CN102071447A

CN102071447A - 金属表面图案化的方法及其结构

Info

Publication number: CN102071447A
Application number: CN2009102219436A
Authority: CN
Inventors: 萧钦群
Original assignee: Bin Chuan Enterprise Co Ltd
Current assignee: Bin Chuan Enterprise Co Ltd
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明提供一种金属表面图案化的方法，其包含先以一化学或物理处理清洗金属基材，再对金属基材进行抛光处理。接着，对金属基材进行一阳极氧化处理以形成一多孔氧化膜于金属基材表面，其中多孔氧化膜具有孔径介于20纳米至400纳米之间的多个孔洞。再提供一图案层以印刷方式让油墨粒子吸附于多孔氧化膜的孔洞中，其中油墨粒子的粒径介于10纳米至300纳米之间。最后进行封孔处理以形成一连续覆盖于多孔氧化膜表面的封孔层。

Description

金属表面图案化的方法及其结构

技术领域

本发明是有关于一种金属表面图案化的方法及其结构，且特别是有关于一种单次阳极氧化处理金属表面的方法。

背景技术

一般而言，电子装置大多以塑料为基本材质，但对于现今消费者而言，除了实用性与功能性的要求之外，电子装置也逐渐开始讲究金属质感。较昂贵的电子产品逐渐以金属机壳为主流。使用金属材料具备下列优点：电磁遮蔽效果佳，散热性良好，兼顾刚性佳，耐冲击等，强度保护作用及可回收利用的环保特性。

为了改变金属机壳表面性质，例如赋予金属外观多彩多样化且保留金属外观质感，并可防锈或防止磨耗等。金属机壳的表面处理技术逐渐备受重视。在金属机壳的表面处理技术中，是以电镀、化学镀或是其它涂装方式在金属机壳上形成功能性金属层，或在金属机壳表面制作出各种不同层次的花纹图案或文字来增加产品的价值感。一般常见的方法，例如在金属机壳表面先进行阳极氧化处理，接着印刷上所需图案后，再涂上保护层(如UV层)，或者可经过多色(次)阳极搭配其它制程，例如蚀刻等制程。但印刷图案再涂上保护层的方式却无法保留金属表面质感及光泽且其表面耐磨度不高。而多色(次)阳极需搭配其它制程经多次加工步骤，才能达到金属机壳表面多彩化的效果，造成制程时间长、制程繁琐及设备成本高的问题。因此，一种可赋予金属外观多彩多样化且具有金属外观质感、防锈或防止磨耗，并可降低制程时间及成本的方法为目前所需。

发明内容

因此，本发明主要目的之一在于提供一种金属表面图案化结构的方法及其结构，其经由阳极氧化处理制程而形成一阳极氧化处理层，并直接在金属基材上形成图案，可解决前述对制程时间长、制程繁琐及设备成本高的问题。

本发明提供一种金属表面图案化的方法，其包含以一化学或物理处理清洗一金属基材，再对金属基材进行一抛光处理。接着，对金属基材进行一阳极氧化处理以形成一多孔氧化膜于金属基材表面，其中多孔氧化膜具有多个孔洞。再提供一图案层以印刷方式让油墨粒子吸附于多孔氧化膜的孔洞中，最后经由封孔处理形成一连续覆盖于多孔氧化膜表面的封孔层。

根据本发明的一实施例，还包含在该图案层印刷前，先进行一单次阳极染色处理，以在该多孔氧化膜表面及其孔洞中形成一底色层。根据本发明的一实施例，上述图案层由10纳米(nm)～300纳米(nm)的油墨粒子所组成，而上述多孔氧化膜具有多个孔洞，这些孔洞的孔径分别介于20纳米(nm)～400纳米(nm)之间。

根据本发明的又一实施例，每一个油墨粒子的粒径实质相同，且每一个孔洞的孔径实质相同。

本发明还提供一种金属表面图案化的结构，其包含一金属基材、一多孔氧化膜、一底色层、一图案层以及一封孔层。多孔氧化膜形成于金属基材的表面，并具有多个孔径的多个孔洞。底色层，形成于多孔氧化膜的表面及孔洞中。图案层，由具有多个粒径的多个油墨粒子所组成，图案层以印刷方式形成于多孔氧化膜的孔洞中，且覆盖孔洞中的底色层。封孔层形成于多孔氧化膜的上方，通过连续覆盖方式，将油墨粒子封闭在孔洞中。

本发明的金属表面图案化结构，直接将图案层形成于多孔氧化膜中，不受限于设备条件且缩短了制程的工作时间，有效的降低了生产成本。此外，本发明的金属表面图案化结构可具有多样化及多彩化的图案层，同时阳极氧化处理层可提高金属表面图案化结构的金属质感以及具有耐磨的特性。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1A是绘示依照本发明一实施例的形成金属表面图案化结构的步骤流程图；

