本發(fā)明涉及一種染色方法，特別涉及一種微弧處理金屬工件的染色方法。

背景技術：

微弧氧化(micro-arcoxidation，mao)系在陽極氧化的基礎上，利用高電壓在微弧處理金屬工件表面產(chǎn)生微弧放電現(xiàn)象，在鋁、鎂、鈦等鈍化型輕金屬或其合金的表面上生成氧化膜經(jīng)微弧氧化的金屬表面，具有高硬度和良好的耐蝕性，是一新興的電化學表面處理技術。各國對于此技術的認知不同，因而有不同的名稱，如微弧放電氧化(microarcdischargeoxidation，mdo)、微電漿氧化(microplasmaoxidation，mpo)、陽極火花沉積(anodicsparkdeposition)、火花放電陽極氧化(anodischenoxidationunterfunkenentladung，anof-process)、火花放電氧化(sparkdischargeoxidation)及電漿電解氧化(plasmaelectrolyticoxidation，peo)等。

雖然微弧氧化所得的氧化層機械特性如表面硬度、耐磨性和結合力都優(yōu)于傳統(tǒng)陽極處理(anodicaluminumoxide，aao)的氧化層，但微弧氧化在裝飾性應用上卻遠遠不及傳統(tǒng)陽極處理，主要是因為微弧氧化層伴隨的孔洞尺寸屬于微米尺度。若是以染料吸附的方式進行微弧氧化層的著色，這些微米尺度的孔洞無法讓染料牢靠的吸附在其表面上。而傳統(tǒng)陽極處理所形成于表面的氧化層有著六角形孔洞的堆積結構，這些納米尺度的孔洞，具有良好的滲透性，可以將表面以有機或無機的染料浸泡，使之滲入毛細孔內(nèi)，借由不同顏色的染料，可直接在鋁合金上染出鮮艷的顏色。另外，鈦金屬則可透過發(fā)色處理，將鈦金屬放置于一些特殊的電解液中施以一定的電流或電壓后，鈦金屬表面會被電解氧化生成一非常薄的膜而具干涉光波的特性，膜本身并不具顏色，但光照射于其上時由于某些特定波長的光互相抵消的結果，因而反射光遂使得鈦金屬表面具有顏色，隨著膜厚度的增加，顏色由紅轉藍而綠，產(chǎn)生不同的變化。

金屬發(fā)色主要為裝飾作用，經(jīng)發(fā)色處理所得的金屬表面并不具特殊保護性質。微弧氧化的氧化膜層多以白色、灰白色、灰褐色和黑色系列為主。這種膜層雖然外觀漂亮，綜合性能良好，但是顏色種類受限，大大限制了輕合金的外觀性應用，特別是電子產(chǎn)品外殼的合金壓鑄件。消費者對表面有色彩多樣化的要求，如果能獲取顏色均勻、色彩多樣的陶瓷膜，同時還能兼有本質的優(yōu)良機械保護性能，那么微弧氧化技術的應用將會被迅速推廣。為此，世界各國無不費盡心力追求這方面的著色技術，其中中國大陸在微弧氧化工件的著色技術進行了相當多的嘗試，在調(diào)制電解液來達成發(fā)色的主流中，主要采用釩酸鹽電解液來進行微弧氧化，所得陶瓷膜顏色多為綠色系列，也可在電解液中添加一定量的偏釩酸銨(nh4vo3)來制得黑色陶瓷膜層。這種膜層雖然顏色均一，外觀良好，但膜層的綜合性能不佳，更重要的是，電解液中添加的釩酸鹽若不經(jīng)特殊處理隨溶液任意排放，造成重金屬污染，嚴重影響環(huán)境。

另外，上述的實施方式還有其困難點，由于著色劑是直接添加入電解液，因此每當要換一種顏色制作微弧處理時，就必須更換電解液或再準備一個處理槽，因此就商業(yè)化的成本與其他考量，其并不符合大量生產(chǎn)的需求。

