专利名称：金属的非铬表面处理方法
技术领域：
本发明是有关于一种金属的非铬表面处理方法，特别是指将合金表面清洗及脱脂干净后，进行薄膜处理，而薄膜处理是于合金表面覆盖薄膜镀液，以对合金表面进行镀膜反应，直到薄膜镀液与合金表面键结形成一层薄膜；在处理过程中不会产生含有重金属离子的工业废水，将对环境污染的程度降到最低，具有制程简化、效率提高及成本降低的功效。
背景技术：
目前的通讯电子产品，特别是例如手提电脑、移动电话、雷达等各式产品，日益倾向轻、薄、短、小的趋势，而对于具有重量轻、高强度(单位重量)、高抗震性、优良导电性及隔离EMI电磁波等优点的合金物，最符合薄度要求高、重量轻的要求，例如镁铝合金(即俗称的镁合金)或其它铝合金、钛合金、锌合金或铜合金等；如图1所示，传统的合金的金属表面处理方法，是必须以酸作化成处理(conversion)或在酸液中以阳极氧化(anodizing)来产生一层粗糙多孔性的金属氧化物层，如此，才能用接着剂来粘着或上漆，其处理过程是先将合金素材经过脱脂处理去除表面油污后，再经过两道水洗后，以确保合金表面的清洁，接着以酸洗来去除杂型剂，再一次水洗去除酸洗液，之后，进行皮膜化成，将合金以浸渍、喷雾或毛刷涂布方法将化成皮膜剂反应至多孔的金属表面，以达到皮膜防蚀功能，并在后续上漆时，达到物理性附着的效果，此种方法已延用多年，虽然效果不错，其主要缺陷在于由于方法太过烦杂，同时由于过程中所使用的酸，多为含有重金属的铬离子(六价铬)、钒离子或锰离子等，因此对环境造成极大的污染，并且，因为须用大量水冲洗，而浪费水资源，且增加生产成本。
针对上述缺陷，本发明人研发出一套金属的非铬表面处理方法，以期减轻或消除传统以“铬”作为金属表面处理的缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种金属的非铬表面处理方法，克服现有技术的弊端，达到不会造成重金属废水污染环境，并且降低水资源的浪费的目的。
本发明的另一目的是提供一种金属的非铬表面处理方法，通过金属合金在处理之后，表面具有高接着性、高导电性、高防锈、防蚀、抗水性、抗指纹及灰尘的附着等性能，达到提高产品性能的目的。
本发明的目的是这样实现的一种金属的非铬表面处理方法，其主要特征是其是经(一)脱脂；(二)水洗及(三)薄膜处理等；薄膜处理是于合金表面覆盖薄膜镀液，即以薄膜镀液对合金表面进行镀膜反应，直到薄膜镀液与合金表面键结形成一层薄膜；薄膜镀液是以二级一丁基氧化铝(aluminum sec-butoxide)或混合选自至少一种下列成份的组成乙烯三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxy silane)、四乙氧基硅烷(tetraethoxy silane)、甲基三甲氧基硅烷(methyl trimethoxy silane)、γ-甲丙烯氧基丙基-三甲氧基硅烷(γ-methacryloxypropyl-trimethoxy silane)、γ-氯丙基三甲基氧基硅烷(γ-chloropropyl-trimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅烷(dimethyldiethoxysilane)、苯基三乙氧基硅烷(phenyl triethoxysilane)、癸基三甲氧基硅烷(decyl trimethoxysilane)、异丁基三甲氧基硅烷(isobutyltrimethoxysilane)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、三级-丁基二甲基氯硅烷(tert-butyldimethylchlorosilane)、乙烯基三氯硅烷(vinyl trichlorosilane)、γ-氢硫基丙基-三甲氧基硅烷(γ-mercaptopropyl-trimethoxysilane)、二苯基二氯硅烷(diphenyl dichlorosilane)、六甲基二硅烷(hexamethyl