專利名稱：金屬材料的表面氟化防護(hù)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面處理方法，尤其涉及一種金屬材料工件的表面氟化防護(hù)法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)今在各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上都朝向質(zhì)量輕、重環(huán)保的目標(biāo)邁進(jìn)，因 此，對(duì)于產(chǎn)品材料的開發(fā)及特性選擇上，需要作相當(dāng)程度的考慮。其中又以金屬材料的應(yīng)用 范圍最為廣泛，在此以鎂合金材料為例，鎂合金為實(shí)用性金屬材料中具有重量輕且回收性 優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，并且可與其它元素結(jié)合而形成具有高強(qiáng)度低重量、以及良好的耐沖擊性與耐 磨性的鎂合金材料。另外，鎂合金材料具有吸收電磁波及吸振的特性，因此，經(jīng)常被使用于 電子產(chǎn)品、航空機(jī)具、交通車輛及運(yùn)動(dòng)器材的制造上。由于鎂元素非常活潑，在空氣中極易氧化，然形成氧化物后體積會(huì)收縮，也就是表 面氧化膜無法覆蓋整個(gè)工件，氧化膜產(chǎn)生很多微裂縫，不甚具保護(hù)作用。相反地，鋁氧化后 體積會(huì)膨脹，氧化膜將布滿整個(gè)表面，因此，鋁合金可采用陽(yáng)極處理的方式進(jìn)行表面防護(hù)處理。目前為了提升鎂合金表面性質(zhì)的解決方法，大多是采用其它材料貼覆于鎂合金表 面的方式，通過外加的金屬材料對(duì)鎂合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與表面性質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，或采用噴涂烤 漆方式，斷絕鎂合金表面與外界空氣接觸，而達(dá)到抗氧化的目的。然而，這種復(fù)合式金屬材 料的結(jié)合方式，在制作上時(shí)常會(huì)因?yàn)榻饘俨牧吓c鎂合金材料之間存在有氣泡，使金屬材料 與鎂合金材料之間產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度不足的問題。同時(shí)制作完成后的復(fù)合式金屬材料也存在耐 熱性不夠、密著性不良的問題，導(dǎo)致表面覆有復(fù)合式金屬層的鎂合金對(duì)于抵抗磨耗的性質(zhì) 也不佳，導(dǎo)致金屬材料容易從鎂合金材料上剝離的問題。噴涂烤漆法也有上述問題，然其繁 雜工藝上將造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出一種金屬材料的表面氟化防護(hù)法，借以改良 現(xiàn)有技術(shù)鎂合金不易以陽(yáng)極處理方式進(jìn)行表面處理，以及現(xiàn)有技術(shù)鎂合金的表面外覆一金 屬層的作法，其金屬層容易與鎂合金表面相分離，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)鎂合金表面的耐熱性及耐 磨耗性并不理想等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所揭露的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，首先是將金屬材 料工件置入可氣密腔體內(nèi)，并進(jìn)行抽真空降低腔體內(nèi)的氧含量；接著，通入包含有氟的混合 氣體至腔體內(nèi)，金屬材料工件表面與氟進(jìn)行反應(yīng)，于是工件的表面生成并覆蓋有一氟化物 保護(hù)層。其中，該金屬材料工件的材質(zhì)為鎂合金或是鋁合金，且生成的該氟化物保護(hù)層的材 質(zhì)分別為氟化鎂及氟化鋁。其中，通入包含有該氟的該混合氣體至該腔體內(nèi)的步驟是于一室溫環(huán)境中進(jìn)行。其中，于該腔體進(jìn)行抽真空降低氧含量處理的步驟后，還包含有加熱該金屬材料 工件的步驟。
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其中，該金屬材料工件的加熱范圍為室溫至約攝氏300度之間。其中，該混合氣體包含有該氟及一氬。其中，該混合氣體包含有體積百分含量為90%的該氬及體積百分含量為10%的 該氟。其中，該混合氣體包含有該氟及一氮。其中，該混合氣體包含有體積百分含量為90%的該氮及體積百分含量為10%的 該氟。本發(fā)明的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，通過氣氛控制工藝而于金屬工件表面覆 蓋生成致密的氟化物保護(hù)層，借以保護(hù)工件本身不受酸或堿的腐蝕，同時(shí)大幅提高工件的 表面硬度及耐磨耗性質(zhì)。就以鎂的氟化為例，其致密系數(shù)=氟化鎂的體積/鎂的體積= (氟化鎂的重量/氟化鎂的密度)/(鎂的重量/鎂的密度)=(62. 3018g/3. 18g/cm3)/ (24. 305g/l. 738g/cm3) = 1. 401，意味著鎂氟化之后體積會(huì)增加40%，此一氟化鎂保護(hù)層將 布滿整個(gè)工件表面，在空氣中又幾乎不產(chǎn)生水解作用，可長(zhǎng)時(shí)間且有效地保護(hù)鎂合金工件 的表面。而且避免了不環(huán)保的噴涂烤漆工藝。以上的關(guān)于本發(fā)明內(nèi)容的說明及以下的實(shí)施方式的說明是用以示范與解釋本發(fā) 明的原理，并且提供本發(fā)明的權(quán)利要求更進(jìn)一步的解釋。


