金屬基材的電化學激化表面處理技術的製作方法
2023-10-27 21:42:02 2
專利名稱：金屬基材的電化學激化表面處理技術的製作方法
技術領域：
本發明與表面處理技術有關，特別是指一種金屬基材的電化學激化表面處理
(electric-chemical collide oxidation anodizing; ECCO anodizing)技術。
背景技術：
一般金屬基材容易與空氣中的氧結合產生氧化物，當基材生鏽氧化時會對金
屬基材造成損壞，例如鏽蝕導致結構強度降低。為了解決上述問題，業者以陽
極處理法(anodizing)在一金屬基材表面形成一氧化物絕緣層，以達到保護該金屬基 材的目的。以鋁基材為例來說，表面經過陽極處理後所生成的氧化物絕緣層為氧 化鋁(八1203)，鋁基材由該絕緣層與氧隔絕，不但能夠達到防鏽蝕以及絕緣的目的， 而且，該絕緣層更具有抗腐蝕以及高硬度的特性，可以進一步保護該金屬基材。
然而，由於一般陽極處理法屬於低電壓處理程序,其電壓約在250伏特(Voltage) 以下，其氧化物絕緣層具有緻密性高的特色。但此種方式形成的氧化物絕緣層的 成膜速度相當緩慢，需要耗費相當長的工時，且形成的結晶狀態的成分極低，在 硬度上較為脆弱，在熱傳導效率上的效果也不理想。
為解決上述問題，業界使用一種微弧氧化陽極處理法(micro arc oxidation anodizing; MAO anodizing)的處理方式，其屬於高電壓處理程序，電壓約在300 伏特(Voltage) 480伏特(Voltage)之間，該方法能夠提供較高的能量來進行電化學 反應，可提升氧化物絕緣層的成膜速度，並提高結晶狀態的比例，使氧化物絕緣 層具有較高的硬度。但此種方式所形成的氧化物絕緣層的空隙較大，具有緻密性 低的缺點，使氧化物絕緣層無法完全地覆設於金屬基材表面，不能對金屬基材提 供確實的保護。再者，此種利用微弧氧化陽極處理(MAO)形成的氧化物絕緣層在 結構上呈現不規則的重疊狀結晶，其熱傳導係數(thermal conductivity)並不理想， 具有散熱效果不佳的缺點。換言之，微弧氧化陽極處理法(MAO)雖然能夠降低加 工工時，並提高結晶的比例，但是，其氧化物絕緣層在結構上以及物理特性上並 沒有提升，並不能達到有效保護該金屬基材的目的。
綜上所述，目前使用的表面處理技術具有上述缺點有待改進。
發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在於提供一種金屬基材的電化學激化表面處理技術，其能夠改善絕緣層的結晶結構並提高熱傳導係數，具有提高硬度以及 散熱效果的特色。
本發明的次一目的在於提供一種金屬基材的電化學激化表面處理技術，其能 夠提高絕緣層的生成速度，具有降低工時的特色。
為達到上述目的，本發明所提供的一種金屬基材的電化學激化表面處理技術， 其特徵在於包括下列步驟a)提供一基材，所述基材的材質為選自鋁、鎂、鈦及其 合金所構成族群中的其中一種；b)提供一酸性溶液、 一陽極以及一陰極，所述陽 極電性連接所述基材，所述陰極電性連接所述酸性溶液，選擇適當的一電流密度 以及一電壓，所述電壓的範圍介於200伏特 400伏特之間，所述酸性溶液在一操 作溫度以及一預定時間內與所述基材產生反應並進行成膜處理，所述基材表面逐 漸形成一絕緣層。
上述本發明的技術方案中，步驟a)中的所述基材，先去除所述基材表面的氧 化物、油汙以及汙漬，再進行純水清洗以及低溫乾燥的工序。
上述本發明的技術方案中，步驟a)中的所述基材，採用超音波方式去除所述 基材表面的氧化物、油汙以及汙漬。
上述本發明的技術方案中，步驟a)中所述純水的電阻值在10KQ以上。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述電流密度的範圍在 1ASD(A/dm2) 6ASD(A/dm2)之間。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述操作溫度的範圍在攝氏-4度 40 度之間。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中所述操作溫度的範圍控制在攝氏6度 15度之間。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述酸性溶液為選自檸檬酸、磺基水