disilane)、乙烯基三硅烷(vinyl trisilane)、丙基氧化锆(zirconium propoxide)、乙基硅酸盐(ethyl silicate)、1，1，2，2-四辛基-1-三乙氧基硅烷(1，1，2，2-tetrahydrocty-1-triethoxysilane)、丙氧化钛(titanium(IV)propoxide)、异丙氧化钛(titanium(IV)isopropoxide)、丁氧化钛(thanium(IV)butoxide)、二级-丁氧化钛(titanium(IV)see-butoxide)或三级-丁氧化钛(titanium(IV)tert-butoxide)本发明的又一特征是，其为铝合金或钛合金或锌合金或铜合金等金属非铬表面处理的方法。
本发明的再一特征是，其为镁合金金属的非铬表面处理方法，其流程的实施步骤在于脱脂、水洗后，先作酸处理，再进行薄膜处理；而酸处理是以有机一无机酸混合溶液对镁合金的金属表面进行酸蚀处理，让合金表面显露出金属原色或灰色、黑色，并促使合金表面活性化，以利于薄膜成形，而以有机一无机酸混合溶液进行合金表面的酸处理，可达到活化金属的目的，并让合金表面的氧化物去除，并形成氢氧基，以利于后续的薄膜处理。
下面结合较佳实施例配合附图进一步说明。
图1是传统于镁铝合金表面处理方法的流程图。
图2是本发明实施例1金属的非铬表面处理方法的流程示意图。
图3是本发明实施例2的镁合金表面处理方法的流程示意图。
具体实施例方式
实施例1参阅图2所示，本发明的金属的非铬合金表面处理方法实施例1，是设为「铝合金」、或「钛合金」、或「锌合金」、或「铜合金」等，以非铬的表面处理方法，其是将合金表面清洗及脱脂干净后，以喷涂或浸镀的方式涂装后，以150-180℃烘烤20分钟后完成，得薄膜厚度约为0.5-1μm，其实施步骤包括有1、脱脂将合金素材首先经过脱脂剂处理，以去除表面油污；2、水洗经过水洗后，让合金表面保持清洁；3、薄膜处理将合金表面浸镀、喷雾或滚轮方式覆盖薄镀液，直到薄膜镀液与合金表面产生键结，形成一层薄膜。
其中，薄膜镀液是以二级一丁基氧化铝(aluminum sec-butoxide)或混合选自至少一种的下列成份的组成乙烯三甲氧基硅烷(vinyl trimethoxy silane)、四乙氧基硅烷(tetraethoxy silane)、甲基三甲氧基硅烷(methyl trimethoxy silane)、γ-甲丙烯氧基丙基-三甲氧基硅烷(γ-methacryloxypropyl-trimethoxysilane)、γ-氯丙基三甲基氧基硅烷(γ-chloropropyl-trimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅烷(dimethyl diethoxysilane)、苯基三乙氧基硅烷(phenyltriethoxysilane)、癸基三甲氧基硅烷(decyl trimethoxysilane)、异丁基三甲氧基硅烷(isobutyl trimethoxysilane)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyl trimethoxysilane)、三级-丁基二甲基氯硅烷(tert-butyldimethylchlorosilane)、乙烯基三氯硅烷(vinyl trichlorosilane)、γ-氢硫基丙基-三甲氧基硅烷(γ-mercaptopropyl-trimethoxysilane)、二苯基二氯硅烷(diphenyl dichlorosilane)、六甲基二硅烷(hexamethyl disilane)、乙烯基三硅烷(vinyl trisilarne)、丙基氧化锆(zirconium propoxide)、乙基硅酸盐(ethyl silicate)、1，1，2，2-四辛基-1-三乙氧基硅烷(1，1，2，2-tetrahydrocty-1-triethoxysilane)、丙氧化钛(titanium(IV)propoxide)、异丙氧化钛(titanium(IV)isopropoxide)、丁氧化钛(thanium(IV)butoxide)、二级-丁氧化钛(titanium(IV)see-butoxide)或三级-丁氧化钛(titanium(IV)tert-butoxide)。
