TWI790834B - 電漿電解拋光之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電漿電解拋光之方法，其係將一電源之陽極電性連接一工件，並將該電源之陰極電性連接一拋光液，並以一第一速率移動該工件至該拋光液，使該工件進行拋光，再持續以該第一速率移動該工件，並取得該工件、該拋光液以及該電源之一迴路之一電流值，當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件；其中，利用一進給裝置移動該工件，一監控裝置取得該迴路之該電流值，並對應調整該進給裝置之移動速率。

Description

電漿電解拋光之方法

本發明是關於一種電漿電解拋光之方法，尤其係可對應拋光狀況調整工件進給速率之電漿電解拋光之方法。

電漿電解拋光技術為一全面性拋光方式，其有效地突破難加工金屬製品的挑戰；電漿電解拋光技術係利用高壓電場與拋光液，於工件表面形成氣膜以及介面高電壓差之電場，藉此使氣膜內產生電漿能量轟擊效應，去除工件表面電解氧化膜層，達成表面拋光效果，而電漿電解拋光方式具有一特性，其係拋光所需之電流和欲拋光工件之面積成正比。

習知電漿電解拋光技術於操作時，常發生工件浸入拋光液之速率過快，使工件表面在未達氣膜穩定生成狀態前，電流產生劇烈波動、電流上升過快，使功率過負載導致製程失敗；而習知應對方式僅能依經驗緩慢沉浸工件進入拋光液之方式，以求拋光操作穩定，其欠缺對製程變化之機制掌握與監測能力，故操作者無法有效優化工件沉浸速度條件，例如在不同拋光批次由於拋光液導電度改變影響沉浸速度略有變化，亦僅能以固定慢速實施以求穩定，並於全段拋光製程步驟實施後方能檢視拋光成效，產生製程品質不一、產率無法提升，且不同材料拋光前須耗費大量人為前置試誤操作經驗累積，耗時耗力之問題，因此相關產業極需一種能對應調整工件進給速率之電漿電解拋光方法及裝置。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種電漿電解拋光之方法，其利用一進給裝置移動欲加工之工件，並藉由監控裝置取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整進給裝置之移動速率。

本發明之一目的在於提供一種電漿電解拋光之方法，其係先以一速率移動欲加工之工件，並取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整該移動速率，避免工件於拋光時，移動過快或過慢，使電漿電解拋光之製程失敗。

本發明之一目的在於提供一種電漿電解拋光之裝置，其利用一進給裝置移動欲加工之工件，並藉由監控裝置取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整進給裝置之移動速率，避免工件於拋光時，移動過快或過慢，使電漿電解拋光之製程失敗。

為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種電漿電解拋光之方法，其係電漿電解拋光一工件，該電漿電解拋光之方法步驟包含：將一電源之一陽極電性連接一工件，並將該電源之一陰極電性連接一拋光液；以一第一速率帶動該工件向該拋光液移動，使該工件進行拋光；持續以該第一速率帶動該工件，使該工件接觸該拋光液之一面積增加，並取得該工件、該拋光液以及該電源之一迴路之一電流值；當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件；利用此方法，提供可對應調整進給速度之電漿電解拋光方法。

本發明之一實施例中，其中該電源之一電壓值係大於260V。

本發明之一實施例中，其中該拋光液係一硫酸銨拋光液。

本發明之一實施例中，其中該預設電流值範圍之一最大預設電流值以及最小預設電流值對應該工件移動之位移增加。

本發明之一實施例中，其中於當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件之步驟中，該電流值大於該最大預設電流值時，該第二速率小於該第一速率。

本發明之一實施例中，其中於當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件之步驟中，該電流值小於該最小預設電流值時，該第二速率大於該第一速率。

本發明之一實施例中，其中該工件接觸該拋光液並進行拋光時，會經過一電流穩度狀態以及一電流不穩度狀態，當該電流穩度狀態時之該工件之移動速率大於該電流不穩度狀態時之該工件之移動速率。

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，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：

有鑑於上述習知技術之問題，本發明係利用一電源之陽極電性連接一工件，並將該電源之陰極電性連接一拋光液，並以一第一速率移動該工件至該拋光液，使該工件進行拋光，並取得該工件、該拋光液以及該電源之一迴路之一電流值，當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，對應以一第二速率移動該工件；其中，藉由一進給裝置移動該工件，一監控裝置取得該迴路之該電流值。

請參閱第1圖，其為本發明之實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例中，其係一種電漿電解拋光之方法，其步驟包含：

