使金屬鍋體具有高硬度、耐蝕、不沾性的表面加工方法
2023-04-24 10:11:01 1
專利名稱：使金屬鍋體具有高硬度、耐蝕、不沾性的表面加工方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬鍋體的高硬度、耐蝕、不沾性表面加工方法，特別是涉及一種使鍋體表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蝕性與不沾性的金屬鍋體的高硬度、耐蝕、不沾性表面加工方法。
以往的金屬鍋體表面處理技術，如美國專利第5545439號中，發明人揭示了一種堅固耐用、不沾性佳，且經久使用塗覆層也不會剝落刮壞的高硬度鋁質或鋁合金不沾鍋體的表面處理法，其是將一個經衝模成形的鋁質或鋁合金鍋體，經淨化處理、烘乾處理、電解硬質處理、噴砂處理、淨化處理、底層塗裝處理、表層燒結處理、成形處理等步驟，使鍋體更堅固耐用且不沾性及耐磨性更佳。本發明則是提供使鍋體表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蝕性與不沾性的加工處理方法。
本發明的主要目的在於提供一種金屬鍋體的高硬度、耐蝕、不沾性表面加工方法，以使鍋體表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蝕性與不沾性。
本發明的主要特徵在於將已依序經過淨化及噴砂處理步驟處理完成，而產生直徑、深淺不同、凹凸不平且粗細不均的凹孔的鍋體表面，進行電熔線材被覆處理步驟，以藉由電熔線材被覆層具有較佳的鍵結力，使電熔線材被覆層的厚度增加，藉以提高鍋體表面的耐蝕性及硬度，同時，並使電熔線材可呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的凹孔上而形成一粗糙面，之後再經電解硬質處理步驟而於鍋體表面所生成的硬質鋁鎂鐵氧化膜，仍能依循呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的電熔線材而生成一粗糙面，以使經底層塗裝處理而以氟碳樹脂為主的塗覆層，可以完全緊密附著或鍵結在鍋體的硬質氧化膜並可部分滲入鍋體，而有效增進鍋體的不沾效果與耐用性。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明
圖1是本發明優選實施例的流程圖。
圖2是本發明優選實施例的鍋體表面經噴砂處理完成後的剖視示意圖。
圖3是本發明優選實施例的鍋體表面經電熔線材被覆處理的動作示意圖。
圖4是本發明優選實施例的鍋體表面經電熔線材被覆處理完成後的部分剖視放大示意圖。
圖5是本發明優選實施例的鍋體表面形成電解氧化膜的部分剖視放大示意圖。
圖6是本發明優選實施例的鍋體表面形成硬質鋁鎂鐵氧化膜經底層塗裝處理後的部分剖視放大示意圖。
圖7是本發明優選實施例的鍋體表面經表層燒結處理後的部分剖視放大示意力。
如圖1所示，本發明較佳實施例的金屬鍋體表面加工方法，主要依序包含有(1)淨化處理、(2)噴砂處理、(3)電熔線材被覆處理、(4)電解硬質處理、(5)底層塗裝處理、(6)表層燒結處理和(7)成形處理等步驟。
(1)淨化處理將一個經衝模成形的鋁質金屬鍋體，在沸騰狀態的三氯乙烯溶液中浸泡，並同時施以超音波振蕩，使鍋體表面脫脂及去除汙物。