4、涂布或上色(planting painting)在合金表面形成的薄膜上涂漆或接着剂，但此步骤可依薄膜的形成品质或产品的需求而省略。
实施例2参阅图3所示，本发明的金属的非铬合金表面处理方法的实施例2，适用于金属是设为「镁合金」者，其实施步骤如下1、脱脂将合金素材首先经过脱脂剂处理，以去除表面油污；2、水洗经过水洗后，让合金表面保持清洁；3、酸处理以有机一无机酸溶液对合金表面进行酸蚀处理，让合金表面显露出金属原色或灰色、黑色，并促使合金表面活性化，以利于薄膜成形；其中，有机一无机酸混合溶液可为单独无机酸、或有机酸或两者并存的混合溶液，溶液中的有机酸可以任一种以上酸，选自任何酸类、醇酸类、二酸类、或膦酸类的有机酸；无机酸可以选自盐酸、磷酸、硼酸或硝酸的至少一种；其中，有机酸类通式为R-(COOH)当R为烷(alkyl)基，有机酸为烷酸；当R为烯基(alkenyl)，有机酸为烯酸；当R为芳基(aryl)，有机酸为芳酸；当R为卤烷基(alkylhalide)，有机酸为卤烷酸；当R为氢(hydrogen)，有机酸为甲酸；当R为炔基(alkynyl)，有机酸为炔酸；其中，有机酸醇酸类通式为(HO)-R-(COOH)当R为烷(alkyl)基，有机酸为烷醇酸；当R烯基(alkenyl)，有机酸为烯醇酸；当R为芳基(aryl)，有机酸为芳醇酸；当R为炔基(alkynyl)，有机酸为炔醇酸；其中，有机酸二酸类通式为(HOOC)-R-(COOH)当R为烷(alkyl)基，有机酸为烷二酸；当R为烯基(alkenyl)，有机酸为烯二酸；当R为芳基(aryl)，有机酸为芳二酸；
当R为炔基(alkynyl)，有机酸为快二酸；其中，有机酸膦酸类通式为(R1O)，R2O-(POOH)当R为烷(alkyl)基，有机酸为烷氧膦酸；当R为烯基(alkenyl)，有机酸为烯氧膦酸；当R为卤烷基(alkylhalide)，有机酸为卤烷氧膦酸；当R为氢(hydrogen)，有机酸为膦酸；当R为炔基(alkyny)，有机酸为炔氧膦酸；4、以清水冲洗去除多余的有机一无机酸混合溶液；5、除去表面的氧化物将酸蚀后的合金放入酸或硷性溶液中，以去除表面氧化物，此过程中合金的表面将形成氢氧基；6、以清水洗净含金表面的酸或硷液；7、薄膜处理将产生氢氧基的合金表面浸镀、喷雾或滚轮方式覆盖薄镀液，直到薄膜镀液与合金表面的氢氧基产生键结，形成一层薄膜；其中，薄膜镀液是以二级一丁基氧化铝(aluminum sec-butoxide)或混合选自至少一种下列成份的组成乙烯三甲氧基硅烷(vinyl trimethoxy silane)、四乙氧基硅烷(tetraethoxy silane)、甲基三甲氧基硅烷(methyl trimethoxy silane)、γ-甲丙烯氧基丙基-三甲氧基硅烷(γ-methacryloxypropyl-trimethoxysilane)、γ-氯丙基三甲基氧基硅烷(γ-chloropropyl-trimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅烷(dimethyl diethoxysilane)、苯基三乙氧基硅烷(phenyltriethoxysilane)、癸基三甲氧基硅烷(decyl trimethoxysilane)、异丁基三甲氧基硅烷(isobutyl trimethoxysilane)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyl trimethoxysilane)、三级-丁基二甲基氯硅烷(tert-butyldimethylchlorosilane)、乙烯基三氯硅烷(vinyl