CN101425412A - 一种金属按键 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属按键,该金属按键包括按键素材和位于按键素材上的图案或文字,其中,所述按键素材是由金属粉末经粉末冶金法形成的,且按键素材洛氏硬度为HRC20-40。本发明由于采用金属粉末冶金制备按键,因此,制得的按键具有金属质感且耐磨。此外,由于本发明提供的金属按键不需要进行镀金属的步骤,因此,制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属按键。
技术背景
目前电子产品按键的材料主要有橡胶材料、塑胶材料和金属材料等。直接用橡胶材料等制成的按键,其外观质感和手感差;直接用塑胶材料等制成的按键,其外观质感和手感比较好,但不如金属按键。
为了使塑胶材料制成的按键具有金属质感和更好的手感,有些研究者在塑胶材料制成的按键表面通过电镀增加金属层,如CN1208884A公开了在塑胶按键主体上电镀金属;橡胶材料制成的按键,不能直接电镀金属,因此,如果要使橡胶按键具有金属质感,必须在电镀前,在橡胶主体上涂布一层介面层。
CN2687816Y公开了在橡胶按键主体上均匀涂布介面层,再在介面层上均匀电镀金属,以形成金属外观;为了增加耐磨性,又在金属层上喷涂耐磨层。通过这些工艺,尽管能增加金属质感和耐磨性,但工艺复杂。
目前,用在制备按键的金属材料主要有青铜、镍、钢等。用金属材料制备按键不仅外观质感和手感都很好而且耐磨。但直接用金属制备按键,不仅成本高,而且在制备工艺上也存在许多困难,如在成品上蚀刻困难,每个键也不易加工成不同的形状,不良率高且笨重。为了迎合新的审美要求,目前推出了越来越多的个性化的新型按键,这些按键外形结构较复杂,表面具有曲面和弧面,内部具有多处台阶、凹槽或通孔等。这更增加了直接采用金属加工的方法的难度甚至使直接用金属加工的方法无法实现。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术中制备具有金属质感并且耐磨的按键工艺复杂的缺点,提供一种制备工艺简单的具有金属质感并且耐磨的金属按键。
本发明提供的金属按键,该金属按键包括按键素材和位于按键素材上的图案或文字,其中,所述按键素材是由金属粉末经粉末冶金法形成的,且按键素材洛氏硬度为HRC20-40。
本发明由于采用金属粉末冶金制备按键,因此,制得的按键具有金属质感;通过选择适当的单一品种的金属粉末或多种不同品种的金属粉末的混合物,制得耐磨的按键。事实上,本发明通过选择单一的不同品种的金属粉末或者多种不同品种的金属粉末的混合物可制得所需要的具有不同光泽、不同手感的个性化按键,使按键品质大大提高。此外,由于金属粉末易于加工成各种形状,满足了目前按键日趋个性化设计的要求。按照本发明的一种优选实施方式,通过在抛光的金属按键表面镀上一层金属硬膜,可以使金属按键具有更好的金属光泽性和更好的表面耐磨性。在金属按键上通过离子镀镀上的金属硬膜与基体的结合很好,不容易脱落,耐磨性更好,而在PC料上通过离子镀镀上的金属表面会由于PC基体、金属镀层以及漆之间相互的结合力较差,易脱落,因而耐磨性较差。由于本发明提供的金属按键不需要进行镀金属的步骤,因此,制备工艺简单。
具体实施方式
本发明提供的金属按键是由粉末冶金加工成按键素材制备的。其中所述金属粉末选自不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金和镁合金中的一种或几种。可以根据实际需要来选择所述金属粉末的颗粒大小,从理论上讲,颗粒越细,比表面积也越大,越易于成型和烧结。本发明选择的金属粉末颗粒大小为不大于40微米,例如为0.1微米到40微米,优选为10-30微米。通过选择金属粉末,根据设计硬度要求选择不同金属粉末,使制得的按键素材的硬度为HRC20-40;同时通过选择不同金属粉末或金属粉末的混合物使按键具有不同颜色的金属光泽,如使按键具有银色金属光泽可选用不锈钢或钛合金等金属粉末,如使按键具有金色金属光泽可选用铜及铜合金等金属粉末;通过选择不同大小颗粒的金属粉末或者通过控制不同金属粉末配比使制定的按键具有不同手感;采用镂空结构减轻重量。
本发明提供的金属按键优选在按键的表面附有金属镀层,所述金属镀层为由氮化铬、氮化钛及氮化钛和氮化铝复合物形成的镀层,所述金属镀层的厚度为1-3微米。金属镀层的硬度可以达到HRC50-70。
