TWI457467B - A production method in which a molded product made of a magnesium alloy is subjected to a cylinder grinding process - Google Patents

Description

將由鎂合金所成之成形品一面進行筒研磨一面進行化成處理的生產方法

本發明係關於將由鎂合金所成之成形品一面進行筒研磨一面進行化成處理的方法。

本案發明人係經營一家主要以輸送機器相關的金屬零件表面研磨為業所進行的公司。近來，將由鎂合金所成之成形品作為被加工物(以下設為工件)來進行研磨的工作亦日漸增加。鎂合金係指以鎂為主成分的合金，以下由鎂合金所成之成形品亦設為鎂合金。鎂在現實中所使用的金屬之中為最輕，熱傳導度高且放熱性佳，再利用(recycle)亦比樹脂較為優異，因此廣泛被使用在汽車零件等，而且由於具有電磁波屏蔽性，因此亦多數被採用作為行動電話、筆記型個人電腦的框體。但是，在鎂的研磨，尤其拋光研磨中，鎂的粉塵在空中飛散且亦具有粉塵***的危險性，儘可能期待一種藉由濕式方法的筒研磨所致之方法。藉由濕式筒，不會有鎂的粉塵在空中飛散的情形，而被水中吸收之故。

筒研磨係指將工件，將粒子狀的研磨材、媒材(以下設為混合物(compound))連同水一起放入筒(桶)中，使筒進行旋轉/上下運動，藉此將工件進行研磨的方法，但是亦包含在已放入粒子狀的研磨材、混合物及水的筒中，使工件進行旋轉/上下運動來進行研磨的方法。一般係在筒中放入水，由於使用水，因此亦被稱為濕式筒。

在圖1顯示使工件在已放入粒子狀的研磨材、混合物及水的筒槽內進行旋轉/上下運動且進行研磨的筒研磨機的概略圖。

在基台2上的支持柱21安裝升降機22，移動板臂24與固定有擺錘運動汽缸5的升降機移動板23沿著支持柱21上下滑動。在移動板臂24係安裝有：傾斜板3、及上下滑動板31。在傾斜板3係安裝有：上下滑動板31、及使上下滑動板31上下運動的上下運動汽缸4，在上下滑動板31係安裝有：把持工件7來使其旋轉的自轉軸32；及使該自轉軸32旋轉的自轉軸驅動馬達33。擺錘運動汽缸5係與傾斜板3相連結，藉由擺錘運動汽缸5的伸縮，傾斜板3係產生前後的擺錘運動，自轉軸32亦產生前後的擺錘運動。

虛線係顯示工件下降而進入至筒槽的狀態。在圖1中，擺錘運動係侷限於前後運動，但是雖未圖示，亦可藉由在移動板臂安裝產生左右動作的汽缸，來進行左右的擺錘運動。其中，在此係將筒特別設為筒槽。

研磨工程大致區分有粗研磨及最後研磨，依 研磨材的粒子大小及材質，被分為粗研磨用及最後研磨用。以研磨材的材質而言，係有砂、塑膠、陶瓷等。混合物為液狀，除了界面活性劑以外，包含有脂肪酸鹽、亞硝酸鹽、IPA等。該混合物係相對於水，以0.1~0.5%的比例添加，亦具有發出工件表面的光澤的功能。

鎂合金的表面處理係在進行拋光研磨或筒研磨之後，一般而言經由圖2所示工程來進行。經研磨的工件係在脫脂工程中將表面的油脂部分去除。藉由接下來的蝕刻工程，將工件的表面化學性形成為均一。以蝕刻劑而言，係使用磷酸、鹽酸等。接著進行化成處理。化成處理係表面處理之一，在金屬的表面使磷酸等處理劑發揮作用而起化學反應，對金屬表面供予耐蝕性或與塗料的密接性等與原本的素材不同的性質的處理。有陽極氧化、或藉由磷酸鹽所致之皮膜形成等。

如上所述，作為工件的鎂合金的表面處理係需要多數工程，成為成本上升的要因。亦有來自交易公司等的成本降低的請求，本案發明人針對鎂合金的表面處理方法多加思量。鎂係離子化傾向繼金屬鈉為次高，腐蝕性劇烈。換言之，鎂即使為弱酸性亦會起反應。著重在該點的本案發明人係著重在與無機酸相比較，廢水處理較為容易之屬於有機酸的草酸、檸檬酸溶液，若投入鎂試驗片時，發現在試驗片表面發生泡的反應。該反應係被推測如圖3所示者。所被推測的係檸檬酸亦有被使用作為螫合劑的情形，與陽離子的反應不明之處亦多，圖3的檸檬酸的 反應式(1)、(2)係不出推定範圍者。