trichlorosilane)、γ-氢硫基丙基-三甲氧基硅烷(γ-mercaptopropyl-trimethoxysilane)、二苯基二氯硅烷(diphenyl dichlorosilane)、六甲基二硅烷(hexamethyl disilane)、乙烯基三硅烷(vinyl trisilane)、丙基氧化锆(zirconium propoxide)、乙基硅酸盐(ethyl silicate)、1，1，2，2-四辛基-1-三乙氧基硅烷(1，1，2，2-tetrahydrocty-1-triethoxysilane)、丙氧化钛(titanium(IV)propoxide)、异丙氧化钛(titanium(IV)i sopropoxide)、丁氧化钛(thanium(IV)butoxide)、二级-丁氧化钛(titanium(IV)see-butoxide)或三级-丁氧化钛(titanium(IV)tert-butoxide)。
8、加热烘干将形成薄膜后的合金烘干后(以150-180℃烘烤约20分钟)，即完成合金的镀膜表面处理。
另外，对于以上实施例1和2的步骤中，薄膜处理的方式是设有以下两种A、浸镀薄膜镀液薄膜镀液中的成份于合金表面形成一层厚度超薄的薄膜，之后，再将合金以离心机离心；之后再加热烘干将形成薄膜后的合金烘干后(以150-180℃烘烤约的20分钟)，可得膜厚约0.5-1μm，即完成合金的镀膜表面处理。
B、以薄膜镀液热浴合金将薄膜镀液加热，之后，将薄膜镀液与合金表面接触反应，薄膜镀液中的奈米成份将渗入合金表面，在合金表面形成一层厚度超薄的薄膜；之后，再加热烘干(得薄膜厚度仅约0.5-1μm)。
将上述制程所处理的合金经过表面测试，该表面测试是以喷洒氯化钠水溶液于合金表面后，放置24小时，观察合金表面的氧化，其中被喷洒到的表面面积产生氧化的部份不到5％，显示经过处理后的合金品质稳定。
另外，再将上述制程处理后的合金再作上漆性测试，以百格刀将上漆后合金表面均等划分百格，再以3M胶带贴粘测试表漆不会脱落，显示薄膜的上漆性良好。
另外，将上述制程处理后的合金以HP毫欧姆计(HP4338)量测导电的电阻＜0.3mΩ，显示其导电性良好。
经由以上说明，可知本发明的金属的非铬表面处理方法，具有以下各项的特色及优点1、提高防蚀性在薄膜形成的过程中，以化学键的结合取代物理性的咬合作用，可以产生高薄度、强粘着力的金属合金表面薄膜，提供合金表面的保护。
2、增加涂装或贴粘时的附着性依本发明制程处理后的合金所作的上漆性测试，可证明表漆不会脱落，显示薄膜的上漆性良好；配合薄膜镀液的多样化，金属合金表面可以任意调整表面镀膜的化学成份，达到不同的接着、防锈、防蚀、导电及抗水性的性能等。
3、保有良好导电性在经过本发明方法制程处理后的合金，以HP毫欧姆计(HP4338)量测导电电阻＜0.3mΩ，显示其导电性良好。
4、本发明的方法所作表面处理的合金表面，更可减低指纹及灰尘的附着。
5、本发明的方法，其在薄膜形成之后无水洗过程，同时所使用的药剂无重金属离子的存在，因此不会产生浪费及污染水的问题。
6、本发明使薄膜形成方法可用简单的浸镀、喷雾、滚轮涂布的方式，具有简单且容易操作，让合金表面处理方法的设备成本大幅降低，且生产速度加快。
因此，本发明的金属的非铬表面处理方法，确实达到降低环境污染、提高合金表面处理的效能与增进产业上的利用价值，具有新颖性、实用性与创造性。
权利要求
1.一种金属的非铬表面处理方法，其流程步骤包括有(一)脱脂，以去除表面油污；(二)水洗，让合金表面保持清洁；(三)薄膜处理；其特征是该(三)薄膜处理是于合金表面覆盖薄膜镀液，即以薄膜镀液对合金表面进行镀膜反应，直到薄膜镀液与合金表面键结形成一层薄膜；该薄膜镀液是以二级-丁基氧化铝或混合选自至少一种下列成份组成乙烯三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-甲丙烯氧基丙基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲基氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、三级-丁基二甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氢硫基丙基-三甲氧基硅烷、二苯基二氯硅烷、六甲基二硅烷、乙烯基三硅烷、丙基氧化锆、乙基硅酸盐、1，1，2，2-四辛基-1-三乙氧基硅烷、丙氧化钛、异丙氧化钛、丁氧化钛、二级-丁氧化钛或三级-丁氧化钛。