另一類后處理著色的嘗試可參閱中國發(fā)明(專利公開號第cn101376973a號及第cn103203915a號)，上述兩前案分別提出真空濺鍍結合電泳涂裝加工微弧氧化工件工藝與鋁合金微弧電泳復合膜層的技術，其主要實施的方法是先在鋁、鎂或鈦等可鈍化的金屬或其合金先以微弧氧化制備氧化層，然后在微弧氧化層上鍍金屬層后再進行電泳涂裝，或于微弧氧化層上直接電泳涂裝，此時可根據(jù)工件所需要的顏色來選取對應顏色的電泳涂料，改善習知微弧氧化層成色效果不佳的情況。但是電泳涂裝是利用電鍍原理，使得水溶性中離子化的涂料樹脂在電極上析出，從而形成不溶性涂層而覆蓋在微弧氧化層上，雖為氧化層增添色彩效果，但卻也同時失去微弧氧化層的陶瓷質感以及優(yōu)越的機械性質。另外，經(jīng)電泳涂裝或噴涂的有色層除了附著性堪慮之外，因為有色層具有一定的厚度，若為外觀組合件，是否會影響組裝的精密度或牢靠度，對此仍存有相當?shù)囊蓱]。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的，針對上述不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種微弧處理金屬工件的染色方法，不僅獲取顏色均勻及色彩多樣的陶瓷氧化膜，同時還能兼有本質的優(yōu)良機械保護性能之功效。

技術方案：微弧處理金屬工件的染色方法，包含下列步驟：

(1)前處理

(11)先向反應槽中加入前處理溶液，然后將微弧處理金屬工件置入反應槽中，且將該微弧處理金屬工件全部沒入該前處理溶液內(nèi)，其中：

該微弧處理金屬工件具有一金屬基材以及一微弧氧化層，該微弧處理金屬工件具有第一顏色；

(12)連接該反應槽至陽極，且連接微弧處理金屬工件的金屬基材至陰極，使該反應槽、該前處理溶液及該微弧處理金屬工件形成第一回路；

(13)對該第一回路施以一逆向電壓，使微弧處理金屬工件的微弧氧化層形成多個電荷通道；

(2)染色處理

(21)向染色槽中加入染色溶液，然后取出步驟(13)得到的微弧處理金屬工件并置于染色槽中，且將該微弧處理金屬工件全部沒入該染色溶液內(nèi)，

(22)連接該染色槽至陰極，且連接微弧處理金屬工件的金屬基材至陽極，使該染色槽、該染色溶液及該微弧處理金屬工件形成第二回路；

(23)對該第二回路施以一正向電壓，且在微弧處理金屬工件的金屬基材與微弧處理金屬工件的該微弧氧化層的交界處形成正電場，正電場吸引陰離子染料粒子后，陰離子染料粒子被吸附于微弧氧化層的電荷通道內(nèi)，使該微弧處理金屬工件具有第二顏色。

進一步地，步驟(13)中的逆向電壓為10至30伏特，逆向電壓的維持時間為5至15秒。

進一步地，步驟(23)中的正向電壓為2至10伏特，正向電壓的維持時間為60至300秒。

進一步地，步驟(23)中對該第二回路施以該正向電壓后，還包含維持一預定溫度，該預定溫度為20至60℃。

進一步地，步驟(11)中的該前處理溶液為一電解質溶液，該電解質溶液為一可溶性鹽類水溶液、一酸類水溶液及一堿類水溶液中的一種或幾種。

更進一步地，步驟(11)中該電解質溶液的工作溫度為15至40℃。

更進一步地，該電解質溶液為氯化鈉水溶液，該氯化鈉水溶液的摩爾濃度為0.01至0.1mol/l。

進一步地，染色溶液的濃度為3至15克/升。

進一步地，該染色溶液包含陰離子型有機染料。

附圖說明

圖1a至圖1d為本發(fā)明公開的微弧處理金屬工件的染色方法的前處理的示意圖。

圖2a至圖2d為本發(fā)明公開的微弧處理金屬工件的染色方法的染色處理的示意圖。

圖3為本發(fā)明公開的微弧處理金屬工件染色前的狀態(tài)示意圖。

圖4a為經(jīng)過紅色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件的結果示意圖。

圖4b為經(jīng)過綠色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件的結果示意圖。

圖4c為經(jīng)過藍色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件的結果示意圖。

其中：

1-微弧處理金屬工件11-微弧氧化層

111-電荷通道12-金屬基材

2-反應槽

21-前處理溶液

3-染色槽

31-染色溶液32-陰離子染料粒子

1a-紅色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件

1b-綠色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件

1c-藍色陰離子型有機染料處理后的微弧處理金屬工件

具體實施方式：

本發(fā)明將搭配附圖，為本發(fā)明的較佳實施例進行更詳細的說明。然而，此說明書中所使用任何形式的實施例僅為說明用，無法以此限制本發(fā)明。更準確地說，實施例的提供是為了使本發(fā)明更徹底和完整地說明，并對本領域技術人員充分傳達。