步驟S02：將電源之陽極電性連接工件，並將電源之陰極電性連接拋光液；

步驟S04：以第一速率帶動工件向拋光液移動，使工件接觸拋光液並進行拋光；

步驟S06：持續以第一速率帶動工件，使工件接觸拋光液之面積增加，並取得工件、拋光液以及電源之迴路之電流值；以及

步驟S08：當電流值大於或小於預設電流值範圍時，以第二速率移動工件，其中第二速率與第一速率不同。

再次參閱第1圖以及參閱第2A至第2C圖，第2A圖至第2C圖為本發明之實施例之作動示意圖，如圖所示，本實施例係利用一種電漿電解拋光之裝置1電漿電解拋光一工件2達成該電漿電解拋光之方法，該電漿電解拋光之裝置1包含，一進給裝置10、一槽體20、一電源30以及一監控裝置40。

接續上述，於本實施例中，該進給裝置10夾設該工件2，並用於移動該工件2，該槽體20對應設置於該進給裝置10之一下方，該槽體20之一內側設置該拋光液22，如上所述，該電源30之陽極電性連接該工件2，該電源30之陰極電性連接該槽體20，進一步該工件2、該拋光液22、該槽體20以及該電源30形成一迴路32，該監控裝置40電性連接該進給裝置10以及該迴路32，該監控裝置40傳輸一控制訊號42至該進給裝置10；於本實施例中，該槽體20之材料可為金屬，使該槽體20與該拋光液22及該電源30電性連接。在另一實施例中，該電源30之陰極並未透過槽體20與該電源30形成一迴路32(圖未示)，而是陰極直接浸泡於拋光液22中，因此該工件2、該拋光液22、該陰極以及該電源形成一迴路。

接續上述，於本實施例中，該進給裝置10包含一馬達12、一進給軸件14以及一夾持組件16，該馬達12電性連接該監控裝置10，並接收該控制訊號42，該進給軸件14之一端樞接於該馬達12，該進給軸件14之另一端設置該夾持組件16，該夾持組件16夾設該工件2，避免該工件2滑落，於本實施例中，該馬達12旋轉該進給軸件14使該進給軸件14帶動該工件2上下移動。

再次參閱第1圖以及參閱第2A至第2C圖，如圖所示，於該電漿電解拋光之方法之步驟S02中，將該電源30之陽極電性連接該工件2，並將該電源30之陰極電性連接該拋光液22，於本實施例中，該拋光液22係設置於該槽體20之一內側，該槽體20電性連接該電源30之陰極。

接續上述，於步驟S04中，該進給裝置10以一第一速率帶動該工件2向該拋光液22移動，使該工件2之表面接觸該拋光液22進行拋光；該工件2之表面接觸該拋光液22之過程中，該電源30施加高電壓，該工件2之表面產生氧化還原反應，形成氧化物膜，以及該工件2之表面與該拋光液22由於高壓瞬而短路，使表面拋光液沸騰形成包圍該工件2之一氣膜3，該氣膜3進而隔絕該工件2與該拋光液22，且因高壓電場於該氣膜3中形成電漿能量，進一步移除該工件2之表面之氧化物膜，達到拋光效果。

接續上述，於本實施例中，該電源30之一電壓值係大於260V，較佳為260V~400V，且該拋光液22係一硫酸銨拋光液，但本實施例不在此限制。

再次參閱第1圖至第2C圖以及參閱第3圖，第3圖為本發明之實施例之電性連接示意圖，如圖所示，於步驟S06中，該進給裝置10持續以該第一速率帶動該工件2向該拋光液22移動，使該工件2浸入該拋光液22之一面積對應增加，並藉由該監控裝置40取得該工件2、該拋光液22以及該電源30之該迴路32之一電流值322。

接續上述，如第4圖所示，其底下為該工件2於該拋光液22中進行拋光，該工件2之電流及時間變化於理想狀態曲線(Current-Time Characteristic)；其可觀察到若當該工件2浸泡於該拋光液22中，浸泡時間逐步增加時，於階段1為典型的法拉第電解現象，並遵從歐姆定律，電流隨時間升高並於陽極之該工件2產生電解氧氣泡，屬於電流穩度狀態；當時間至階段2時，電流升高，並依焦耳定律，該工件2與該拋光液22接觸之部分表面，產生大量熱量升溫至沸騰，沸騰氣泡與電解生成氣泡同時產生，形成不完全包覆該工件2之該氣膜3，此階段之該氣膜3使電流呈現不規則，且大幅度之波動，屬於電流不穩定穩度狀態；最終隨接觸之時間增加至階段3時，因該拋光液22薄膜沸騰完全形成包覆該工件2之該氣膜3，達到幾近絕緣之條件，又因高電壓，使該氣膜3內側產生電漿拋光效應，此時電流呈現穩定，屬於電流穩度狀態；於一實施例中，電流穩度狀態時之該工件2之速率大於電流不穩度狀態時之該工件2之速率。

