成，因此該鈦產品5的幾何形狀不受到限制，可以是任意的形狀。

在該出爐步驟44時，先關閉該加熱器7，並通入一惰性氣體使該真空裝置6破真空，接著等待該鈦產品5冷卻至室溫後，就能將表面布滿晶粒的該鈦產品5取出。

取出後，可以用一個量測方法，以模擬並評價該鈦產品5的耐指紋能力。該量測方法主要依序包含四個步驟：步驟一、選定該鈦產品5表面上的一測試區，量測並記錄該測試區原始的色彩座標CIE(,,)。步驟二、在該測試區上塗抹凡士林，並靜置30分鐘，藉此模擬手指油膜附著於該鈦產品5的情形。步驟三、以乾布拭去該測試區的凡士林，藉此模擬指紋擦拭後的情形。接著再次量測並記錄此時該測試區的色彩座標CIE(,,)。步驟四、定義一評估顏色差異的公式，並以此作為耐指紋能力的評價方式。例如，若該測試區的△E數值越小，則代表擦拭指紋後的顏色，與原始的顏色差異性越少，故耐指 紋能力越強。

參閱表1，比較不同條件下該鈦產品5的△E值。未經過表面處理的該鈦產品5，其△E為11.9，若使用傳統的鈦及鈦合金表面處理的方法1，則△E將減少至10.2。而使用該第一實施例的方法，並在真空度為10^-2Torr、反應溫度為1050℃，且反應時間為4小時的條件下進行時，將可得到三者中最小的△E=5.1。

綜上所述，本發明鈦及鈦合金表面處理的方法，只需使用簡單的該真空裝置6與該加熱器7等設備，就能將形狀複雜的該鈦產品5置於真空環境中，並加熱至該反應溫度，藉此使位於該鈦產品5表面且隨機排列的鈦原子團，自組裝成週期性排列的晶粒。該鈦產品5的表面均勻地佈滿晶粒後，就能具有更好的耐指紋能力，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範 圍內。

Claims (4)

1. 一種鈦及鈦合金表面處理的方法，主要是依序包含：一沖壓步驟，藉由一沖壓設備將一鈦板沖壓成一鈦產品；一清洗步驟，去除殘留於該鈦產品表面上的沖壓油；一真空熱處理步驟，將該鈦產品置於一真空裝置內，使該鈦產品處於真空環境中，接著利用一加熱器，加熱該鈦產品至一885℃至1668℃的反應溫度，並維持一1至10小時的反應時間；及一出爐步驟，關閉該加熱器，並通入惰性氣體使該真空裝置破真空，接著等待該鈦產品回復至室溫後，取出該鈦產品。
2. 如請求項1所述的鈦及鈦合金表面處理的方法，其中，在該真空熱處理步驟中，該真空設備中的真空度小於10^-2Torr。
3. 如請求項1所述的鈦及鈦合金表面處理的方法，其中，在該真空熱處理步驟中，該反應溫度為1050℃。
4. 如請求項1所述的鈦及鈦合金表面處理的方法，其中，在該真空熱處理步驟中，該反應時間為4小時。