為避免現(xiàn)有公知技術所衍生的各項缺失，而讓微弧處理后的金屬工件更具競爭性與發(fā)展性，本發(fā)明提出一種微弧處理金屬工件的染色方法，借由微弧氧化層染色前處理，得到一兼具活性表層與大量電荷通道的微弧氧化層，然后進行染色，使得此微弧氧化層可在各種顏色的有機或無機染料中進行染色，從而獲得多樣、具飽和色澤的微弧氧化層，且保有微弧處理優(yōu)越的特性，使金屬工件在經(jīng)微弧處理技術后仍可兼具功能與美觀的用途，進一步擴展微弧處理技術的應用領域，提升整體產(chǎn)業(yè)的價值。

具體實施例1

請參閱圖1a至圖1d所示，為本發(fā)明的微弧處理金屬工件的染色方法的前處理的示意圖。請參閱圖2a至圖2d所示，為本發(fā)明的微弧處理金屬工件的染色方法的染色處理的示意圖。

微弧處理金屬工件1系由金屬基材12與經(jīng)微弧處理后所得的微弧氧化層11所組成，并具有一第一顏色，或使用其他合金做為金屬基材，但不限于此。微弧氧化層11是屬于具有大量微米尺度之開放性與封閉性孔洞的膜質結構。

微弧處理金屬工件的染色方法，包含下列步驟：

(1)前處理

(11)如圖1a所示，先向反應槽2中加入前處理溶液21，然后將該微弧處理金屬工件1置入該反應槽2中，且將該微弧處理金屬工件1全部沒入該前處理溶液21內(nèi)；

(12)接著如圖1b所示，連接該反應槽2至陽極，且連接金屬基材12至陰極，使該反應槽2、該前處理溶液21及該微弧處理金屬工件1形成一第一回路；

(13)如圖1c及圖1d所示，該前處理溶液21與通入于微弧處理金屬工件1上的逆向電壓的交互作用下，微弧氧化層11中的開放性孔洞在電化學溶解下會產(chǎn)生電荷通道111；電荷通道111的生成并不會損及金屬基材12以及微弧氧化層11，可保有微弧處理所擁有優(yōu)異的本質特性；

(2)染色處理

(21)如圖2a所示，向染色槽3中加入染色溶液，然后取出步驟(13)得到的微弧處理金屬工件1并置于染色槽3中，且將該微弧處理金屬工件1全部位于該染色溶液31內(nèi)；

(22)如圖2b所示，連接該染色槽3至陰極，且連接金屬基材12至陽極，使該染色槽3、該染色溶液31及該微弧處理金屬工件1形成一第二回路，

(23)如圖2c和2d所示，對該第二回路施以一正向電壓，此時正電荷會在該金屬基材12與該微弧氧化層11的交界處形成正電場，在正電場的作用下，染色溶液31中陰離子染料粒子32會被吸附在具有電荷通道111的開放性孔洞中，由于具有電荷通道111的開放性孔洞可借由正電場有效率的吸引陰離子染料粒子32，且使陰離子染料粒子32帶有動能的被吸附于具有電荷通道111的開放性孔洞中，因此陰離子染料粒子32與具有電荷通道111的開放性孔洞中之間具有相當好的附著性，將該微弧處理金屬工件1具有一第二顏色。也就是說，制備上可透過不同的操作參數(shù)來控制所形成的電荷通道111數(shù)量與染色的時間，進而就可控制吸附陰離子染料粒子32的量，根據(jù)產(chǎn)生的飽和度不同，染色后的顏色外觀就會不一樣。

