高光澤性鎂合金表面處理方法
2023-05-14 04:41:06
專利名稱：高光澤性鎂合金表面處理方法
技術領域：
本發明涉及電化學相關的電鍍及化學鍍工藝及物理研磨拋光工藝，具體涉及一種提高鎂合金表面處理後的平整光澤性質的製程方法，背景技術鎂合金工件之胚件不論是以什麼方式製作，其表面均是粗糙而無光澤可言，可見光反射率極少超過30％，平整度RA值及少低於20μm。主要的原因有三其一是鎂合金之熱膨脹係數過大，一般都超過20μm/m/℃以上，在熱成型的過程中不可避免的產生縮水的條紋。其二是大部份的鎂合金是以六方最密堆積的晶型存在，於固態時要變型的滑動方向很有限，運用冷成型的過程中，經常產生滑移帶(slipbands)及雙晶結構(deformation twin)的結果，並以粗糙來表現。其三是鎂合金特不耐蝕，在潮溼大氣中易於產生晶間腐蝕，更是難以產生光潔的表面。
經過查詢，在現今任何資料，均未發現相關鎂合金之平整、光澤、鏡面的表面處理技術。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可使得鎂合金工件表面具較平整、光澤甚至到達鏡面效果的鎂合金表面處理方法。
本發明為申請人之前所申請之「鎂合金工件之表面處理方法、處理所得的工件及用於該方法之各組成物，申請號為200610081021.6」所述技術之延伸使用技術。前述發明提供了在鎂合金表面高附著力之金屬鍍層製作技術，本發明則在高附著力之金屬鍍層表面提供了鏡面處理之製作技術。
實現本發明的發明目的技術方案如下
本發明高光澤性鎂合金表面處理方法包括如下步驟1)、先對鎂合金工件表面進行前處理；2)、在經處理後的鎂合金外側鍍有一層高附著性的鎳或鎳合金鍍層；3)、在前述鎳或鎳合金鍍層的外側鍍有一層或一層以上的軟金屬鍍層，然後再進行拋光；4)、在經拋光後的軟金屬鍍層之外鍍有一層或一層以上的硬而光澤性的金屬鍍層。
其中所述的一層或一層以上的軟金屬鍍層為銅、錫、鋅、銦、鉍、銻、銀中的一種或一種以上金屬的合金鍍層。
電鍍軟金屬的操作條件為溫度為55～65℃，操作時間為0.5～1小時，電流密度1.5～2.5A/dm2，。在化學鍍鎳表面進行電鍍軟金屬步驟，其目標是在鎂合金表面布敷一層可供拋光的金屬材料。因為是使用電鍍施工，可以選擇錫、鎘、銅、金、銀、鋅、銦或者以上之各金屬之合金鍍層。選擇之理由是軟金屬之拉申率(Ductility)較高；拉申率是金屬塑性的指標，在技術意義上，材料具有一定的塑性容量，可以使工件受載時通過局部發生的塑性變形，而使應力重新分布，從而減少應力集中的程度，避免脆斷的傾向。又如金屬的塑性較大，則該金屬的塑性變形與形變強化相結合，使其後的拋光這種金屬冷變形成型加工較為有利。表一列出可運用於本發明之軟金屬。另外一個選擇槽浴的重點是槽浴必須不對鎂合金底材造成腐蝕的問題，可以確認的是氰化槽浴及鹼浴(如錫酸鉀浴)不會對鎂合金造成腐蝕。
所述3)步驟中對軟金屬鍍層進行拋光是採用噴砂、噴丸、物理拋光、震動研磨方法中的一種或一種以上的組合，在軟金屬表面進行拋光步驟，其目標是提高工件表面的平整性並封閉工件表面的微孔，來達到平整光亮(Ra＜0.01)之效果。表二是本發明在執行拋光步驟時所使用的方法及標準。
電鍍光澤硬金屬步驟，目標在於對經過拋光的軟金屬提供耐磨、抗蝕、進一步光澤之效果。由於此時的鎂合金工件已經被化學鍍鎳及經過拋光的軟金屬所包裹，對具有腐蝕性的電鍍液較能承受，故可選用鍍銅之硫酸浴，鍍鎳之伍茲鍍浴(硫酸鍍浴)、氨基磺酸鍍浴、氟硼酸鍍浴、氯化浴，鍍鋅之酸性鍍浴，鍍錫之酸性鍍浴，鍍金、鍍銀、鍍鈀、鍍銠中的一種或其組合。依照供貨商所提供的添加劑做適當的補充。
