TWI754601B - 強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構 - Google Patents
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Abstract
本發明為有關一種強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構，主要係以金屬本體為基礎，先利用雷射技術在金屬本體表面產生複數容置孔，透過等離子電漿離化技術將矽靈離子化後，於容置孔及金屬本體表面沉積形成矽靈聯結部，接著透過電鍍技術將環氧樹脂電解後，於矽靈聯結部上形成環氧樹脂艷色層，最後以等離子電漿離化技術將氧化物離子化後，於環氧樹脂艷色層上沉積形成氧化物硬化層。藉此，利用矽靈連結部穩固的結合金屬本體及環氧樹脂艷色層，再以奈米化的氧化物硬化層，均勻的沉積於表面提高硬度，而使金屬本體兼顧美觀、硬度、韌性、及耐腐蝕特性。
Description
本發明為提供一種強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構，尤指一種兼具鮮豔亮麗之色彩、耐衝擊之韌性、耐磨耐刮之硬度、及抗腐蝕之耐候度的強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構。
按，眾多知名品牌商品上的品牌標示(LOGO)，對消費者而言為最直接觀察到的部分，故為了維護商標信譽、樹立良好形象、及滿足消費者對知名品牌的高標準，所述商標標示經常以漂亮的金屬製成，而連帶商品上的其他金屬配件，也會使用相同或類似的漂亮金屬。
對消費者而言，知名品牌的東西就是要兼顧華麗及耐用，放了好幾年或歷經碰撞摩擦，都還是要像新的一樣，換言之，就是要同時具有亮麗鮮豔的色彩、耐磨耐撞的硬度、及抗腐蝕的惰性。
然而就金屬表面塗層測試而言，化學測試結果良好者，雖具有良好的耐腐蝕性，但因其含碳量很高，故大多為紅色、黑色的暗沉色彩，無法具有亮麗鮮豔的色彩；而物理測試又可分為抗衝擊測試、密著度測試、及耐磨度測試，因抗衝擊度高即需要韌性、但耐磨度高需要硬度，因此極難兼顧耐磨與耐撞的特性，另因密著度高即需要彈性，但耐磨度高需要硬度，因此也極難兼顧顏料的附著力及耐磨的硬度。
就現有技術而言，為了加強顏料與金屬的附著力，通常以噴砂或咬酸的方式，在金屬表面產生孔洞以填入顏料加強附著力，但這種方式產生的孔洞是不規則的，並無法控制其孔徑、深度、數量及位置，因此經常造成局部脫落，且顏料仍直接結合於剛硬的金屬表面，結合韌性不足。另外，常見鮮豔的塗料只能直接塗布於鐵件、銅件、鋁合金件上，乃因此三種金屬的毛孔較大，但不鏽鋼因其耐腐蝕的特性，表面的毛孔較小，導致塗料難以咬合。
再者，通常高硬度的基材，其表面都會毛毛的、不平滑、容易卡灰塵，也導致其光學特性不佳，也就是不光滑、不亮麗，若為了強化商品的硬度將其包覆在表面，則會犧牲美觀。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，本發明之創作人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種兼具鮮豔亮麗之色彩、耐衝擊之韌性、耐磨耐刮之硬度、及抗腐蝕之耐候度的強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構的發明專利者。
本發明之主要目的在於：以雷射在金屬本體表面產生均勻的微孔，並以電漿離化技術填入矽靈連結部，使其穩固結合環氧樹脂艷色層，最後在表層塗布氧化物硬化層，而在美觀、耐磨、耐衝擊間取得平衡。
為達成上述目的，本發明之主要結構包括：至少一金屬本體、複數形成於該金屬本體上之容置孔、複數分別沉積形成於該容置孔上且延伸至該金屬本體表面之矽靈連結部、一結合於矽靈連結部上之環氧樹脂艷色層、及一沉積形成於該環氧樹脂艷色層上之氧化物硬化層。
製作時，係以金屬本體為基礎，利用雷射技術在金屬本體表面產生複數容置孔，透過等離子電漿離化技術將矽靈離子化，在容置孔及金屬本體表面上沉積形成矽靈連結部，接著透過電鍍技術將環氧樹脂電解，而在矽靈連結部上形成環氧樹脂艷色層，最後以等離子電漿離化技術將氧化物離子化，並於環氧樹脂艷色層上沉積形成氧化物硬化層。藉此，控制容置孔的分布及尺寸，使矽靈連結部穩固的結合金屬本體及環氧樹脂艷色層，以在金屬本體表面提供強韌鮮豔且不易脫落的色彩，再以奈米化的氧化物硬化層，均勻的沉積於表面提高硬度，而使金屬本體兼顧美觀、耐磨、及耐衝擊等優勢。