本发明提供的金属按键可用于一切附有按键的设备,如手机、计算机。将多个本发明所述的金属按键组装在一起,即可获得所需的按键,如手机键盘、计算机键盘。
本发明提供的金属按键的制备方法包括将金属粉末加工成按键素材、抛光、镭雕或蚀刻和灌胶。其中所述粉末冶金加工成按键素材是按照下述步骤制备的:将体积比为55-80:20-45的金属粉末与粘接剂混合均匀后,将所得混合物注射成型形成按键坯件,然后将所得按键坯件进行脱脂处理和烧结,最后进行抛光。其中,所述的金属粉末与粘接剂混合均匀的条件可以是如在165-180℃的温度下混合1-3小时。
所述粘接剂可以是粘接金属粉末颗粒,并在注射成型机料筒中加热时具有流变性和润滑性,能带动金属粉末流动并且经脱脂过程可脱除的化合物或组合物。
按照本发明的一个具体实施方案,本发明的粘接剂含有5-20重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物、45-70重量份的石蜡、5-15重量份的巴西棕榈蜡、5-20重量份的高密度聚乙烯和1-10载体。本发明的粘接剂含有5-20重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物、45-70重量份的硬脂酸。所述乙烯-乙酸乙烯共聚物和高密度聚乙烯可以增加所述粘接剂的粘接强度;所述乙烯-乙酸乙烯共聚物的重均分子量为1500-3000,所述高密度聚乙烯是指密度为0.941-0.960g/cm3,重均分子量20万到90万的乙烯聚合物。所述石蜡和巴西棕榈蜡作为增塑剂,用来调节聚合物的流动特性。所述的硬脂酸作为表面活性剂,用于改善粉末与粘接剂的相容性。将粘接剂各成分置于混料机中,在160-180℃温度下混合1-3小时,使其熔化并混合均匀,即制得本发明的粘接剂。
本发明注射成型的条件包括注射温度为130-150℃、注射压力为40-70MPa、模温为40-60℃。在注射成型过程中,金属粉末和粘接剂的混合物在注射成型机料筒内变成具有流变性的塑性物料,在40-70MPa的注射压力下注入按键模具中,在模温40-60℃的条件下形成按键坯件。
所述脱脂处理的作用是去按键除坯件内所含有的有机粘接剂,使粘接剂从按键坯件的不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐地排出,而不降低毛坯的强度。所述脱脂处理包括:将坯件放入脱脂溶液,优选三氯乙烯溶液中,加热到40-60℃,保温3-6小时,然后将所述坯件放到脱脂炉中,在氢气保护下加热至200-350℃,并保温0.5-2小时,然后继续升温至450-600℃,并保温0.5-2小时。这样使部分粘接剂(例如部分石蜡)先溶入三氯乙烯中而脱去;然后使剩余的粘接剂在高温下熔化而脱去。通入氢气可以使按键坯件在脱脂过程中不被氧化;逐步升温可以使所述按键坯件在脱脂的同时保持一定的强度。
烧结使多孔的脱脂按键坯件收缩致密化,成为具有一定组织和性能的制品。本发明的烧结包括:先将脱脂按键坯件加热至800-900℃预烧结1-3小时,使脱脂的坯件收缩,并脱去残留的粘接剂;再置于真空炉中,在1200-1400℃的温度下烧结1-3小时,使按键坯件进一步收缩致密化,形成具有所需性能的金属按键。
优选情况下,将烧结后的金属按键的外表面进行手工抛光,采用治具控制抛光程度;接着在按键表面上镭雕或蚀刻成镂空形状的图案和/或文字,然后对镭雕或蚀刻的部分进行灌胶,使图案和/或文字更透光。所述灌胶的方法已为本领域所公知,例如包括先在金属按键镭雕或蚀刻的部分的背面涂覆一层热熔胶,然后再注入硅胶。所述热熔胶和硅胶可以是本领域公知的各种热熔胶和硅胶。所述热熔胶和硅胶的注入量可以是本领域技术人员所公知的注入量。
所述的制备金属按键的方法优选还包括在抛光之后和在镭雕或蚀刻之前进行PVD。PVD包括离子镀和溅射镀。在抛光的金属按键表面镀上一层金属硬膜使金属按键具有更好的金属光泽性和更好的表面耐磨性。可以镀CrN、TiN、氮化钛和氮化铝复合物作为表面硬膜。上述表面硬膜的硬度可以达到HRC50-HRC70。镀层的厚度为几个微米,优选0.5-3微米。在金属按键上通过离子镀镀上的金属硬膜与基体的结合很好,不容易脱落,耐磨性更好,而在PC料上通过离子镀镀上的金属表面会由于PC基体、金属镀层以及漆之间相互的结合力较差,易脱落,因而耐磨性较差。
