TWI631238B - Processing method for progressive dyeing of workpiece surface - Google Patents

Abstract

本發明旨在揭露一種工件表面漸層染色之處理方法，其利用一第一陽極以及一第二陽極分別連接一工件進行陽極氧化處理，並且於陽極處理過程中，藉由該些陽極之不同導電率而得以控制電流大小，俾使於工件之表面形成一氧化層，更將氧化層形成一複數個孔徑、深淺不一之孔洞所構成之多孔結構。爾後，將工件進行染色處理，使至少一染料附著於多孔結構，並且依據多孔結構之該些孔洞分佈關係，而於工件之表面形成一漸層色澤。

Description

工件表面漸層染色之處理方法

本發明係有關於一種工件表面漸層染色之處理方法，其尤指一種可對工件進行漸層染色之方法。

經查，史前時代一般泛指人類產生到文字出現之間的時代，對於人類劃分史前時代，係根據人類對工具之運用程度而將史前時代區分為三個時期，亦即「石器時代」、「青銅時代」以及「鐵器時代」。因此，早在亙古時期人類就已經懂得利用金屬作為生產工具以促進社會發展。

自然界中具有多種純金屬，而科學界係將金屬依照元素週期表進一步劃分為各類細項。金屬可解釋為一種具有光澤、延展性佳、導電率高、導熱性強等基本特性之物質，因此在各種領域應用中，皆可見金屬材料之蹤跡。

舉例而言，在現代種類繁雜之金屬材料中，「鋁」即為一已成為人類重要發展之基礎元件，其為地殼中第三大豐度的元素，結構本身為易於延展之銀白色輕金屬，且具有低密度、耐腐蝕性、良好之導電導熱性而受到相當程度之重視。時至今日，鋁已經成熟發展至一定階段，如航空、航太、交通、結構材料等領域，皆可見鋁之單質、合金、氧化物、化合物等施行結合運用。

為了充分發揮鋁材於正常工作情況下所應具備之機械性能，抑或於加工過程中保持、提升其工藝性能，一般會將鋁材表面進行處理(或稱為表面加工)，其主要目的係為了改善金屬本身之物理、機械或/及化學性質而衍生之加工技術。透過加工完成之金屬材料能夠提升耐腐蝕性、耐磨耗、耐熱、延長材料壽命等改善材料性質之優點，更可用於增加外觀之光澤、色彩度以強化產品的附加價值，如陽極氧化處理即為其中之一針對鋁表面進行加工處理之技術。

陽極氧化處理(Anodizing)為透過化學或者是電化學方法，將一工件之表面生成一種具有該工件成分之皮膜層。以電化學加工方式進行鋁材陽極氧化處理為例，係將加工材料與陰極連接，鋁作為一工件與陽極連接，並且放置於電解質溶液中通電施以一定電壓、電流進行電解氧化處理，而於鋁材表面形成一氧化鋁膜層。該氧化鋁膜層相較於一般鋁材本身所自行氧化之氧化層係有所區隔。一般鋁材因天然氧化所生成之氧化層，容易受到各種因素影響而導致剝落，諸如長期曝曬、外力碰撞、環境之濕氣、酸鹼值等原因，進而降低鋁材本身之性能。

然而，經由陽極氧化處理後之鋁材，其耐腐蝕性、耐磨性乃至於裝飾性都有顯著之提升與改善。藉由陽極氧化處理之鋁材所形成之氧化鋁皮膜層包含優秀的滲透性，可將鋁材進行染色處理，並且依據使用者之需求，而於鋁材之氧化鋁皮膜層進行著色，俾使鋁材之表面形成各式顏色及花樣。

又，參酌一般工件進行陽極氧化處理搭配染色程序，係有教示選用具有不同比例成分之工件進行陽極氧化處理，而於該工件之表面形成深淺不一的氧化皮膜層，再透過染色處理於工件表面形成漸層色彩之態樣。或者是將工件陽極氧化處理後，透過一噴墨設備之噴墨頭，並依照使用者之需求於特定位置注入單一或複數個顏色混合，以於工件之表面形成具有漸層、花樣或複數個顏色表現之樣式。

惟，前段揭示之該些技術手段的方法繁複，亦即需要選用不同比例成分之相同工件進行陽極氧化處理方可據以實現。或者是利用噴墨設備噴塗於工件之表面特定位置，乃尚須仰賴噴墨設備之搭配，以及經由使用者之需求訂定參數方可實行漸層染色。有鑑於此，本發明人遂針對無須選用不同成分比例之工件，以及不用搭配噴墨設備設定噴塗特定樣式，即可於其表面實施漸層染色進行改良，並且強化工件染色後之色彩固著度，以期解決先前技術手段之待改進缺失。

本發明之一目的係提供一種工件表面漸層染色之處理方法，其係使用不同導電率之一第一陽極以及一第二陽極分別連接於一工件進行陽極氧化處理，並且依據該些陽極之導電率控制電流大小，而於工件之表面形成一具有多孔結構之氧化層，爾後將工件進行染色處理，以於工件之表面形成一漸層色澤。