藉由上述技術，可針對習用金屬表面塗層所存在之無法同時具有良好的耐腐蝕性及亮麗鮮豔的色彩、難以兼顧耐磨及耐撞的特性、及難以兼顧顏料的附著力與耐磨的硬度等問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。
1:金屬本體
11:容置孔
2:矽靈連結部
3:環氧樹脂艷色層
4:氧化物硬化層
5:商品
第一圖 係為本發明較佳實施例之雷射挖孔示意圖。
第二圖 係為本發明較佳實施例之矽靈沉積示意圖。
第三圖 係為本發明較佳實施例之環氧樹脂沉積示意圖。
第四圖 係為本發明較佳實施例之氧化物沉積示意圖。
第五圖 係為本發明較佳實施例之步驟方塊流程圖。
第六圖 係為本發明較佳實施例之立體圖。
第七圖 係為本發明較佳實施例之第六圖A-A線剖試圖。
第八圖 係為本發明較佳實施例之容置孔結構示意圖。
第九圖 係為本發明較佳實施例之結構方塊圖。
第十圖 係為本發明較佳實施例之使用狀態圖。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。
請參閱第一圖至第十圖所示，係為本發明較佳實施例之雷射挖孔示意圖至使用狀態圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：
至少一金屬本體1，該金屬本體1係為不鏽鋼；
複數形成於該金屬本體1上之容置孔11，該些容置孔11係由雷射技術產生之微小孔洞，該些容置孔11之孔徑為180微米(μm)至230微米(μm)，該容置孔11之深度為25微米(μm)至55微米(μm)；
複數分別設於該容置孔11上且延伸至該金屬本體1表面之矽靈連結部2，該矽靈連結部2係以等離子電漿離化技術沉積形成；
一結合於該矽靈連結部2上之環氧樹脂艷色層3，該環氧樹脂艷色層3係以電鍍技術沉積形成；及
一設於該環氧樹脂艷色層3上之氧化物硬化層4，該氧化物硬化層4係以等離子電漿離化技術沉積形成，該氧化物係為二氧化矽或二氧化鋯其中之一者。
而本發明之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程，其主要步驟
包括：
(a)取至少一金屬本體；
(b)以雷射技術在金屬本體表面產生複數容置孔；
(c)透過等離子電漿離化技術將矽靈離子化後，於該容置孔及該金屬本體表面沉積形成一矽靈連結部；
(d)透過電鍍技術將環氧樹脂電解後，於該矽靈結部上形成一環氧樹脂艷色層；
(e)透過等離子電漿離化技術將氧化物離子化後，於該環氧樹脂艷色層上沉積形成一氧化物硬化層。
藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，更可兼具鮮豔亮麗之色彩、耐衝擊之韌性、耐磨耐刮之硬度、及抗腐蝕之耐候度等優勢，而詳細之解說將於下述說明。
金屬本體1係為不鏽鋼材質，各容置孔11為以相同孔徑、相同深度、相同間距之微小孔洞，例如孔徑大小之最佳值為206μm、孔徑深度之最佳值為40μm、孔徑間距約為孔徑大小的1.5倍，矽靈(Dimethicone)作為具有彈性之連結固定件使用，本身不易溶於水及油，穩定性極佳，環氧樹脂(EPOXY)為常用的塗料，可輕易賦予所需的色彩，即使為光鮮亮麗的顏色也可完整呈現，氧化物以二氧化矽(SiO2)作為舉例，二氧化矽俗稱類陶瓷或類玻璃，為一種耐磨耐刮的材質。上述元件之對應型態僅為較佳實施例之舉例，凡具有相同功能之型態者，皆屬本發明之範疇，不侷限於上述舉例。
實際製作時，如第一圖、第五圖、第六圖及第八圖所示，因不鏽鋼材質的金屬本體1，毛孔大小無法直接附著如環氧樹脂之塗料，故利用雷射蝕刻技術在金屬本體1表面，均勻的分布形成大量容置孔11，藉此平均的加大金屬本體1的毛孔大小。如第二圖及第五圖所示，為了進一步加強環氧樹脂與金屬本體1的結合強度，乃利用等離子電漿離化技術，將矽靈離子化成奈米狀態，使矽靈填入容置孔11內，如同在容置孔11內長出根狀的矽靈連結部2，也因為容置孔11的數量很多、分布很均勻，且矽靈連結部2的奈米化狀態具有極大的接觸面積，可與接觸的對象穩固咬合，而本實施例中，矽靈連結部2的兩端乃分別咬合金屬本體1及環氧樹脂艷色層3(請同參第三圖)。
如第三圖及第五圖所示，將設置完矽靈連結部2的金屬本體1，
置於一電鍍環境中，藉此以電鍍技術將環氧樹脂電解附著於矽靈連結部2上而形成環氧樹脂艷色層3，因此藉由矽靈的彈性增加強韌度、藉由環氧樹脂的易染色特性提升外在美觀，以在金屬本體1表面提供強韌鮮豔且不易脫落的色彩。