楊酸、草酸及順丁烯二酸其中的一種，所述酸性溶液的濃度為5g/L 150g/L。 上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述酸性溶液還包含有一水溶性鹽類，
所述水溶性鹽類為選自包含有硫酸根離子、碳酸根離子以及矽酸根離子其中的一
種，所述水溶性鹽類濃度為0.1(g/L) 20(g/L)之間。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述水溶性鹽類為硫酸鈉。 上述本發明的技術方案中，步驟b)中的所述酸性溶液的酸鹼值範圍在6以下。 上述本發明的技術方案中，步驟b)中所述預定時間的範圍在5分鐘 120分
鍾之間。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中所述絕緣層為氧化鋁，所述絕緣層由內往外還可區分為一阻障層以及一多孔層。
上述本發明的技術方案中，步驟b)中所述陽極的移動速率為20m/min。 採用上述技術方案，本發明運用電化學激化陽極處理(electric-chemical collide oxidation anodizing; ECCO anodizing)技術，能夠改善絕緣層的結晶結構並提高熱
傳導係數，具有提高硬度以及散熱效果的特色。另外，本發明所使用的電壓操作 區間介於一般陽極處理法(anodizing)以及微弧氧化陽極處理(MAO)之間，能夠避免
電化學反應過快，使結晶結構在長晶時可以較規則的方式進行排列而呈柱狀結構， 能夠提高絕緣層的生成速度，具有降低工時的特色。換言之，與習用技術相比， 本發明能夠克服習用技術中絕緣層緻密性以及成膜速度無法兼顧的問題，具有提 高硬度以及散熱效果的優點，併兼具有降低工時的特色。
圖1是本發明第一較佳實施例的處理流程圖； 圖2是本發明第一較佳實施例的加工示意圖3是本發明第一較佳實施例基材的結構示意圖，其主要揭示基材在成膜處 理前的情形；
圖4是本發明第一較佳實施例基材的結構示意圖，其主要揭示基材成膜處理 後的情形；
圖5是圖4中A處的放大圖，其主要揭示絕緣層的結構； 圖6是本發明第一較佳實施例與習用者的電壓比較圖。
具體實施例方式
現舉以下實施例並結合附圖對本發明的結構、特徵及功效進行詳細說明。 如圖1 圖6所示，是本發明所提供的一種金屬基材的電化學激化表面處理技
術的第一較佳實施例，其成膜步驟如下
a) 提供一基材10，基材10的材質為選自鋁(A1)、鎂(Mg)、鈦(Ti)以及其合金所 構成族群中的其中一種，本發明的基材10以鋁為例。基材10事先進行熱處理以 及平整化處理，再將基材10以超音波方式去除其表面的氧化物、油汙以及汙漬， 再進行純水清洗以及低溫乾燥的工序，純水的電阻值在10KQ(奧姆)以上。
b) 提供一酸性溶液20、 一陽極30以及一陰極40，陽極30電性連接基材10， 陰極40電性連接酸性溶液20，選擇適當的一電流密度以及一電壓，酸性溶液20 在一操作溫度以及一預定時間內與基材10產生反應並進行成膜處理，在基材10 表面逐漸形成一絕緣層12。其中，步驟b)的操作條件設定如下酸性溶液20為 選自檸檬酸(Citric acid ; C6H807)、磺基水楊酸(Sulfosalicylic acid ;H03SC6H3(OH)C02H)、草酸(Oxalic acid; H2C204)以及順丁烯二酸(Maleic add; (3411404)其中的一種，酸性溶液20的濃度為5g/L 150g/L，本實施例中，酸性溶 液20的濃度為5(g/L) 150(g/L)之間的草酸(H2C204)。酸性溶液20還包含有一水 溶性鹽類，該水溶性鹽類為選自包含有硫酸根離子(S042.)、碳酸根離子(CO,)以及 矽酸根離子(SiO,)其中的一種，該水溶性鹽類濃度在0.1(g/L) 20(g/L)之間。