圖1為本發(fā)明的操作示意圖；圖2為本發(fā)明的金屬工件表面覆蓋有氟化物的示意圖；圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的步驟流程示意圖；以及圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的步驟流程示意圖。其中，附圖標(biāo)記100:金屬材料工件200 腔體210 工作臺(tái)220 真空幫浦300 氟400 氟化物保護(hù)層步驟500 將金屬材料工件置入可氣密的腔體內(nèi)步驟510 對(duì)腔體進(jìn)行抽真空降低氧含量處理步驟520 通入包含有氟的混合氣體至腔體內(nèi)步驟530 加熱金屬材料工件
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1并一并參考圖3的步驟流程圖，本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬材料的表面 氟化方法，其步驟首先是將一金屬材料工件100置入一可氣密的腔體200內(nèi)(步驟500)，其 中金屬材料工件100可直接放置在工作臺(tái)210上，或者是將金屬材料工件100勾掛在一吊 掛治具(圖中未示)上，再將金屬材料工件100連同吊掛治具一并放置于工作臺(tái)210上，并
4不以本實(shí)施例所揭示的擺放方式為限。其中，本發(fā)明所揭露的金屬材料工件100的材質(zhì)為 鎂合金(Magnesium alloy)或是鋁合金(Aluminum alloy)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員，也可選用其 它金屬材質(zhì)的合金作為待表面氟化處理的工件，并不以本實(shí)施例為限。接著，連接于腔體200的真空幫浦(vacuum pump)對(duì)腔體200進(jìn)行抽真空降低氧 含量處理(步驟510)，以令腔體200內(nèi)的環(huán)境壓力到達(dá)一預(yù)設(shè)的工作壓力。接著通入包含 有氟300的混合氣體至腔體200內(nèi)(步驟520)，此一混合氣體可為包含有氟300 (fluorine, F)或是氬(arg0n，Ar)(圖中未示)的混合氣體，其混合比例為體積百分比(vol. % )為90 的氬及體積百分比(vol. % )為10的氟；或者是，此一混合氣體可為包含有氟300或是氮 (nitrogen, N)(圖中未示)的混合氣體，其混合比例為體積百分比(vol. % )為90的氮及 體積百分比(vol. % )為10的氟，換句話講，該混合氣體包含有體積百分含量為90%的該 氮及體積百分含量為10%的該氟。但并不限定于本實(shí)施例所揭示的氣體種類及混合比例。值得注意的是，本實(shí)施例的通入包含有氟300的混合氣體至腔體200內(nèi)的步驟，其 腔體200內(nèi)部保持在一室溫環(huán)境(room temperature)進(jìn)行作業(yè)，也即腔體200內(nèi)部的環(huán)境 溫度約在攝氏25度(25°C )中進(jìn)行通氣步驟。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1及圖3，腔體200內(nèi)充滿包含有氟300的混合氣體，并且維持一定 的工作時(shí)間(約為數(shù)十分鐘)，讓金屬材料工件100與氟300進(jìn)行反應(yīng)，因此，于金屬材料工 件100的表面生成并覆蓋有致密的氟化物保護(hù)層400(如圖2所示)。舉例而言，若金屬材 料工件100的材質(zhì)為鎂合金，其與氟300反應(yīng)生成的保護(hù)層為氟化鎂(MgF2)，若金屬材料工 件100的材質(zhì)為鋁合金，其與氟300反應(yīng)生成的保護(hù)層為氟化鋁(AlF3)。請(qǐng)參閱圖4的另一實(shí)施例的步驟流程圖，并請(qǐng)一并參酌圖1。本發(fā)明另一實(shí)施例的 金屬材料工件的表面氟化方法，其步驟首先是將一金屬材料工件100置入一可氣密的腔體 200內(nèi)(步驟500)，其中金屬材料工件100可直接放置在工作臺(tái)210上，或者是將金屬材料 工件100勾掛在一吊掛治具(圖中未示)上，再將金屬材料工件100連同吊掛治具一并放 置于工作臺(tái)210上，并不以本實(shí)施例所揭示的擺放方式為限。其中，本發(fā)明所揭露的金屬材 料工件100的材質(zhì)為鎂合金或是鋁合金，但本領(lǐng)域技術(shù)人員，也可選用其它金屬材質(zhì)的合 金作為待表面氟化處理的工件，并不以本實(shí)施例為限。接著，連接于腔體200的真空幫浦對(duì)腔體200進(jìn)行抽真空降低氧含量處理(步驟 510)，以令腔體200內(nèi)的環(huán)境壓力到達(dá)一預(yù)設(shè)的工作壓力。接著加熱金屬材料工件100至 一預(yù)設(shè)溫度(步驟530)，其加熱金屬材料工件100的步驟可使用腔體200的加熱設(shè)備(圖 中未示)，以對(duì)腔體200內(nèi)的金屬材料工件100進(jìn)行加熱。