電鍍硬而光澤性的金屬鍍層的操作條件溫度為45～55℃，操作時間為0.5～1小時，電流密度1～2A/dm2。
表一可運用於本發明之軟金屬
表二執行拋光步驟時所使用的方法及標準
依據以上製程所完成之鎂合金表面處理工件，運用200萬畫素的數字相機拍攝網格線的反射影像(如圖2所示)，並以裸視分析可判讀之字號，即可取得鎂合金表面處理工件之鏡面程度指標。
圖1為本發明的工藝流程圖。
圖2為反射影像模糊指針量測圖。
圖中標號說明1-鎂合金工件2-光源3-數位相機4-字型影像
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例進一步說明本發明是如何實現的實施例如圖1所示，本發明鎂合金工件表面處理方法，系將待處理的鎂合金工件依下列步驟逐一處理，包括首先對鎂合金工件表面進行前處理步驟，之後對鎂合金表面執行高附著性之化學鍍鎳步驟，之後在化學鍍鎳表面進行電鍍軟金屬步驟，之後在軟金屬表面進行拋光步驟，之後在經拋光之表面進行電鍍光澤硬金屬步驟等。本發明所處理的鎂合金工件採用美規AZ61A(成分如表三所示)，其材料及機械性質規範符合ASTM B 90M-85，以證驗本發明所能產生的效益。另，鎂合金工件尺寸為長10cm*寬5cm*厚2mm，在四端各鑽3mm的小孔作為掛架及導電的固定點。
表三AZ61A鎂合金工件成分表
首先對鎂合金工件表面進行前處理步驟，及之後對鎂合金表面執行高附著性之化學鍍鎳步驟已如申請人之前所申請之「鎂合金工件之表面處理方法、處理所得的工件及用於該方法之各組成物，申請案號為200610081021.6」所闡述。
前處理步驟細分為，1)均質化步驟，系藉超聲波脫脂、化學拋光，攻擊鎂合金晶間的預處理方式，將鎂合金進行脫脂並使密排六方形的晶體裸露於外，其中超音波脫脂是以介電偶極性高的有機溶劑及鹼性的除鏽配方及超音波方法組合成，可對鎂合金工件進行脫脂除鏽效果及最低的化學侵蝕。該有機溶劑可採用包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等介電偶極性高的有機溶劑。而該除鏽配方可採用包括乳酸、蟻酸、醋酸、草酸、琥珀酸等具鰲合能力的有機酸，及十二烷基磺酸鈉、1，2磷酸烷基酯等陰離子界面活性劑。而化學拋光是選用氟酸、氟化氨及硝酸混合液溶蝕工件表面的氧化皮膜，並施以330kHz的超音波，以達到將鎂合金密排六方形的晶體裸露於外。2)置換與滲透接合步驟，系藉具抗氧化性與觸媒性之溶液置換鎂合金工件的表面，並以晶型漸序變化的化學沉鎳鋅合金溶液，將鎂合金工件進行第一次化鍍，促使密排六方形晶型能夠滲透到化鍍層的內部，使化鍍層與鎂合金強韌附著，達到緊密接合，其中具抗氧化性與觸媒性的溶液是以氟酸、氟化氨及氧化鋅、碳酸鎳所製備之溶液，可於鎂合金工件的表面置換出包括鎳、鋅及氟化鎂的薄層，此薄層首先提供了後續施工所需的抗氧化保護層；並在下一工序(化學沉鎳鋅合金)中擔任啟動觸媒的角色；在施工完成前最後熱處理時，微量的鋅金屬擔任固融滲透，黏結鍍層的角色。而晶型漸序變化的化學沉鎳鋅合金溶液41是以氟化氨及氧化鋅、碳酸鎳、檸檬酸、次磷酸鈉所製備之溶液，其目的是在施工完成前最後熱處理時，確保鎂合金的密排六方形晶型能夠滲透到鎳鋅合金鍍層的內部，達到緊密接合的目標。