若觀察浸漬在草酸、檸檬酸溶液的鎂試驗片時，可觀察到在其表面係產生被認為為皮膜之物。草酸及檸檬酸之與鎂的金屬鹽係被認為溶解度低而產生皮膜者。此外，草酸、檸檬酸溶解後的廢水的處理與氫氟酸、磷酸溶解後的廢水相比，亦具有較不費工的優點。

因此，本案申請人係將在公司內所使用的粒子狀的研磨材、混合物、水放入筒內，且在該筒分別添加草酸、檸檬酸而將pH形成為約4，經試驗性筒研磨的結果，發現可與研磨同時進行化成處理。因此，若調查與筒研磨同時進行化成處理的方法的先前技術，發現有以下所示之引用文獻。

以藉由經簡化的處理工程，可在由鎂或鎂合金所成之成形品的表面，有效率地形成耐蝕性及樹脂塗膜密接性優異的化成處理皮膜的方法而言，有使用含有研磨粒子的化成處理液磷酸，一面將由鎂或鎂合金所成之成形品的表面進行研磨一面進行化成處理，在前述成形品的表面形成化成處理皮膜的方法(專利文獻1)；以同時在1階段進行金屬或非金屬的表面上的油脂、鏽、無用物等異物的去除與磷酸鹽處理，將前處理工程省略化，迅速且簡便地進行處理的表面處理方法而言，將金屬或非金屬的表面，使用磷酸鹽，藉由物理手段將該表面研磨，同時以前述磷酸鹽被覆該表面，使皮膜形成為特徵的金屬或非金屬的表面處理方法(專利文獻2)；在塗裝前將選自鋁合金 及鎂合金的至少1種合金的成形體的表面進行化成處理的方法中，包含以下工程：(甲)在筒研磨裝置，連同前述成形體一起投入未達pH7的蝕刻液及研磨劑，經過該蝕刻液的pH中和的時點後至少15秒進行前述成形體的研磨的筒研磨工程；(乙)將前述成形體進行水洗的工程；(丙)在前述成形體生成皮膜的工程；及(丁)將前述成形體進行乾燥的工程的化成處理方法(專利文獻3)等。此外，以鎂的低電阻性皮膜處理物及其表面處理方法而言，有一種處理方法之特徵為包含對含鎂金屬材進行藉由酸及/或弱鹼溶液所為之蝕刻處理，然後進行包含鈣離子、錳離子及磷酸離子，甚至含有氧化處理劑的化成處理劑溶液所為之化成處理的工程(專利文獻4)。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2006-169580號公報

〔專利文獻2〕日本特開平10-315137號公報

〔專利文獻3〕日本特開2004-10998號公報

〔專利文獻4〕日本特開2000-96255號公報

在上述各專利文獻中，專利文獻1及專利文獻2係一面進行表面研磨一面進行化成處理者，但是任何發明均使用磷酸作為化成處理劑。專利文獻3亦為一面進行筒研磨一面進行化成處理者，但是使用磷酸、硝酸、氫氟酸、鹽酸等作為蝕刻液。在任何專利文獻中，均非為使 用草酸、檸檬酸作為化成處理劑者。此外，專利文獻4係關於針對鎂合金的化成處理劑的發明，與本案的課題不同。

本案所欲解決的問題點係針對鎂合金的成形品，一面進行筒研磨一面進行表面處理，使表面處理工程大幅縮短，有助於成本減低為目的者。

本案發明之特徵為：若將鎂合金的工件進行筒研磨時，在筒內放入粒子狀的研磨材、混合物及水，另外添加草酸或檸檬酸或草酸與檸檬酸，將工件一面進行研磨一面進行化成處理。

亦即第1發明係將作為被加工物之由鎂合金所成的成形品同時進行筒研磨及化成處理，因此在筒槽放入粒子狀的研磨材、混合物及水，另外添加草酸或檸檬酸、或草酸與檸檬酸，將筒內的水溶液的pH形成為3以上、6以下而以預定時間一面進行筒研磨一面進行化成處理的方法。

筒研磨、粒子狀的研磨材、混合物係如前所述。筒研磨若大致區分有粗研磨及最後研磨，但是由於同時進行筒研磨及化成處理，因此屬於最後研磨。之所以設 為筒槽係基於僅為筒亦可，但是表現為用以蓄積水的容器之故。

草酸的構造式為HOOC-COOH，在體內與血液中的鈣離子強力結合，因此具有毒性，由於根據毒物及有害物質取締法而被指定為非醫藥用有害物質，因此在處理時必須多加注意。常溫下為無色的結晶，對水的溶解度為約10g/100cc。由於具有羧基，因此在水溶液中係進行電離而形成為二價的酸來顯示作用。大多被分類為弱酸，但是酸解離常數比磷酸等為高。