本實(shí)施例的金屬材料工件100的 加熱范圍為室溫(25°C )至約攝氏300度(300°C )之間。請(qǐng)參閱圖1及圖4，接著通入包含有氟300的混合氣體至腔體200內(nèi)(步驟520)， 此一混合氣體可為包含有氟300或是氬(圖中未示)的混合氣體，其混合比例為體積百分 比(vol. % )為90的氬及體積百分比(vol. % )為10的氟；或者是，此一混合氣體可為包 含有氟300或是氮(圖中未示)的混合氣體，其混合比例為體積百分比(vol. % )為90的 氮分子及體積百分比(vol. % )為10的氟，但并不限定于本實(shí)施例所揭示的氣體種類及混 合比例。本實(shí)施例的通入包含有氟300的混合氣體至腔體200內(nèi)的步驟，其腔體200內(nèi)部 保持在室溫至約攝氏300度之間的環(huán)境溫度中進(jìn)行通氣作業(yè)。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1及圖4，腔體200內(nèi)充滿包含有氟300的混合氣體并且維持一定的 工作時(shí)間(約為數(shù)十分鐘)，金屬材料工件100與氟300進(jìn)行反應(yīng)，并于金屬材料工件100 的表面生成并覆蓋有致密的氟化物保護(hù)層400(如圖2所示)。舉例而言，若金屬材料工件 100的材質(zhì)為鎂合金，其與氟300反應(yīng)生成的保護(hù)層為氟化鎂(MgF2)，若金屬材料工件100 的材質(zhì)為鋁合金，其與氟300反應(yīng)生成的保護(hù)層為氟化鋁(AlF3)。值得注意的是，本實(shí)施例的金屬材料工件100的加熱范圍為室溫(25°C)至約攝氏 300度(300°C)之間，借以增加氟300與金屬材料工件100表面的反應(yīng)速率，進(jìn)而增加氟化 物保護(hù)層400的厚度。本發(fā)明所揭露的金屬材料的表面氟化方法，是通過氣氛控制工藝而于金屬材料工 件表面覆蓋生成致密的氟化物保護(hù)層，例如為氟化鎂或氟化鋁，以保護(hù)金屬材料工件本身 不受酸或堿的腐蝕。本發(fā)明所生成的氟化物保護(hù)層屬陶瓷材質(zhì)，因此，金屬材料工件的表面 硬度及耐磨耗性質(zhì)得以大幅提高。另外，本發(fā)明的氟化物保護(hù)層幾乎不會(huì)發(fā)生水解作用，因此，可長(zhǎng)時(shí)間且有效的保 護(hù)金屬材料工件的表面，延長(zhǎng)金屬材料工件的使用壽命及維持良好的表面性質(zhì)。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，包括以下步驟將一金屬材料工件置入一可氣密的腔體內(nèi)；對(duì)該腔體進(jìn)行抽真空降低氧含量處理；以及通入包含有一氟的一混合氣體至該腔體內(nèi)，該金屬材料工件與該氟進(jìn)行反應(yīng)，并于該金屬材料工件的一表面生成并覆蓋有一氟化物保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該金屬材料工件 的材質(zhì)為鎂合金或是鋁合金，且生成的該氟化物保護(hù)層的材質(zhì)分別為氟化鎂及氟化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，通入包含有該氟 的該混合氣體至該腔體內(nèi)的步驟是于一室溫環(huán)境中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，于該腔體進(jìn)行抽 真空降低氧含量處理的步驟后，還包含有加熱該金屬材料工件的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該金屬材料工件 的加熱范圍為室溫至約攝氏300度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該混合氣體包含 有該氟及一氬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該混合氣體包含 有體積百分含量為90%的該氬及體積百分含量為10%的該氟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該混合氣體包含有該氟及一氮。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬材料的表面氟化防護(hù)法，其特征在于，該混合氣體包含 有體積百分含量為90%的該氮及體積百分含量為10%的該氟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬材料的表面氟化防護(hù)法，首先將金屬材料工件置入可氣密的腔體內(nèi)，并進(jìn)行抽真空降低腔體內(nèi)的氧含量，接著通入包含有氟的混合氣體至腔體內(nèi)，使得氟與金屬工件表面進(jìn)行反應(yīng)，于是在工件的表面生成了氟化物保護(hù)層，借以保護(hù)工件抗酸堿的侵蝕，同時(shí)提高工件的表面硬度及耐磨耗特性。
文檔編號(hào)C23C8/08GK101921981SQ20091014744
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者葉明堂, 戴云城 申請(qǐng)人:安禾耐金科技股份有限公司