進一步地，步驟(13)中的逆向電壓為10至30伏特，逆向電壓的維持時間為5至15秒。

進一步地，步驟(23)中的正向電壓為2至10伏特，正向電壓的維持時間為60至300秒。

進一步地，步驟(23)中對該第二回路施以該正向電壓后，還包含維持一預定溫度，該預定溫度為20至60℃。

進一步地，步驟(11)中的該前處理溶液為一電解質溶液，該電解質溶液為一可溶性鹽類水溶液、一酸類水溶液及一堿類水溶液中的一種或幾種。

更進一步地，步驟(11)中該電解質溶液的工作溫度為15至40℃。

更進一步地，該電解質溶液為氯化鈉水溶液，該氯化鈉水溶液的摩爾濃度為0.01至0.1mol/l。

進一步地，染色溶液的濃度為3至15克/升。

進一步地，該染色溶液包含陰離子型有機染料。

圖3為本發(fā)明公開的較佳實施例中微弧處理金屬工件染色前的狀態(tài)示意圖；此實施例以鋁合金做為金屬基材12進行微弧處理金屬工件1的染色。

首先進行微弧氧化層11染色前處理工作，此實施例以鋁合金做為金屬基材12，將微弧處理金屬工件1置入304ss不銹鋼材質的反應槽2中，以該反應槽2作為對電極，連接至陽極。反應槽2中的前處理溶液21為一電解質溶液，包括大多數(shù)可溶性鹽類、酸類或鹼所組成的電解質溶液。在本實施例中使用氯化鈉溶液，其濃度在0.01至0.1m，電解質溶液借由溫度控制系統(tǒng)設定在攝氏15至40度。并對該電解質溶液進行攪拌。采用直流電源時，將該微弧處理金屬工件1設定輸入為逆向電壓10至30伏特，反應時間為5至15秒。經(jīng)過上述步驟可使微弧氧化層11表層活化，并于微弧氧化層11中形成大量電荷通道111。反應完成后取出該微弧處理金屬工件1進行水洗、脫水、烘干。

接著在染色溶液中進行微弧氧化層11的染色工作，染色溶液31的成分為染料(非顏料)，可為任何種類的有色染料，如有機染料或無機染料等，本實施例以304ss不銹鋼槽做為染色槽31，該染色槽31中配置紅色陰離子型有機染料，濃度為3至15克/升。將前一個階段完成的該微弧處理金屬工件1置入該染色槽3中，連接該染色槽3至陰極，且連接該金屬基材12至陽極，將該微弧處理金屬工件1設定輸入為正向電壓2至10伏特，操作溫度為攝氏20至60度，染色時間為60至300秒。染色完成后取出水洗、脫水、烘干，完成微弧氧化層11的染色，如圖4a及表一所示。經(jīng)過紅色陰離子型有機染料處理的微弧處理金屬工件1a染色效果可透過色度分析測驗標準(cie1976lab)來鑒定，未染色的微弧氧化層的lab值為(l*a*b*)＝(83.08,-0.58,1.09)，經(jīng)過紅色染料染色后色度值為(l*a*b*)＝(65.54,24.05,11.32)。

表一

具體實施例2

與具體實施例1大致相同，區(qū)別僅僅在于使用綠色陰離子型有機染料，依照具體實施例1的方法進行微弧處理金屬工件的染色，染色結果如圖4b及表一所示，經(jīng)過綠色陰離子型有機染料處理的微弧處理金屬工件1b的色度值(l*a*b*)＝(75.93,-2.59,35.63)。

具體實施例3

與具體實施例1大致相同，區(qū)別僅僅在于使用藍色陰離子型有機染料，依照實施例1的方法進行微弧處理金屬工件的染色，染色結果如圖4c及表一所示，使用藍色陰離子型有機染料處理的微弧處理金屬工件1c的色度值為(l*a*b*)＝(52.48,2.98,-36.48)。

綜上所述，本發(fā)明提出微弧處理金屬工件的染色方法，期望借由此著色技術為產(chǎn)業(yè)在應用上提供一種不同思維與做法。本發(fā)明的技術方案包括前處理與染色處理，透過此兩種步驟即可有效的使染料附著于微弧氧化層上，以達到染色的效果。

但是以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例，但不能以此限定本發(fā)明實施之范圍；故，凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。