金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的製作方法

2023-06-03 09:14:26

本實用新型是有關一種金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構，特別是一種良率高、且能夠於金屬表面生成多種顏色的圖案的方法及其結構。

背景技術：

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。金屬機殼的表面處理技術逐漸備受重視。在金屬機殼的表面處理技術中，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，但長期曝露的結果，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，借電化學方法控制氧化層的生成，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，借不同化成反應，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，如圖1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，手觸摸有粘手的感覺，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的需求。

因此，若能夠設計出一金屬基材表面生成圖案的方法及其結構，能夠於金屬表面生成多種顏色的圖案，且生成多種顏色的圖案的過程中也不會影響其良率，除此之外，更能夠於陽極氧化膜表面的圖案位置呈現立體感，如此本創作應為一最佳解決方案。

技術實現要素：

本實用新型是關於一種金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構，能夠於金屬表面生成多種顏色的圖案，且生成多種顏色的圖案的過程中也不會影響其良率。

本實用新型是關於一種金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構，能夠於金屬基材表面的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生成立體圖案的結構，包含：一金屬基材，具有第一表面及第二表面，而該第一表面上具有一內含陰離子的灰階色墨水滲入形成的圖案；以及一陽極氧化膜，分別生成於該金屬基材的第一表面上及第二表面上，該金屬基材的第一表面上生成的陽極氧化膜表面會呈現高低不平立體狀，而該陽極氧化膜內部具有多個已封閉的孔洞，而該已封閉的孔洞內部具有單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水。

更具體的說，其中該內含陰離子的灰階色墨水滲入形成的圖案的金屬基材表面區域，該陽極氧化膜的生成速度較快，而沒有該內含陰離子的灰階色墨水附著的金屬基材表面區域，則該陽極氧化膜的生成速度較慢，因此所生成的陽極氧化膜表面經過封孔後則會呈現高低不平立體狀。

更具體的說，其中該陽極氧化膜以電鍍模式生成於金屬基材的第一表面及第二表面，而電鍍處理使用的一電解液及條件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，其中該金屬基材為鋁金屬。

如更具體的說，其中該內含陰離子的灰階色墨水為納米等級的著色劑，其徑度大小約為50～100nm。

更具體的說，其中該染料墨水為金屬滲透型的油墨，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。

附圖說明

圖1為現有技術金屬表面電鍍氧化膜著色示意圖。

圖2為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的流程示意圖。

圖3A為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3B為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3C為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3D為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3E為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3F為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3G為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

圖3H為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構的實施示意圖。

附圖標記說明

1 陽極氧化膜

11 孔洞

2 染料溶液

3 金屬基材

31 第一陽極氧化膜

311 孔洞

32 第二陽極氧化膜

321 孔洞

33 封孔陽極氧化膜

4 灰階色墨水

5 染料墨水

6 染料墨水

6』 染料墨水

7 染料墨水

7』 染料墨水

8 染料墨水。

具體實施方式

有關於本創作其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱圖2，為本實用新型金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的流程示意圖，由圖中可知，其步驟為：

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第一陽極氧化膜，而該第一陽極氧化膜表面具有多個孔洞201；

再透過具有多個噴墨頭之噴墨設備，依據要形成之圖案，於該第一陽極氧化膜之特定位置的多個孔洞內注入一內含陰離子的灰階色墨水，由於該內含陰離子的灰階色墨水是使用納米等級的著色劑，因此該灰階色墨水能夠向下滲透出該孔洞，並滲入於該金屬基材中202；

於靜置後再進行除鍍處理，以將該金屬基材表面所生成的第一陽極氧化膜去除203；

之後，再一次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具有多個孔洞的第二陽極氧化膜，並根據灰階色墨水的密度，呈現出氧化膜表面的粗糙度及生成高度，其中該第二陽極氧化膜會因該金屬基材表面具有該內含陰離子的灰階色墨水使其生成速度較快，並呈現凹凸不平立體狀204；

並再通過該噴墨設備的噴墨頭，依據要形成的圖案，於該第二陽極氧化膜的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，並再滲入於該第二陽極氧化膜中205；以及

最後，先清除該第二陽極氧化膜表面的多餘染料墨水後，再進行陽極氧化封孔處理，以將該第二陽極氧化膜表面的孔洞頂端封住，使一種以上顏色的染料墨水能夠留存於該孔洞內部206。

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現有技術的常識，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的第一陽極氧化膜，而該第一陽極氧化膜的高度約為8～24um；