图1B是绘示依照本发明另一实施例的形成金属表面图案化结构的步骤流程图；

图2A～2D是绘示依照本发明一实施例的形成金属表面图案化结构的示意图；

图3是绘示依照本发明另一实施例的形成金属表面图案化结构的示意图。

【主要组件符号说明】

S101～S111：步骤 110：金属基材

100：金属表面图案化结构 120：图案层

111：底色层 130：阳极氧化处理层

132：多孔氧化膜 133：孔洞

134：封孔层

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，本说明书将特举出一系列实施例来加以说明。但值得注意的是，这些实施例只是用以说明本发明的实施方式，而非用以限定本发明。

图1A是根据本发明一实施例的金属表面图案化方法的步骤流程图。首先，步骤S101是提供一金属基材，所述的金属基材为铝或铝合金。然而，适用于上述金属基材的材料可为其它金属材料，例如镁、钛或钛镁合金。

接着，步骤S103是以一化学或物理处理清洗金属基材，上述的化学处理包含使用一中性或碱性化学溶液，例如以丙酮(acetone)清洗金属基材表面。在一实施例中，还包含化学脱脂处理，例如使用酸性脱脂剂(例如硫酸或氢氟酸)将金属基材浸泡于酸性脱脂剂中，以去除金属基材表面的油污或粉垢。当然，在其它实施例中亦可改用碱性脱脂剂，例如硅酸钠、磷酸纳、碳酸钠。上述的物理处理包含使用一超音波清洗处理。

在又一实施例中，还包含在化学或物理清洗前，根据金属基材表面的均匀程度，预先进行一表面机械处理，例如拉发丝纹、喷砂或机械抛光等，借以去除金属基材的毛边、赘料或不良表面。机械抛光主要是采用抛光机械配合特制的腊进行加工处理，结合机械作用与化学反应的加工过程，也就是包含了物理性机械作用的磨耗行为和抛光液在抛光垫与工件上产生腐蚀与表面生成物等化学反应。在一实施例中，所述的抛光液为酸性或中性溶液。

步骤S105是对金属基材进行一抛光处理，以使金属基材表面具有一较光滑的表面。上述抛光处理一般可采化学抛光法或电化学抛光法。化学抛光法是通过抛光液和加工件表面产生化学作用而移除材料。电化学抛光法是通过电能和化学能的作用来移除表面材料，主要是利用电解作用来移除金属基材表面的材料。步骤S107是对金属基材进行一阳极氧化处理以形成一多孔氧化膜于金属基材表面。由于一般图案的形成均是使油墨粒子附着于基材表面，故须使油墨粒子干燥后，再于基材表面形成一保护层，以延长图案使用寿命。然而，有时因基材表面凹凸不平，而使油墨粒子无法均匀附着时，例如：部分区域不易附着而流动至其它区域，造成仍有部分油墨尚未干燥，以致于在形成保护层后有油墨晕染的现象。因此，经由对金属基材进行一阳极氧化处理后可形成一表面均匀的多孔氧化膜，借以让油墨粒子能均匀附着于多孔氧化膜的孔洞中。请参考图1B，在一实施例中，还包含在金属基材进行阳极氧化处理后，接着步骤S108进行一单次阳极染色处理，通过单次阳极染色处理，可将例如有机或无机水溶性染料形成在多孔氧化膜上，以在多孔氧化膜表面及孔洞中形成一底色层。在又一实施例中，上述的阳极氧化处理是使用硫酸电解液，其浓度范围为160g/l～250g/l，而用以进行阳极氧化处理的电压范围介于10V～150V之间，电流密度范围介于1A/dm²～20A/dm²，处理时间在低温(例如约-5℃～14℃)至常温下(例如约15℃～25℃)，进行约10～60分钟。在又一实施例中，上述的阳极氧化处理是使用铬酸电解液，其包含3％～10％的铬酸，而用以进行阳极氧化处理的电压范围介于40V～50V，电流密度范围介于1A/dm²～3A/dm²，处理时间在25℃～40℃下，进行处理约30～50分钟。在又一实施例中，上述的阳极氧化处理是使用草酸电解液，其包含3％～5％的草酸，而用以进行阳极氧化处理的电压范围介于15V～60V，电流密度范围介于1A/dm²～6A/dm²，处理时间在15℃～35℃下，进行处理约10～60分钟。在又一实施例中，上述的阳极氧化处理是使用磷酸电解液，其包含10％～30％的磷酸，而用以进行阳极氧化处理的电压范围介于10V～20V，电流密度范围介于1A/dm²～3A/dm²，处理时间在15℃～30℃下，进行处理约10～30分钟。经上述阳极氧化处理后，铝材表面会形成氧化皮膜，此氧化皮膜会完整且紧密的包覆铝材，对铝材有保护及装饰的功能。