下面结合实施例详细说明本发明,其中,硅胶为GE公司生产的,型号为LSR2660;热熔胶为深圳市鑫品企业有限公司生产的;高密度聚乙烯为上海烁强工贸有限公司生产的;乙烯-乙酸乙烯共聚物为上海烁强工贸有限公司公司生产的;石蜡为广州市番禺区东海化工厂公司生产的;巴西棕榈蜡为广州市番禺区东海化工厂公司生产的;硬脂酸为广州市番禺区东海化工公司生产的。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的金属按键及其制备方法。
1)制备按键素材
A:制备粘接剂:将5重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物(重均分子量2000)、70重量份的石蜡、5重量份的巴西棕榈蜡、10重量份的高密度聚乙烯(密度9.50g/cm3,重均分子量50万)和10重量份的硬脂酸在160℃温度下混合3小时,得到粘接剂;
B:将不锈钢粉与粘接剂混合:在165℃下,将平均粒径25微米的不锈钢粉与步骤A制得的粘结剂按体积比为55:45混合3小时;
C:注射成型:将所述不锈钢粉与粘接剂的混合物在注射温度130℃、注射压力40MPa和模温40℃的条件下注射成型,形成电脑键盘的按键坯件;
D:脱脂:将所述按键坯件放入三氯乙烯液体中加热到40℃并保温6小时,然后将按键坯件放到脱脂炉中,在氢气保护下以1.0℃/min的升温速度加热至200℃并保温0.5小时,然后继续升温至450℃并保温2小时;
E:烧结:先将脱脂的按键坯件加热至800℃预烧结1小时,再置于真空炉中,在1250℃下烧结1小时;
F:抛光:将烧结后的按键坯件进行手工抛光,采用治具控制抛光程度,得到表面光洁的按键素材;
2)在抛光后的按键素材上镭雕成镂空形状的文字或图案;
3)先在金属按键镭雕或蚀刻的部分的背面涂覆一层热熔胶,然后在文字或图案部分注入硅胶。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的金属按键及其制备方法。
按照实施例1所述的方法制备金属按键,不同的是,在实施例1的步骤2)和步骤3)之间进行离子镀,通过离子镀在表面光洁的按键素材表面镀上一层2微米厚的氮化铬膜,离子镀条件:温度为500℃,真空度为3.2×10-1Pa,氮气流量为0.035升每分钟,氩气流量为17毫升每分钟,电压为500伏,电流为20安,时间为10分钟。
实施例3
1)制备按键素材
A:制备粘接剂:将含有10重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物(重均分子量2000)、60重量份的石蜡、10重量份的巴西棕榈蜡、15重量份的高密度聚乙烯(密度9.48g/cm3,重均分子量30万)、5重量份的硬脂酸的混合粘接剂在170℃温度下混合1小时;
B:将不锈钢粉与粘接剂混合:在175℃下,将平均粒径19微米的不锈钢粉与步骤A制得的粘结剂按体积比为65:35混合2小时;
C:注射成型:将所述不锈钢粉与粘接剂的混合物在注射温度140℃、注射压力50MPa、模温50℃的条件下注射成按键膜型,形成手机按键坯件;
D:脱脂:将所述按键坯件放入三氯乙烯液体中加热到50℃保温4小时,然后将按键坯件放到脱脂炉中,在氢气保护下以1.2℃/min速度加热至300℃并保温0.5小时,继续升温至550℃并保温1小时;
E:烧结:先将脱脂的按键坯件加热至850℃预烧结2小时,再置于真空炉中,在1330℃下烧结2小时;
F:抛光:将烧结后的按键坯件进行手工抛光,采用治具控制抛光程度,得到表面光洁的按键素材;
2)通过离子镀法在表面光洁的按键素材的表面镀上一层2微米厚的氮化钛膜,离子镀条件:温度500℃,真空度为3.2×10-1Pa,氮气流量为0.035升每分钟,氩气流量为17毫升每分钟,电压为500伏,电流为20安,时间为10分钟;
3)在离子镀后的按键素材上镭雕成镂空形状的文字或图案;
4)先在金属按键镭雕或蚀刻的部分的背面涂覆一层热熔胶,然后在文字或图案部分注入硅胶。
实施例4
该实施例用于说明本发明提供的金属按键及其制备方法。
1)制备金属按键素材
A:制备粘接剂:将含有20重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物(重均分子量2000)、50重量份的石蜡、15重量份的巴西棕榈蜡、5重量份的高密度聚乙烯(密度9.54g/cm3,重均分子量60万)、10重量份的硬脂酸的混合粘接剂在160℃温度下混合1小时;