(2)噴砂處理將淨化處理完成的鍋體表面，先以顆粒粗糙度#36-#60的氧化鋁(Al2O3)顆粒，以5Kg/cm3高壓空氣衝擊噴射於鍋體表面，如圖2鍋體表面經噴砂處理完成後的剖視圖所示，使鍋體1表面產生直徑、深淺不同、凹凸不平且粗細不均的凹孔11，而這些凹孔11表面中心平均粗糙度(Ra)為4.5-6.0μm，最大表面粗化度(Rmax)的距離則約為35-65μm。而且，前述噴附顆粒狀氧化鋁的目的，主要是為達成鍋體1表面粗化、脫脂及潔化等效果，藉使往後電熔線材與氟碳樹脂(PTFE/PFA)塗層的鍵結力及附著力，可導因於鍋體1表面此一特定的Ra值，而能大幅提高，否則將會影響到往後的電熔線材與氟碳樹脂塗層的附著強度。
(3)電熔線材被覆處理如圖3所示，將已完成噴砂處理的鍋體1表面，續由一高溫(1200-6000℃)高壓(5Kg/cm2～8Kg/cm2)的電弧裝置5對鍋體1表面進行電熔線材被覆處理，該電弧裝置5連通高壓源2，且形成有兩通道51、52，以供兩包含有0.25％的矽(Si)、0.40％的鐵(Fe)、0.10％的銅(Cu)、0.05-0.20％的錳(Mn)、4.5-5.5％的鎂(Mg)、0.05-0.20％的鉻(Cr)、0.10的鋅(Zn)、0.06-0.20％的鈦(Ti)、0.15％的不純物及其餘的鋁(Al)等成份組成的鋁合金電熔線材61、62餵送至電弧產生口53，亦即兩鋁合金電熔線材61、62是位於電弧裝置5的兩極，且其間兩鋁合金電熔線材61、62同時輸送DC 30V-40V，60A-200A的電流，在融熔狀態下經由輥輪組54同時將兩鋁合金電熔線材61、62逐一餵送至電弧產生口53，此時，由於兩鋁合金電熔線材61、62都導通有DC 30V-40V，60A-200A的電流，因此，當兩鋁合金電熔線材61、62逐漸接近時，將導致電弧效應而產生高達1200～6000℃的溫度，在此高溫下，兩鋁合金電熔線材61、62會同時被融熔成液態，此時，再配合由高壓源2供給高壓氣體，將兩鋁合金電熔線材61、62液體直接噴附於鍋體1的表面，該鋁合金電熔線材的合金成份即為5356的鋁合金範圍，為公知耐蝕性極佳的線材，正因前述步驟具有良好的表面粗化度，所以電熔線材被覆層63可具有較佳的鍵結力，使該電熔線材被覆層63的厚度可高達30-120μm，而被覆率約為50％-90％，相對地，該鍋體1也因電熔線材被覆層63的厚度增加，使得其耐蝕性及硬度也相對提高。同時，藉由兩極上的兩鋁合金電熔線材61、62的同時輸出，以及兩鋁合金電熔線材61、62受到電弧裝置5的高溫熔化，使得被高壓氣體噴覆出的兩鋁合金電熔線材61、62液體撞擊於鍋體1表面時，就如圖4中所示壓力衝擊而呈扁平顆粒狀任意重疊被覆於鍋體1表面的凹孔11上，其被覆率經為50％-90％的，粒子線材之間仍形成有間隙，而仍維持一粗糙面。
仍參閱圖3所示，由於淨化、烘乾、及噴砂處理步驟中已針對金屬鍋體表面進行表面潔淨及粗化處理後，即有助於液態鋁合金電熔線材61、62的附著，同時融熔狀態的鋁合金電熔線材61、62從其出口端到噴附於鍋體1的距離間具有一106DGE/°F/sec的冷卻速度，而基於有此一冷卻速度的條件下，通常可使得鍋體1的表面溫度大致介於攝氏60度至150度之間，且該溫度絕不至於使鍋體1產生變形，即使薄金屬板也不會變形。前述的被覆在鍋體1表面的第一層電熔線材被覆層63，即是可使得鍋體1成為一正式產品後增強表面硬度的主因，同時該硬度可達9H以上。
(4)電解硬質處理將電熔線材被覆處理完成的鍋體表面利用硫酸、硫酸鎂、硫酸亞鐵或其他材料的混合酸，以直流或交直流電解，如圖5所示，是鍋體表面形成電解氧化膜的部分剖視放大示意圖，本實施例使鍋體1表面滲入電熔線材被覆層63及鍋體1底材而向下滲入生成一層厚度約10-50μm的硬質鋁鎂鐵氧化膜12，且該層硬質鋁鎂鐵氧化膜12仍能依循呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的電熔線材被覆層63而生成一粗糙面。而且，本電解硬質處理的步驟中，混合酸液的濃度為100g/l～350g/l，溫度為-5℃～20℃，電解電壓為10-25V，電流密度為2-3.5A/dm2(約24-37amp/ft2)。