檸檬酸的化學式為C₆ H₈ O₇ ，構造式表示於圖3。為具有3個羧基的弱酸，水溶液係呈弱酸性。為常溫下無色或白色的固體，有無水物與一水合物的結晶。已知製作金屬離子與螯合錯合物。對水的溶解度為73g/100cc。由於製作金屬離子與螯合錯合物，因此圖3的檸檬酸與鎂的反應式重複，為推測的範圍。

筒研磨的時間係依工件的材質、形狀或所被要求的表面平滑度而異。有以10分鐘即足夠的工件，亦有必須要有30分鐘的工件。若筒研磨時間較長，若pH低，則會有工件被蝕刻至所需以上之虞，為了配合研磨時間來決定pH，使pH具有範圍在3以上、6以下。

之所以設為草酸或檸檬酸、或草酸與檸檬酸，係基於藉由與面塗在皮膜上的塗料的相合性質，例如耐蝕性、密接性而可選擇任一者之故，另外之所以限定於該等係基於廢水處理與其他化成處理劑相比較，較為容易 之故。之所以設為筒內的水溶液，係基於混合物與草酸或檸檬酸或混合物與草酸及檸檬酸溶解之故。

藉由第1發明，如圖4所示，與圖2所示之一般工程相比較，可大幅縮短工程。

接著第2發明係由於將筒內的水溶液維持在一定的pH範圍，因此一面將預先調製的草酸溶液或檸檬酸溶液、或以預定比例將草酸與檸檬酸溶解的混合溶液，藉由pH維持裝置添加在筒槽的水溶液，一面進行第1發明之以預定時間一面進行筒研磨一面進行化成處理的方法。

在筒研磨中，係將預定數量投入至筒槽來進行筒研磨，但是每次都更新筒內的水溶液之例不多，將筒研磨已結束的工件由筒槽取出，將新的工件投入至筒槽來進行筒研磨。因此，草酸、檸檬酸係與鎂合金起反應，筒內的水溶液的pH即上升。因此，藉由pH維持裝置，將草酸溶液或檸檬酸溶液、或以預定比例將草酸與檸檬酸溶解後的混合溶液添加在筒槽，將筒內的水溶液的pH維持在一定範圍。草酸、檸檬酸係如前所述為水溶性，以水溶液而言，相較於添加在筒槽的為保持固體狀態下進行添加，在處理上較為容易之故。

將pH維持裝置之一例顯示於圖5。筒槽6內的水溶液的pH值由pH計81被送至個人電腦8，若由該數值判斷出必須補給草酸或檸檬酸時，由個人電腦8對控制器82傳送該指示，控制器82係打開草酸水溶液儲槽 61或檸檬酸水溶液儲槽62的電磁閥63，草酸溶液或檸檬酸溶液被送入至筒槽。筒槽內的水溶液的pH係藉由pH計來常時計測，若pH下降而成為預定的pH值，則電磁閥63關閉而停止供給草酸或檸檬酸。該流程係藉由預先被組入的程式來進行。pH維持裝置係指為了將筒內的水溶液維持在一定的pH範圍，將草酸或檸檬酸或草酸與檸檬酸自動送入筒槽的一連串裝置。在圖5中係記載草酸溶液儲槽61與檸檬酸溶液儲槽62，但是亦有以任一個儲槽即足夠的情形，此外，亦有調製草酸與檸檬酸的混合溶液而儲存在1個儲槽的情形。之所以設為一定的pH範圍係基於使其具有pH的管理範圍之故。

其中，若為pH電極為玻璃的情形，會有因研磨材或工件而玻璃破損之虞，必須要有僅有水溶液進入至筒槽內的玻璃電極用的設置場所。例如，考慮將上下面被解放的不銹鋼製管件安裝在筒槽內壁面，且在該處放入玻璃電極的方法等。

接著，第3發明係藉由第1發明或第2發明的方法予以化成處理且另外經面塗塗裝之由鎂合金所成之成形品。

供保護藉由第1發明及第2發明的方法所被化成處理之由鎂合金所成的成形品之用。

在第1發明中，由於將作為被加工物之由鎂 合金所成之成形品同時進行筒研磨及化成處理，因此可大幅縮短工程，並且將草酸、檸檬酸作為化成處理劑來使用，因此廢水處理變得較為容易。在第2發明中，可將筒內的水溶液的pH維持為一定，且可進行安定的化成處理。第3發明係將藉由第1發明或第2發明的方法予以化成處理且另外經面塗塗裝之由鎂合金所成的成形品作為保護對象者。