再次參閱第1圖至第4圖，於步驟S08中，當該監控裝置40取得之該電流值322大於或小於一預設電流值範圍50時，該監控裝置傳輸該控制訊號42至該進給裝置10，該進給裝置10以一第二速率移動該工件2，於本實施例中，該監控裝置傳輸該控制訊號42至該進給裝置10之該馬達12，該馬達12對應調整轉速，使該進給軸件移動該夾持組件16及該工件2之速率改變。

接續上述，該預設電流值範圍50包含一最大預設電流值52以及一最小預設電流值54，該最大預設電流值52以及該最小預設電流值54對應該工件2移動之位移增加；當該監控裝置40取得之該電流值322大於該最大預設電流值52時，該第二速率小於該第一速率，即係該進給裝置10降低原先移動該工件2之速度，減緩該電流值322之上升速度，避免電流上升過快，使裝置之功率過負載導致電漿電解拋光裝置停機或有損毀風險；當該監控裝置40取得之該電流值322小於該最小預設電流值54時，該第二速率大於該第一速率，即係該進給裝置10升高原先移動該工件2之速度，避免該工件2之拋光精度不平均。

本實施例之電漿電解拋光方法極其裝置，係以電漿複合電解，以電源正極連接金屬工件做為陽極端，負極連接金屬材或可導電設計拋光槽作為陰極端，其中拋光槽包含拋光液，開啟電源後，藉由拋光液導電度數據量測與回饋，可另附加參照材料別對應之加工參數資料庫比對，自動設定初始工件移動速率預設值後，使陽極端金屬工件移動浸入拋光槽內拋光液，當工件開始接觸拋光液浸入過程中即開始持續監測電流變化並待氣膜穩定形成後之穩定電流特徵，該電流特徵ICF係以特定時間範圍內電流計算波峰因數(CF, Crest Factor；PAR, Peak-to-Average Ratio)為基礎。

綜上所述，本發明提供一種電漿電解拋光之方法，其利用上述方法及裝置，可優化調適電漿電解拋光加工速率，並對製程失效及時發出警報，調整工件進給伺服單元連動，減緩進給速度恢復製程氣膜穩定性、或及時停機避免持續進行失效拋光製程以減少工時、折損工件與電能浪費，解決習知電漿電解拋光方法及裝置，僅能依經驗緩慢沉浸工件進入拋光液，以求拋光操作穩定，其欠缺對製程變化之機制掌握與監測能力，產生製程品質不一、產率無法提升，且不同材料拋光前須耗費大量人為前置試誤操作經驗累積，耗時耗力之問題。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1:電漿電解拋光之裝置 2:工件 3:氣膜 10:進給裝置 12:馬達 14:進給軸件 16:夾持組件 20:槽體 22:拋光液 30:電源 32:迴路 322:電流值 40:監控裝置 42:控制訊號 50:預設電流值範圍 52:最大預設電流值 54:最小預設電流值 S02:步驟 S04:步驟 S06:步驟 S08:步驟

第1圖：其為本發明之實施例之結構示意圖； 第2A圖至第2C圖：其為本發明之實施例之作動示意圖； 第3圖：其為本發明之實施例之電性連接示意圖；以及 第4圖：其為本發明之實施例之電流與時間於理想狀態關係示意圖。

S02:步驟

S04:步驟

S06:步驟

S08:步驟

Claims (6)

1. 一種電漿電解拋光之方法，其係電漿電解拋光一工件，該電漿電解拋光之方法步驟包含：將一電源之一陽極電性連接該工件，並將該電源之一陰極電性連接一拋光液；以一第一速率帶動該工件向該拋光液移動，使該工件接觸該拋光液並進行拋光；持續以該第一速率帶動該工件，使該工件接觸該拋光液之一面積持續增加，並取得該工件、該拋光液以及該電源之一迴路之一電流值；以及當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件，其中該第二速率與該第一速率不同；其中該工件接觸該拋光液並進行拋光時，會經過一電流穩度狀態以及一電流不穩度狀態，當該電流穩度狀態時之該工件之移動速率大於該電流不穩度狀態時之該工件之移動速率。
2. 如請求項1所述之電漿電解拋光之方法，其中該電源之一電壓值係大於260V。
3. 如請求項1所述之電漿電解拋光之方法，其中該拋光液係一硫酸銨拋光液。
4. 如請求項1所述之電漿電解拋光之方法，其中該預設電流值範圍之一最大預設電流值以及最小預設電流值對應該工件移動之位移增加。
5. 如請求項4所述之電漿電解拋光之方法，其中於當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件之步驟中，該電流值大於該最大預設電流值時，該第二速率小於該第一速率。
6. 如請求項4所述之電漿電解拋光之方法，其中於當該電流值大於或小於一預設電流值範圍時，以一第二速率移動該工件之步驟中，該電流值小於該最小預設電流值時，該第二速率大於該第一速率。

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