2.根据权利要求1所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该金属是设为铝合金、或钛合金、或锌合金或铜合金。
3.根据权利要求1所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该金属为镁合金，则其流程的实施步骤是于脱脂、水洗后，先作酸处理，再进行薄膜处理，该酸处理是以有机一无机酸混合溶液对镁合金的金属表面进行酸蚀处理，让合金表面显露出金属原色或灰色、黑色，并促使合金表面活性化，以利于薄膜成形，以有机一无机酸混合溶液进行合金表面的酸处理，达到活化金属，并让该合金表面的氧化物去除，并形成氢氧基，以利于后续的薄膜处理。
4.根据权利要求1或3所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该薄膜处理后涂布或上色，在该合金表面形成的薄膜上涂漆或接着剂，该薄膜镀液的涂布方式为浸镀、喷雾或滚轮方式。
5.根据权利要求3所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该酸处理步骤之后，再进行活化处理，该活化处理是在酸处理后，通过将金属合金浸泡于酸或硷性溶液中进行活化处理，并让该合金表面产生氢氧基；该酸处理所用的有机一无机酸混合溶液为单独无机酸、或有机酸或两者并存的混合酸溶液，该有机酸选自至少一种酸类、醇酸类、二酸类与膦酸类的有机酸；该无机酸选自至少一种盐酸、磷酸、硼酸或硝酸。
6.根据权利要求5所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该有机酸类通式为R-(COOH)；其中该R为烷基，有机酸为烷酸；该R为烯基，有机酸为烯酸；该R为芳基，有机酸为芳酸；该R为卤烷基，有机酸为卤烷酸；该R为氢，有机酸为甲酸；该R为炔基，有机酸为炔酸。
7.根据权利要求5所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该有机酸醇酸类通式为(HO)-R-(COOH)；其中该R为烷基，有机酸为烷醇酸；该R烯基，有机酸为烯醇酸；该R为芳基，有机酸为芳醇酸；该R为炔基，有机酸为炔醇酸。
8.根据权利要求5所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该有机酸二酸类通式为(HOOC)-R-(COOH)；其中该R为烷基，有机酸为烷二酸；该R为烯基，有机酸为烯二酸；该R为芳基，有机酸为芳二酸；该R为炔基，有机酸为炔二酸。
9.根据权利要求5所述的金属的非铬表面处理方法，其特征是该有机酸膦酸类通式为(R1O)，R2O-(POOH)；其中该R为烷基，有机酸为烷氧膦酸；该R为烯基，有机酸为烯氧膦酸；该R为卤烷基，有机酸为卤烷氧膦酸；该R为氢，有机酸为膦酸；该R为炔基，有机酸为炔氧膦酸。
全文摘要
一种金属的非铬表面处理方法，其主要是将合金表面脱脂、水洗后，进行薄膜处理，而薄膜处理是于合金表面覆盖薄膜镀液，以对合金表面进行镀膜反应，直到薄膜镀液与合金表面键结形成一层薄膜，在处理过程中不会产生含有重金属离子的工业废水，将对环境污染的程度降到最低。具有制程简化、效率提高及成本降低的功效。
文档编号C23C22/00GK1502721SQ02153200
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月26日 优先权日2002年11月26日
发明者张广诚, 林继辉, 陈传益, 苏敏德 申请人:南美特科技股份有限公司