1‧‧‧筒研磨裝置

2‧‧‧基台

3‧‧‧傾斜板

4‧‧‧上下運動汽缸

5‧‧‧擺錘運動汽缸

6‧‧‧筒槽

7‧‧‧工件

8‧‧‧個人電腦

21‧‧‧支持柱

22‧‧‧升降機

23‧‧‧升降機移動板

24‧‧‧移動板臂

31‧‧‧上下滑動板

32‧‧‧自轉軸

33‧‧‧自轉軸驅動馬達

34‧‧‧工件把持部

61‧‧‧草酸水溶液儲槽

62‧‧‧檸檬酸水溶液儲槽

63‧‧‧電磁閥

81‧‧‧pH計

82‧‧‧控制器

圖1係筒研磨機的概略圖。

圖2係表面處理的一般工程圖。

圖3係顯示鎂與草酸、檸檬酸的反應式。

圖4係一面進行筒研磨一面進行化成處理時的工程圖。

圖5係pH維持裝置的概略圖。

圖6係密接性試驗的結果表。

以下顯示實施例。

〔實施例1〕

進行如以下所示之預備試驗。

(1)若將草酸5g溶於1Liter(以下設為L)的水 (設為A液)，而投入鎂試驗片時，被發現在表面產生氫的氣泡而起化學反應。若取出試驗片，觀察其表面時，產生化成皮膜。A液的pH為約2.5。

(2)若將檸檬酸5g溶於1L的水(設為B液)而投入鎂試驗片時，被發現在表面產生氫的氣泡而起化學反應。同樣地若取出試驗片，觀察其表面時，產生化成皮膜。B液的pH為約3。

(3)將日常使用的混合物10CC溶解於水10L(設為C液)的C液的PH為約8。C液準備3個。

(4)將A液0.5L加在C液的結果，C液係稍微白濁。此時的C液的pH為約3.5。在加入該A液的C液投入研磨材與鎂合金的試驗片，攪拌約10分鐘。

(5)同樣地，將B液0.5L加在C液的結果，C液係稍微白濁。此時的C液的pH為約4。在加入該B液的C液投入研磨材與鎂合金的試驗片，攪拌約10分鐘。

(6)同樣地，將A液0.25L、B液0.25L加在C液的結果，C液係稍微白濁。此時的C液的pH為約3.5。在加入該A液與B液的C液投入研磨材與鎂合金的試驗片，攪拌約10分鐘。

其中，在C液加入A液、B液及A液與B液的混合液時，C液雖然白濁，但是若攪拌1~2分鐘時，白濁即消失。

(7)使以上述(4)、(5)、(6)進行化成處理後的試驗片以乾燥機進行乾燥且進行噴吹塗裝。

〔實施例2〕

針對進行上述噴吹塗裝的試驗片，進行密接性試驗。密接性試驗係指在試驗面使用截切刀，將達到質地的11條切痕互相形成直角來製作100個棋盤格。切痕的間隔設為1mm。在使纖維素膠帶(cellulose tape)強力壓接在棋盤格部分之後，一口氣剝下，對100個棋盤格的內塗膜剝離後的個數進行計數者，亦被稱為棋盤格試驗。將棋盤格試驗的結果顯示於圖6。圖6的A液+C液、B液+C液、A液/B液+C液係以前述(4)、(5)、(6)的方法所試作的試驗片，分別準備3片試驗片。由圖6亦可知，與脫脂後進行面塗塗裝的試驗片相比較，以一面進行筒研磨一面進行化成處理的試驗片的密接性較為優異。

〔產業上可利用性〕

本案係一面進行筒研磨一面進行化成處理者，可大幅縮短至此為止的工程。此外，化成處理所使用的藥品亦為草酸、檸檬酸，其廢水處理亦容易。大幅的成本降低，被期待備受需要。

Claims (3)

1. 一種一面以預定時間進行筒研磨一面進行化成處理的方法，其係為了將作為被加工物之由鎂合金所成之成形品同時進行筒研磨及化成處理，在筒槽內放入粒子狀的研磨材、混合物及水，另外添加檸檬酸，且將筒內的水溶液的pH形成為3以上、6以下而以預定時間一面進行筒研磨一面進行化成處理方法。
2. 一種一面以預定時間進行筒研磨一面進行化成處理的方法，其係為了將筒內的水溶液維持在一定的pH範圍，將預先調製的檸檬酸溶液，一面藉由pH維持裝置添加在筒槽的水溶液，一面進行如申請專利範圍第1項之一面以預定時間進行筒研磨一面進行化成處理的方法。
3. 一種成形品，其係藉由如申請專利範圍第1項或第2項之方法進行化成處理且另外經面塗塗裝之由鎂合金所成的成形品。