在本 實施例中，酸性溶液20為濃度在0.1(g/L) 20(g/L)之間的硫酸鈉(Na2SO4)。酸性 溶液20的酸鹼值(pH值)範圍在6以下。陽極30電性連接基材10且陽極30的移 動速率為20m/min，陰極40電性連接一白金電極42，白金電極42部份伸入於酸 性溶液20，使陰極40間接電性連接酸性溶液20。電流密度的範圍為介於 1ASD(A/dm2) 6ASD(A/dm2)之間，電壓的範圍在200伏特(Voltage) 400伏特 (Voltage)之間，操作溫度的範圍在攝氏-4度 40度之間，操作溫度較好的範圍為 控制在攝氏6度 15度之間。使用低溫製程的目的在於當氧化鋁在超過攝氏40 度之後，將使酸性溶液20內的化學反應的速度加快且進而大於電化學反應的速度， 將促使絕緣層12的生成速度降低甚至停止生成絕緣層12，故操作溫度要維持在攝 氏40度以下，以確保絕緣層12能夠繼續生成並增加膜厚。預定時間的範圍在5 分鐘 120分鐘之間，預定時間的長短則根據絕緣層12要求的成膜厚度決定。
經由上述步驟，即可得到絕緣層12。本發明的技術特徵在於本發明運用中 段電壓，電壓的範圍介於200伏特(Voltage) 400伏特(Voltage)之間，其相比於一 般陽極處理法(anodizing)以及微弧氧化陽極處理(MAO)屬於中段電壓，本發明使用 此段電壓區間能夠避免電化學反應過快，使結晶結構在長晶時可以較規則的方式 進行排列而呈柱狀結構，其一方面可以克服一般陽極處理法(anodizing)因電壓過低 使得結晶成分不足的問題，另一方面可以克服微弧氧化陽極處理(MAO)因能量過 高，防止結晶速度過快而來不及進行排列的問題，使絕緣層12的結晶結構可以呈 柱狀結構，而不是重疊狀結晶狀結構。由此，絕緣層12能夠具有較好的硬度並進 一步提高熱傳導係數。採用本發明處理後的基材10，其測試結果為，基材10的熱 傳導係數提高到120(W/nvK)以上，具有散熱效率較好的特色。
再者，絕緣層12的成膜速度與電壓成正比，本發明的該電壓相較於一般陽極 處理法(anodizing)的低電壓製程，本發明的成膜速度能夠相對提高，具有縮短工時 的特色。另外，就絕緣層12的結構而言，絕緣層12為氧化鋁且為多孔結構(porous structure),絕緣層12膜厚的範圍在20^im 300|im之間，由內往外還可區分為一 阻障層(barrier layer)121以及一多孔層(porous layer)122，阻障層121以及多孔層122 完全覆蓋在基材10的表面，能夠防止基材10的表面與外界的氧接觸，具有防蝕以及絕緣的效果。再者，多孔層122能夠相對增加基材10的散熱面積，提高基材 IO的散熱效果。
綜上所述，由以上實施例可知，本發明通過上述步驟，運用發明人所研發的 電化學激化陽極處理(electric-chemical collide oxidation anodizing; ECCO anodizing)
技術，能夠改善絕緣層的結晶結構並提高熱傳導係數，具有提高硬度以及散熱效 果的特色。另外，本發明所使用的電壓操作區間介於一般陽極處理法(anodizing) 以及微弧氧化陽極處理(MAO)之間，能夠避免電化學反應過快，使結晶結構在長 晶時可以較規則的方式進行排列而呈柱狀結構，能夠提高絕緣層的生成速度，具 有降低工時的特色。換言之，與習用技術相比，本發明能夠克服習用技術中絕緣 層緻密性以及成膜速度無法兼顧的問題，具有提高硬度以及散熱效果的優點，並 兼具有降低工時的特色。
本發明上述實施例所揭示的構成組件及方法步驟，僅為對本發明的舉例說明， 並不能用來限制本發明的保護範圍，本發明的保護範圍應以權利要求書所限定的 範圍為準，其它等效組件或步驟的替代或變化，均應涵蓋在本發明的專利保護範 圍內。
權利要求
1、一種金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於包括下列步驟a)提供一基材，所述基材的材質為選自鋁、鎂、鈦及其合金所構成族群中的其中一種；b)提供一酸性溶液、一陽極以及一陰極，所述陽極電性連接所述基材，所述陰極電性連接所述酸性溶液，選擇適當的一電流密度以及一電壓，所述電壓的範圍介於200伏特～400伏特之間，所述酸性溶液在一操作溫度以及一預定時間內與所述基材產生反應並進行成膜處理，所述基材表面逐漸形成一絕緣層。