(5)底層塗裝處理如圖6所示，本步驟是將含不同結合數的浮遊狀態的氟碳樹脂懸濁液(PTFA/PFA)，以0.2-3.5Kg/cm2的空氣源噴灑於鍋體1的硬質鋁鎂鐵氧化膜12粗糙表面，再直接進入溫度為50-120℃的烘乾爐烘乾5分鐘，使該氟碳樹脂懸濁液滲入鍋體表面直徑、深淺不同的凹凸孔內外表層上，形成一層塗覆層13，該塗覆層13厚度為6-15μm，使該塗覆層13緊密附著鍋體1的鋁質或鋁合金材質內及硬質鋁鎂鐵氧化膜12的外層，而形成一個附著力強、結合面積大且硬度高的塗覆層13。
(6)表層燒結處理如圖7所示，本步驟是將底層塗裝處理完成的鍋體1表面噴灑第二層氟碳樹脂懸濁夜，再置於溫度為150℃的烘乾爐，經10分鐘的烘乾，然後提升溫度到350-420℃作5分鐘的烘乾，所形成第二層的塗覆層14厚度為15-25μm，最後再將鍋體1取出烘乾爐即完成。
由以上的實施步驟說明可知，本發明先經噴砂處理及電熔線材被覆處理，而將鋁合金電熔線材被覆於鍋體表面上，以藉由鋁合金電熔線材被覆層具有較佳的鍵結力，使該鋁合金電熔線材被覆層的厚度可增加至30-120μm，且被覆率也可達到50％-90％，所以能有效增加鍋體表面的耐蝕性及硬度，同時藉由該電熔線材可呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的凹孔上而形成一粗糙面，使得之後再經電解硬質處理步驟而於鍋體表面所生成的硬質鋁鎂鐵氧化膜，仍能依循呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的電熔線材而生成一粗糙面，以使經底層塗裝處理而以氟碳樹脂為主的塗覆層(也就是不沾層)，可以完全緊密附著或鍵結在鍋體的硬質氧化膜並可部分滲入鍋體，而有效增進鍋體的不沾效果與耐用性。
前述的氟碳樹脂被覆層可利用鉛筆來測試硬度，及利用鋼珠筆來測試耐刮性，以及利用百格密著試驗來測試附著性等性質，其中，前述的鉛筆硬度測試方式，是由不同H值筆芯的鉛筆於工作物(如金屬鍋體1等)表面畫出一道近10mm的鉛筆痕，再藉立體顯微鏡觀察其劃痕有無塗膜刮落的痕跡，事實證明氟碳樹脂被覆層的硬度高達9H，而且，鋼珠筆硬度測試儀是採用具直徑1.0mm鋼珠的筆芯，該筆芯可外接壓力源，將筆芯由5psi壓力開始，每增加1psi於預測物表面，各劃出約10mm長度的劃痕，再以立體顯微鏡觀察其劃痕有無塗膜被鋼珠擠壓而破裂見底材的痕跡，如超過20％就是2mm，則認定在該壓力為不合格(NG)，因此以被覆鍋體的氟碳樹脂進行測試，可達最少20psi的耐刮值。至於百格密著試驗法，是以利刃在工作物表面割成一百個小方格(方格大小1-2mm)，再以3M塗膜密著專用測試膠帶緊粘於方格上，並以立體顯微鏡、冷光型聚光燈觀察小方格的被覆層及撕離後的狀態，所以當氟碳樹脂被覆蓋進行測試時，連續五次均會順利通過百格密著試驗。不論由前述的鉛筆硬度測試儀、鋼筆硬度測度儀或百格密著試驗等方式測試，更加證明氟碳樹脂被覆層的附著性，以及外在硬度及耐刮等能力有所增進。
另外，前述的鍋體表面經電熔線材及氟碳樹脂被覆後，特別利用鹽水浸泡試驗來測試其耐蝕性。首先，將含量有5％(浸蝕力最強)的鹽水適量放入鍋體中並以鍋蓋蓋住，該鹽水後經20分鐘的煮沸後，自然冷卻，且鍋體浸泡72小時後，將鹽水傾斜，而後檢視該基材表面，除了圈狀的水痕外均完全沒有發現鏽斑，也就是說，經本案的鍋體因有鋁合金電熔線材的相熔噴覆及電解硬質處理的雙重作用，使得鍋體本身具有較佳的高硬度、不沾性等性質外，也大幅增加鍋體的耐蝕效果。