如第四圖及第五圖所示，同樣以等離子電漿離化技術將氧化物(如二氧化矽)離子化，使其呈現奈米化的微細狀態，而均勻的在環氧樹脂艷色層3表面沉積形成為氧化物硬化層4，由於氧化物硬化層4的硬度高，可提供良好的耐磨耐刮效果，且因其奈米化的塗布效果，使表面光滑、不易積灰塵，加上俗稱類玻璃的二氧化矽為可透光材質，故仍可透出下層的環氧樹脂艷色層3的色彩。綜合上述之沉積製程與結構，即可達到兼具鮮豔亮麗之色彩、耐衝擊之韌性、耐磨耐刮之硬度、及抗腐蝕之耐候度的進步性。
而如第七圖、第九圖及第十圖所示，將本發明之成品結合於商品5上，即可透過本發明之結構達到美觀、堅硬、強韌等特性，襯托該商品5之質感，以符合知名品牌對金屬配件(金屬本體1)的要求。
並根據下述實驗結果測試，可證明本發明乃美觀、耐磨、及耐衝擊等優勢之金屬。就化學類測試而言，本發明在塗裝標準NFS 80-772的人工汗測試下，通過測試要求24小時、極限36小時之耐候度測試目的，在塗裝標準ISO4611的恆溫恆濕測試下，通過測試要求96小時、極限120小時之耐候度測試目的，在塗裝標準ISO9227的鹽霧測試下，通過測試要求96小時、極限120小時之耐候度測試目的，及在塗裝標準小於或等於300ppm的含鉛量測試下亦通過測試達到耐候度測試目的。就物理測試而言，本發明在塗裝標準總高210cm、每30cm設置一片45度水泥板、不片狀剝落或大幅暴膜的跌落測試下，通過測試要求10次之抗衝擊測試目的，在塗裝標準轉速72rpm、滾30分鐘不露出底材、研磨料為棕鋼玉的三維滾筒測試下，通過測試要求30分鐘、極限40分鐘之耐磨度測試目的，及在塗裝標準ISO27874的百格測試下亦通過測試達到密著度測試目的。
惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程及其結構於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發
明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，以保障創作人之辛苦創作，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，創作人定當竭力配合，實感德便。
Claims (9)
- 一種強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程，其主要步驟包括：(a)取至少一金屬本體；(b)以雷射技術在該金屬本體表面產生複數容置孔；(c)透過等離子電漿離化技術將矽靈離子化後，於該容置孔及該金屬本體表面沉積形成一矽靈連結部；(d)透過電鍍技術將環氧樹脂電解後，於該矽靈結部上形成一環氧樹脂艷色層；及(e)透過等離子電漿離化技術將氧化物離子化後，於該環氧樹脂艷色層上沉積形成一氧化物硬化層。
- 如申請專利範圍第1項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程，其中該金屬本體係為不鏽鋼。
- 如申請專利範圍第1項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程，其中該些容置孔之孔徑為180微米(μm)至230微米(μm)，該些容置孔之深度為25微米(μm)至55微米(μm)。
- 如申請專利範圍第1項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積製程，其中該氧化物係為二氧化矽或二氧化鋯其中之一者。
- 一種強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積結構，其主要包括：至少一金屬本體；複數形成於該金屬本體上之容置孔；複數分別設於該容置孔上且延伸至該金屬本體表面之矽靈連結部；一結合於該矽靈上之環氧樹脂艷色層；及一設於該環氧樹脂上之氧化物硬化層。
- 如申請專利範圍第5項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積結構，其中該金屬本體係為不鏽鋼。
- 如申請專利範圍第5項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積結構，其中該氧化物係為二氧化矽或二氧化鋯其中之一者。
- 如申請專利範圍第5項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積結構，其中該些容置孔係由雷射技術產生之為小孔洞。
- 如申請專利範圍第5項所述之強化耐磨金屬表面之電漿離化沉積結構 ，其中該些容置孔之孔徑為180微米(μm)至230微米(μm)，該些容置孔之深度為25微米(μm)至55微米(μm)。
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