2、 如權利要求l所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟a)中的所述基材，先去除所述基材表面的氧化物、油汙以及汙漬，再進行純水 清洗以及低溫乾燥的工序。
3、 如權利要求2所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟a)中的所述基材，採用超音波方式去除所述基材表面的氧化物、油汙以及汙漬。
4、 如權利要求2所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟a)中所述純水的電阻值在以上。
5、 如權利要求l所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟b)中的所述電流密度的範圍在lASD(A/dri^) 6ASD(A/dm勺之間。
6、 如權利要求l所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟b)中的所述操作溫度的範圍在攝氏-4度 40度之間。
7、 如權利要求6所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟b)中所述操作溫度的範圍控制在攝氏6度 15度之間。
8、 如權利要求l所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟b)中的所述酸性溶液為選自檸檬酸、磺基水楊酸、草酸及順丁烯二酸其中的一 種，所述酸性溶液的濃度為5g/L 150g/L。
9、 如權利要求l所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步 驟b)中的所述酸性溶液還包含有一水溶性鹽類，所述水溶性鹽類為選自包含有硫 酸根離子、碳酸根離子以及矽酸根離子其中的一種，所述水溶性鹽類濃度為 0.1(g/L) 20(g/L)之間。
10、 如權利要求9所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於 步驟b)中的所述水溶性鹽類為硫酸鈉。
11、 如權利要求1所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步驟b)中的所述酸性溶液的酸鹼值範圍在6以下。
12、 如權利要求1所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步驟b)中所述預定時間的範圍在5分鐘 120分鐘之間。
13、 如權利要求1所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於步驟b)中所述絕緣層為氧化鋁，所述絕緣層由內往外還可區分為一阻障層以及一 多孔層。
14、 如權利要求1所述金屬基材的電化學激化表面處理技術，其特徵在於 步驟b)中所述陽極的移動速率為20m/min。
全文摘要
本發明涉及一種金屬基材的電化學激化表面處理技術，包括下列步驟a)提供一基材，所述基材的材質為選自鋁、鎂、鈦及其合金所構成族群中的其中一種；b)提供一酸性溶液、一陽極以及一陰極，所述陽極電性連接所述基材，所述陰極電性連接所述酸性溶液，選擇適當的一電流密度以及一電壓，所述電壓的範圍介於200伏特～400伏特之間，所述酸性溶液在一操作溫度以及一預定時間內與所述基材產生反應並進行成膜處理，所述基材表面逐漸形成一絕緣層。本發明能夠克服習用技術中絕緣層緻密性以及成膜速度無法兼顧的問題，具有提高硬度以及散熱效果的優點，併兼具有降低工時的特色。
文檔編號C25D11/02GK101314864SQ200710103800
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月30日 優先權日2007年5月30日
發明者周鍾霖, 黃續鐔 申請人:環宇真空科技股份有限公司