為了達成上述之目的，本發明為一種工件表面漸層染色之處理方法，其包含以下步驟: 提供一工件； 陽極氧化處理該工件，而形成一氧化層於該工件之表面，使用一第一陽極及一第二陽極，分別連接該工件，該第一陽極與該第二陽極具有不同導電率；以及 將該工件進行染色處理，使至少一染料附著於該氧化層之一多孔結構，而於該工件之表面形成一漸層色澤。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，僅佐以實施例及配合詳細之說明，說明如後:

參閱第一圖，其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第一實施例的流程圖。如圖所示，本發明之工件表面漸層染色之處理方法，首先如步驟S20所示，提供一工件；之後如步驟S40所示，陽極氧化處理該工件，而形成一氧化層於該工件之表面，使用一第一陽極及一第二陽極，分別連接該工件，該第一陽極與該第二陽極具有不同導電率；以及如步驟S60所示，將該工件進行染色處理，使至少一染料附著於該氧化層之一多孔結構，而於該工件之表面形成一漸層色澤。

請一併參閱第二圖，其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第一實施例的加工示意圖，本發明對工件1進行陽極氧化處理，係可利用化學或者是電化學方法施行，於本發明之第一實施例中，係採用鋁材作為一工件1，且以電化學加工方式進行說明。如圖所示，將一第一陽極20以及一第二陽極22與一電源供應器5之正極電性連接，工件1分別與第一陽極20和第二陽極22連接，並置放於一電解槽4中，電解槽4中放置電解溶液40，電源供應器5之負極與一陰極棒3電性連接，而將陰極棒3置放於電解溶液40中，陰極棒3可為一鉛板；其中，第一陽極20與第二陽極22之導電率不同，工件1之材質可為金屬單質、金屬合金、金屬化合物、金屬氧化物，或者是上述任一組合之群組之一者，更可以是其他可以被氧化並且符合陽極氧化處理作業之材料亦可為之，並不以此為限。

請一併參閱第三A圖、第三B圖，其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之氧化層示意圖一、氧化層示意圖二。本發明對工件1進行陽極氧化處理時，使用者係可依據訴求而操控電解氧化之電流大小以決定氧化層10成型之態樣。例如可以先行操作第一陽極20對工件1進行電解氧化至一定時間，之後再接續加入第二陽極22對工件1進行如第一陽極20之相同作業，或者是之後切換為僅由第二陽極22對工件1進行電解氧化，當然也可以是控制第一陽極20以及第二陽極22同時對工件1進行電解氧化作業。

詳言之，如第三A圖所示，係先將第一陽極20與電源供應器5之正極的電性連接關係呈現導通狀態，第二陽極22與電源供應器5之正極的電性連接關係呈現關閉狀態。此時，陰極棒3和電源供應器5之負極的電性連接關係呈現導通狀態，而使工件1與第一陽極20於電解槽4之電解溶液40中進行電解氧化作業，第二陽極22則並未與工件1進行電解氧化作業。於此，工件1根據第一陽極20之導電率所提供之電流大小，而於表面形成之氧化層10，大致上呈現為一較均勻之孔洞100結構。

之後，如第三B圖所示，切換第一陽極20以及第二陽極22與電源供應器5之電性連接關係，即第一陽極20與電源供應器5之正極的電性連接關係呈現關閉狀態，第二陽極22與電源供應器5之正極的電性連接關係呈現導通狀態，而由第二陽極22和工件1進行電解氧化作業。於此，工件1依據第二陽極22之導電率所提供之電流大小，而於表面形成之氧化層10，係表現出複數個孔徑、深淺不一之孔洞100結構。

第三B圖所示之氧化層的表現方式，也可藉由第一陽極20以及第二陽極22與電源供應器5之正極的電性連接關係皆呈現導通狀態，而同時對工件1進行電解氧化作業所得。或者是第一陽極20與工件1進行電解氧化至一定時間後，接續加入第二陽極22進行相同作業至一段時間。本發明對工件1進行陽極氧化處理時，工件1因電解氧化關係而於各個部位開始溶解出鋁離子，加上受到第一陽極20與第二陽極22之不同導電率影響，使得提供電解氧化之電流大小不同，造成工件1之溶解速率不一致，導致工件1於各個部位之溶解程度不同而形成凹凸不平之表面，此凹凸不平之結構即為鋁離子所沉積組成，而建構出複數個孔徑、深淺不一之孔洞100。

當工件1經陽極氧化處理完成後，即接續對工件1進行染色處理，染色處理之染料可選用有機染料、無機染料，或者是上述兩者所組合之染料。染料之顏色選擇為至少一種以上，例如可於工件1之一端(如左半部)採用一種顏色進行漸層染色，工件1之另一端(如右半部)選用另一種顏色進行漸層染色，俾使工件1之色彩表現並非僅能為單一顏色之漸層色澤。由於氧化層10之多孔結構乃為孔徑、深淺不一之孔洞100所分布，因此當染料附著於工件1之表面時，將形成一具有漸層色澤之成品。本發明之工件1經陽極氧化處理過程中控制電流大小，係為了取得氧化層10之多孔結構，而利於後續進行染色處理工序時，能夠透過多孔結構表現出漸層色澤。