綜上所述，本發明金屬鍋體的高硬度、耐蝕、不沾性表面加工方法，確實能使鍋體表面具有更高的硬度，以及更佳的耐蝕性與不沾性。
權利要求
1.一種使金屬鍋體具有高硬度、耐蝕、不沾性表面的表面加工方法，其特徵在於包含以下步驟(1)淨化處理步驟將一個經衝模成形的鋁質金屬鍋體，浸泡在沸騰狀態的三氯乙烯溶液中，並同時施以超音波振蕩，使鍋體表面除垢脫脂；(2)噴砂處理步驟將淨化處理完成的鍋體表面，先以顆粒粗糙度#36-#60的氧化鋁(Al2O3)顆粒，以高壓衝擊噴射於鍋體表面，使鍋體表面產生直徑、深淺不同、凹凸不平且粗細不均的凹孔表面，而這些凹孔表面中心平均粗糙度(Ra)為4.5-6.0μm，最大表面粗化度(Rmax)的距離則約為35-65μm；(3)電熔線材被覆處理步驟將噴砂處理完成的鍋體表面，均勻被覆有電熔線材，該電熔線材是以包含有0.25％的矽、0.04％的鐵、0.10％的銅、0.05-0.20％的錳、4.5-5.5％的鎂、0.05-0.20％的鉻、0.10的鋅、0.06-0.20％的鈦、0.15％的不純物及其餘的鋁為主，而安裝於一1200-6000℃的高溫、5Kg/cm2-8Kg/cm2的高壓的電弧的兩極，藉由兩極上的鋁合金電熔線材的同時輸出DC 30V-40V，60A-200A的電流，以及兩鋁合金電熔線材受到電弧裝置的高溫熔化，使得噴出的鋁合金電熔線材被覆層是呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的凹孔上而形成一粗糙面，且該電熔線材被覆層為30-120μm，而被覆率為50％-90％；(4)電解硬質處理步驟將電熔線材被覆處理完成的鍋體表面利用硫酸、硫酸鎂、硫酸亞鐵或其他材料的混合酸液，以直流或交直流電解，而依循呈扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的電熔線材生成一層硬質鋁鎂鐵粗糙表面，該硬質鋁鎂鐵氧化膜厚度為10-50μm，混合酸液的濃度為100g/l～350g/l，溫度為-5℃～20℃，電解電壓為10-25V，電流密度為2-3.5A/dm2；(5)底層塗裝處理處理將含不同結合數的浮遊狀態的氟碳樹脂懸濁液，經底層塗裝噴灑於鍋體表面，再將鍋體直接送入溫度為50-120℃的烘乾爐烘乾5-10分鐘，使該氟碳樹脂懸濁液能滲入直徑、深淺不同的凹凸孔內外表層上，並緊密附著鍋體的鋁質或鋁合金材質內及硬質鋁鎂鐵氧化膜的外層，形成第一層塗覆層，該第一層塗覆厚度為6-15μm；(6)表層燒結處理步驟將底層塗裝處理完成的鍋體表面噴灑第二層氟碳樹脂懸濁夜，再將該鍋體放在溫度為150℃的烘乾爐中烘乾10分鐘，然後提升溫度到350-420℃作5分鐘的烘乾，進行燒結處理，以完成第二層的塗覆層，該塗覆層的厚度為15-25μm，最後再將鍋體取出烘乾爐。
全文摘要
一種使金屬鍋體具有高硬度、耐蝕、不沾性表面的表面加工方法,將依序經淨化及噴砂處理,而產生數凹孔的鍋體表面進行電熔線材被覆處理,使電容線材被覆層厚度增加,提高鍋體表面耐蝕性及硬度,並使電熔線材呈扁平顆粒狀被覆於凹孔上而形成粗糙面,再經電解硬質處理使硬質鋁鎂鐵氧化膜仍依循扁平顆粒狀被覆於鍋體表面的電熔線材而生成粗糙面,使再經底層塗裝處理的塗覆層,可完全緊密附著或鍵結在鍋體的硬質氧化膜並部分滲入鍋體,增進不沾性。
文檔編號A47J37/10GK1197850SQ9710424
公開日1998年11月4日 申請日期1997年4月29日 優先權日1997年4月29日
發明者蔡東宏 申請人:蔡東宏