其後對鎂合金表面執行高附著性之化學鍍鎳步驟系以張型內應力的化學沉鎳溶液，將鎂合金工件進行第二次化鍍，藉以封閉鎂合金受腐蝕攻擊的孔道，該張型內應力的化學沉鎳溶液是以氟化氨、碳酸鎳、檸檬酸、次磷酸鈉所製備之溶液，並加上不含硫原子的醯胺添加劑，對鎂合金工件進行化鍍。第二次化鍍鎳的目的是在施工後達成無孔隙鍍層，封閉鎂合金成品受腐蝕攻擊的孔道。可用不含硫原子的醯胺添加劑包括乙二胺、二乙烯三胺、間二雜茂等。在操作時，應將PH值控制在3.2～4.0之間，以確保鍍層內應力處於合適範圍之張應力的狀況。
其後在化學鍍鎳表面進行電鍍軟金屬步驟，採用純錫之錫酸鉀鹼浴及錫43％/銅57％之氰化浴兩種作為比對之用，其成分及操作狀態如表四所示。
表面軟金屬拋光步驟，系先以表面粗糙度計量測軟金屬鍍層之表面之狀態並依據表二的拋光策略執行拋光，其量測及操作狀態如表四所示。
電鍍光澤硬金屬步驟系以電鍍方式對鎂合金工件進行電鍍，以使鎂合金的表面光澤化，該電鍍60是以碳酸鎳、檸檬酸、氟化氨所組成的電鍍液，對鎂合金工件進行電鍍，其中添加劑為不含硫元素的晶格成長阻隔型之添加劑，可採1，4-丁炔二醇、香荳素及其二酸寡聚合物等，其成分及操作狀態如表四所示。
上述各步驟中的操作條件如表四所示表四藥液組成及操作條件
表五測試過程與結果摘要
注1.數字相機是使用FUJIFILM廠牌FinePix2600Zoom型號。
2.反射影像字號如下表
權利要求
1.一種高光澤性鎂合金表面處理方法，該方法包括如下步驟1)、先對鎂合金工件表面進行前處理；2)、在經處理後的鎂合金外側鍍有一層高附著性的鎳或鎳合金鍍層；3)、在前述鎳或鎳合金鍍層的外側鍍有一層或一層以上的軟金屬鍍層，然後再進行拋光；4)、在經拋光後的軟金屬鍍層之外鍍有一層或一層以上的硬而光澤性的金屬鍍層。
2.根據權利要求1所述的一種高光澤性鎂合金表面處理方法，其特徵在於3)步驟所述的一層或一層以上的軟金屬鍍層為銅、錫、鋅、銦、鉍、銻、銀中的一種或一種以上金屬的合金鍍層。
3.根據權利要求1或2任意一項所述的一種高光澤性鎂合金表面處理方法，其特徵在於電鍍軟金屬的操作條件為溫度為55～65℃，操作時間為0.5～1小時，電流密度為1.5～2.5A/dm2。
4.據權利要求1所述的一種高光澤性鎂合金表面處理方法，其特徵在於所述3)步驟中對軟金屬鍍層進行拋光是採用噴砂、噴丸、物理拋光、震動研磨方法中的一種或一種以上的組合，來達到平整光亮的效果。
5.根據權利要求1所述的一種高光澤性鎂合金表面處理方法，其特徵在於所述4)步驟的電鍍種類為鍍銅之硫酸浴，鍍鎳之伍茲鍍浴或硫酸浴、氨基磺酸鍍浴、氟硼酸鍍浴、氯化浴，鍍鋅之酸性鍍浴，鍍錫之酸性鍍浴，鍍金、鍍銀、鍍鈀、鍍銠中的一種或其組合。
6.根據權利要求1或5任意一項所述的一種高光澤性鎂合金表面處理方法，其特徵在於電鍍硬而光澤性的金屬鍍層的操作條件溫度為45～55℃，操作時間為0.5～1小時電流密度為1～2A/dm2。
全文摘要
本發明系有關於一種提高鎂合金表面處理後之平整光澤性質的製程方法，該方法系首先對鎂合金工件表面進行前處理步驟，之後對鎂合金表面執行高附著性之化學鍍鎳步驟，之後在化學鍍鎳表面進行電鍍軟金屬步驟，之後在軟金屬表面進行拋光步驟，之後在經拋光之表面進行電鍍光澤硬金屬步驟。以達到使鎂合金工件具有高平整光澤性質之效果。
文檔編號C25D5/42GK101070601SQ20061011934
公開日2007年11月14日 申請日期2006年12月8日 優先權日2006年12月8日
發明者何靖, 陳柏文 申請人:何靖