一般工件1未進行陽極氧化處理之前，無論採用何種染色方法，皆無法有效將染料附著於工件1上，茲因工件1不具有氧化層10之多孔結構，而無法將染料附著於孔洞100中。再者，傳統陽極氧化處理之方法，僅能生成如第三A圖所示之多孔結構，因為僅採用單一導電率之加工材料2進行電解氧化所致，加上其所生成之多孔結構大致上呈現一均勻分布關係，而無法將染料附著於多孔結構上時，利用多孔結構之孔徑、深淺的排列落差呈現一高精度之漸層色澤。於此，經由陽極氧化處理後之工件1，能夠利用氧化層10之多孔結構有效提升色彩之固著性，並且藉由本發明之處理方法所得之多孔結構，即得以實現工件1之表面染色後具有漸層色澤表現，而毋須搭配其他噴墨設備輔以參數設定於工件1之特定位置噴塗色彩，抑或選用不同成分比例之工件進行陽極氧化處理，方可據以實施。

參閱第四圖，其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第二實施例的流程圖。如圖所示，本發明之工件表面漸層染色之處理方法，其第二實施例與第一實施例之差異，在於工件進行陽極氧化處理之前，更包含一步驟S30，其係於提供工件之後，先行對工件進行諸如拋光、脫脂、鹼洗、酸洗、除油、蠟或/及其他雜質與清洗等前處理作業，以符合工件實施陽極氧化處理之加工要件。此外，針對不同物理/化學性質之工件，本領域技術人員能夠依據需求優選增、減前處理之步驟流程，並不以本發明所揭示為限，此為習知技藝而茲不再贅述。

參閱第五圖，其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第三實施例的流程圖。如圖所示，本發明之工件表面漸層染色之處理方法，其第三實施例與第一實施例之差異，在於工件進行染色處理之後，更包含一步驟S70，即將工件進行封孔處理。為了使染色完成之工件的色彩固著、防汙以及抗腐蝕性提升，需要將氧化層之多孔結構予以封閉，以提升工件之質量與致密性。經查，陽極氧化皮膜的封孔技術有採用熱封孔、冷封孔以及電泳塗裝等方法，本發明之封孔處理係可根據操作者之訴求而採用上述任一方法，或者是以組合方式於工件之表面進行封孔作業。

綜上所述，本發明教示之處理方法所取得之多孔結構，可於工件進行染色處理後表現出一高精度之漸層色澤，該多孔結構係採用不同導電率之一第一陽極及一第二陽極分別連接工件進行陽極氧化處理，藉以控制電解氧化之電流大小，而於工件之表面形成複數個孔徑、深淺不一之孔洞所組成的氧化層結構。同時亦可加入前處理步驟以使工件符合陽極氧化處理之加工要件，以及利用封孔處理步驟強化染色完成之工件的色彩固著度、防汙、抗腐蝕性等優化工件成品之精度。

S20~S70‧‧‧步驟

1‧‧‧工件

10‧‧‧氧化層

100‧‧‧孔洞

20‧‧‧第一陽極

22‧‧‧第二陽極

3‧‧‧陰極棒

4‧‧‧電解槽

40‧‧‧電解溶液

5‧‧‧電源供應器

第一圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第一實施例的流程圖； 第二圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第一實施例的加工示意圖； 第三A圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之氧化層示意圖一； 第三B圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之氧化層示意圖二； 第四圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第二實施例的流程圖；以及 第五圖:其為本發明之工件表面漸層染色之處理方法之第三實施例的流程圖。

Claims (6)

1. 一種工件表面漸層染色之處理方法，其包含以下步驟：提供一工件；陽極氧化處理該工件，而形成一氧化層於該工件之表面，使用一第一陽極及一第二陽極，分別連接該工件，該第一陽極與該第二陽極具有不同導電率；該第一陽極先與該工件進行陽極氧化，爾後由該第二陽極與該工件進行陽極氧化，使該氧化層之一多孔結構產生複數個孔徑、深淺不一之孔洞；以及將該工件進行染色處理，使至少一染料附著於該多孔結構，而於該工件之表面形成一漸層色澤。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工件表面漸層染色之處理方法，其中該工件之材質為金屬單質、金屬合金、金屬氧化物、金屬化合物或上述任一組合之群組之一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之工件表面漸層染色之處理方法，其中該工件為鋁。
4. 如申請專利範圍第1項所述之工件表面漸層染色之處理方法，其中更包含一封孔步驟，其於染色處理步驟之後，將該工件進行封孔處理。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工件表面漸層染色之處理方法，其中更包含一前處理步驟，其於提供該工件步驟之後，將該工件進行清洗作業。
6. 如申請專利範圍第1項所述之工件表面漸層染色之處理方法，其中該染料為有機染料、無機染料或上述兩者組合之群組。