其中，當進行陽極氧化電鍍處理時，使用的一電解液及條件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。

之後，當要進行第一次的著色時，如圖3A所示，則必須通過具有一個或多個噴墨頭(該噴墨頭能夠為電滲式、電壓式、吹氣式或氣泡式)的噴墨設備(圖中未示)，依據要形成的圖案，於該金屬基材3表面的第一陽極氧化膜31的特定位置的多個孔洞311內注入一內含陰離子的灰階色墨水4，而所注入之灰階色墨水4為金屬滲透型的油墨，該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，其中，該墨水以包含8種顏色為較佳實施；

另外更由於該灰階色墨水是使用納米等級且內含陰離子的著色劑，而該納米等級的著色劑的徑度大小約為50～100nm，因此如圖3A可知，該灰階色墨水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，且由於該灰階色墨水4為金屬滲透型的油墨及使用納米等級的著色劑，如圖3B，該灰階色墨水4會逐漸滲透該第一陽極氧化膜31，並再向下滲透至該金屬基材3內，而如此過程必須靜置約6小時，才能夠使該灰階色墨水4滲入該金屬基材3表面中；

之後，再將該金屬基材3浸泡於磷酸或是鉻酸或是氫氧化鈉或是氫氧化鐵或是氫氧化亞鐵中，並進行加熱到60～85℃後，如圖3C所示，則能夠去除該金屬基材3表面的第一陽極氧化膜31，然而去除該金屬基材3表面的第一陽極氧化膜31，並不會影響已滲入該金屬基材3表面中的灰階色墨水4。

之後，如圖3D所示，再一次進行陽極氧化電鍍處理，但由於該金屬基材3的部份表面已滲入有灰階色墨水4，而當進行陽極氧化電鍍處理來生成一第二陽極氧化膜32後，其中在未設置灰階色墨水位置所生成的該第二陽極氧化膜的高度約為8～24um，而在該內含陰離子的灰階色墨水4滲入形成的圖案的金屬基材3表面區域中，該第二陽極氧化膜32是以42～200倍速度生成，因此，沒有內含陰離子的灰階色墨水4附著的金屬基材表面區域，該第二陽極氧化膜32的生成速度較慢，因此如圖3D所示，同一時間的陽極氧化電鍍處理下，所生成的第二陽極氧化膜32表面則會呈現凹凸不平立體狀；

再進一步說，具有該內含陰離子的灰階色墨水4滲入形成的圖案的金屬基材表面3區域，其第二陽極氧化膜32的生成速度是沒有該內含陰離子的灰階色墨水4附著的金屬基材3表面區域的42～200倍。

再來則是著色的程序，如圖3D所示，通過具有多個噴墨頭的噴墨設備(圖中未示)，依據要形成的圖案，再次於該金屬基材3表面的第二陽極氧化膜32的特定位置的多個孔洞321內注入單一顏色或是兩種顏色以上混合的染料墨水5，而該染料墨水5由於是為金屬滲透型的油墨，因此如圖3D所示，該灰階色墨水4落於該孔洞321內後，會因重力的影響向下沉於該孔洞321內的底部，並逐漸滲入該第二陽極氧化膜32內部；

之後，再陸續添加不同顏色的染料墨水6,7,8，如圖3E所示，染料墨水6,7,8會因重力的影響會向下沉澱，故一邊會使該染料墨水6,8與染料墨水5的顏色交互混合，而另一邊則是該染料墨水7與染料墨水5的顏色交互混合，而顏色交互熟成後如圖3F所示，該染料墨水6,8與染料墨水5則會形成染料墨水6』、染料墨水7與染料墨水5混合則會形成染料墨水7』，由圖中可知，該第二陽極氧化膜32則分別被染料墨水6』、染料墨水5及染料墨水7』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洞321外，故必須清除該第二陽極氧化膜32表面的多餘染料墨水，而清除後的樣態如圖3G所示，之後，為了使染料墨水6』、染料墨水5、染料墨水7』能夠留存於該孔洞321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℃，以使該第二陽極氧化膜32表面及該染料墨水6』、染料墨水5、染料墨水7』表面能夠再生成一封孔陽極氧化膜33，以將該第二陽極氧化膜32表面的孔洞321頂端封住，而封孔後的樣態如圖3H所示。

本實用新型所提供的金屬表面電鍍氧化膜生成立體圖案的結構，與其他現有技術相互比較時，其優點如下：

本實用新型能夠於金屬表面生成多種顏色的圖案，且生成多種顏色的圖案的過程中也不會影響其良率，除此之外，更能夠於陽極氧化膜表面的圖案位置呈現立體感。

本實用新型已通過上述的實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在了解本實用新型前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本實用新型精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型專利保護範圍須視本說明書所附之權利要求書所界定的為準。