B:将不锈钢粉与粘接剂混合:在180℃下,将平均粒径为15微米的不锈钢粉与步骤A制得的粘结剂按体积比为80:20混合1小时;
C:注射成型:将所述不锈钢粉与粘接剂的混合物在注射温度150℃、注射压力60MPa、模温60℃的条件下注射成按键膜型,形成手机按键坯件;
D:脱脂:将所述按键坯件放入三氯乙烯液体中加热到60℃保温3小时,然后将按键坯件放到脱脂炉中,在氢气保护下以1.5℃/min速度加热至350℃并保温0.5小时,然后继续升温至650℃并保温0.5小时;
E:烧结:先将脱脂的按键坯件加热至900℃作预烧结2小时,再置于真空炉中,在1380℃下烧结3小时,得到金属按键素材;
F:抛光:将烧结后的按键坯件进进行手工抛光,采用治具控制抛光程度,得到表面光洁的按键素材;
2)通过离子镀法在表面光洁的按键素材的表面镀上一层2微米厚的氮化钛和氮化铝的复合物的膜。离子镀条件:温度为500℃,真空度为3.2×10-1Pa,氮气流量为0.035升每分钟,氩气流量为17毫升每分钟,电压为500伏,电流为20安,时间为10分钟;
3)在离子镀后的按键素材上镭雕成镂空形状的文字或图案;
4)先在金属按键镭雕或蚀刻的部分的背面涂覆一层热熔胶,然后在文字或图案部分注入硅胶。
实施例5-8
该实施例用于检测实施例1-4制得的按键素材或镀金属后的按键素材的洛氏硬度(HRC)。
选取顶角为120°的金刚石圆锥体作为压头,将待测工件平稳置于洛氏硬度计工作台上,首先加载初试验力98.07N/10kgf,将压头压入试件表面,计初始位移为h0,然后加载主试验力1471N/150kgf,保持时间为8秒;
之后卸除主试验力,保持初试验力F0,测量此刻的压头位移h2,按公式HRC=100-(h2-h0)/0.002,计算出洛氏硬度值。
按照上述方法测得实施例1-4制得的按键素材的硬度分别为:HRC35、HRC30、HRC28、HRC24,实施例2-4制得的硬铬膜的硬度分别为HRC65、HRC62、HRC60。
Claims (9)
1、一种金属按键,该金属按键包括按键素材和位于按键素材上的图案和/或文字,其特征在于,所述按键素材是由金属粉末经粉末冶金法形成的,且按键素材的洛氏硬度为HRC 20-HRC 40。
2、根据权利要求1所述的金属按键,其中,所述金属粉末选自不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金和镁合金粉末中的一种或几种。
3、根据权利要求1或2所述的金属按键,其中,所述金属粉末的颗粒大小为10微米到30微米。
4、根据权利要求1所述的金属按键,其中,该金属按键还包括位于按键素材表面的金属镀层,所述图案和/或文字位于金属镀层上。
5、根据权利要求4所述的金属按键,其中,所述金属镀层为由氮化铬、氮化钛及氮化钛和氮化铝复合物形成的镀层,所述金属镀层的厚度为1-3微米。
6、根据权利要求1所述的金属按键,其中,所述粉末冶金法包括将体积比为55-80:20-45的金属粉末与粘接剂混合均匀后,将所得混合物注射成型形成按键坯件,然后将所得按键坯件进行脱脂和烧结,最后进行抛光。
7、根据权利要求6所述的金属按键,其中,所述粘接剂含有5-20重量份的乙烯-乙酸乙烯共聚物、45-70重量份的石蜡、5-15重量份的巴西棕榈蜡、5-20重量份的高密度聚乙烯和1-10重量份的硬脂酸。
8、根据权利要求6所述的金属按键,其中,所述注射成型的条件包括注射温度为130-150℃、注射压力为40-70MPa、模温为40-60℃;所述脱脂包括:将所述按键坯件放入脱脂溶液中,加热到40-60℃,保温3-6小时,然后将所述按键坯件放到脱脂炉中,在氢气保护下加热至200-350℃,保温0.5-2小时,再继续升温至450-600℃,保温0.5-2小时;所述烧结包括先将脱脂后的按键坯件在800-900℃下预烧结1-3小时,再在真空条件下在1200-1400℃的温度下烧结1-3小时。
9、根据权利要求1所述的金属按键,其中,所述位于按键素材上的图案和/或文字的形成方法包括在按键素材上进行镭雕或蚀刻,然后对镭雕或蚀刻的部分进行灌胶。
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