步骤S109是提供一图案层以印刷方式让油墨粒子吸附于多孔氧化膜的孔洞中，上述的图案层由多个油墨粒子所组成；而多孔氧化膜包含了多个孔洞。在一实施例中图案层具有多个粒径介于10纳米(nm)至300纳米(nm)之间的多个油墨粒子；而多孔氧化膜具有多个孔径介于20纳米(nm)至400纳米(nm)之间的多个孔洞，每一个孔洞的孔径大于油墨粒子的粒径，且每一个孔洞可吸附至少一个油墨粒子。当油墨粒子的粒径越小时，图案层的图案色彩细致度越高；当孔洞更密集且孔径更小时，则可进一步提高油墨与多孔氧化膜之间的吸附力。在又一实施例中，每一个油墨粒子的粒径可实质相同，且每一个孔洞的孔径可实质相同。由于油墨可以多色混合成不同粒径的油墨粒子；也可以单色形成实质相同粒径的油墨粒子。因此，制程中可通过调整多个粒径介于10纳米(nm)至300纳米(nm)之间的多个油墨粒子，来使图案层颜色显示为彩色；也可使用实质相同粒径的多个油墨粒子，来使图案层颜色显示为单色。因此，利用上述方法可大为改善油墨晕染的现象，增加油墨粒子的吸附力，提高图案的色彩选择度及细腻度以及产品的合格率。此外，可进一步减少金属基材表面处理的制程时间及成本。上述的图案层的印刷方式包含了平版印刷、网版印刷、水转印、热转印以及喷墨等方式。在一实施例中较佳是以热转印或水转印方式作业；热转印就是将图案层印刷到一中间膜上，再配合专用的转印设备，通过加热、加压，以烫印的方式转印到金属基材的表面，使得图案层中的油墨粒子吸附于多孔氧化膜表面的孔洞中；而水转印适合应用于对定位性要求不高的图纹装饰，主要是将特殊处理的高分子薄膜印上油墨后放于转印机，利用水压原理，将色彩纹路均匀的转印于工件表面，使得图案层吸附于多孔氧化膜表面的孔洞中。由于转印作业是一次作业，故可缩短印刷图案的次数，减少印刷错误造成的材料损失。

最后，步骤S111是进行一封孔处理以形成一连续覆盖于多孔氧化膜表面的保护层。借以保护多孔氧化膜孔洞中的油墨粒子不会受外力作用而有刮除或产生晕染情形。

在一些实施例中，上述的封孔处理是为了使着色后的氧化皮膜收缩封闭，形成致密结构，以保持色泽以及提高其耐蚀、耐磨、耐晒等方面的性能。封孔处理包含了金属盐封孔处理、有机物封孔处理或涂装封孔处理，例如高温80～100度的醋酸镍封孔。

在一些实施例中，可在上述封孔处理之后，形成一保护层于金属基材以延长多孔氧化膜的使用寿命，如喷涂抗紫外线UV胶或喷涂精油聚氨酯漆。

图2A至2D是绘示金属表面图案化结构的一实施例。图2A是提供一金属基材110，接着，如图2B所示，对金属基材110进行一阳极氧化处理以形成一多孔氧化膜132于金属基材110表面，使得金属基材110表面被表面具有许多致密孔洞的多孔氧化膜132所包覆。接着，再使一图案层120吸附于多孔氧化膜132内，也就是多孔氧化膜132的致密孔洞133中(请参照图2C)。最后进行一封孔处理以形成一连续覆盖于多孔氧化膜132表面的封孔层134，如图2D。

图3是绘示金属表面图案化结构的又一实施例。提供一金属基材110，接着，对金属基材110进行一阳极氧化处理，以形成一多孔氧化膜132于金属基材110表面。再对金属基材110表面上之多孔氧化膜132进行一单次阳极染色处理，使单色染料在多孔氧化膜132表面及其致密孔洞133中形成一底色层111，再使一图案层120吸附于多孔氧化膜132的致密孔洞133中。最后进行一封孔处理以形成一连续覆盖于多孔氧化膜132表面的封孔层134。

由上述本发明实施例可知，应用本发明的金属表面图案化结构的方法可缩短金属表面图案化的处理流程工时，并有效降低生产成本。此外，将图案层形成于阳极氧化处理层的氧化膜孔洞中，不仅使图案层易于吸附于孔洞中，更使图案层可更紧密的吸附于阳极氧化处理层中，且保留了金属表面的质感与光泽。此外，本发明的金属表面图案化结构除具有多样化及多彩化的图案层并保留金属表面的金属质感外，更可选择在金属表面形成单一色彩，而增加图案层搭配时的变化性，同时阳极氧化处理层可提高金属表面图案化结构的表面硬度以具有耐磨的特性。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种金属表面图案化的方法，其特征在于，其包含：

提供一金属基材；

以一化学或物理处理清洗该金属基材；

对该金属基材表面进行一抛光处理；

对该金属基材进行一阳极氧化处理以形成一多孔氧化膜于该金属基材表面，其中该多孔氧化膜具有多个孔径的多个孔洞，该些孔径分别介于20纳米至400纳米之间；

使一图案层吸附于该多孔氧化膜中，其中该图案层由分别具有多个粒径的多个油墨粒子所组成，以印刷方式使该图案层中的该些油墨粒子吸附于该多孔氧化膜的该些孔洞中，该些油墨粒子的粒径分别介于10纳米～300纳米之间；以及

进行一封孔处理以形成一连续覆盖于该多孔氧化膜表面的封孔层。

2.根据权利要求1所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，该些油墨粒子的该些粒径小于该些孔洞的该些孔径，且该些油墨粒子吸附于该些孔洞中。

3.根据权利要求2所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，该些油墨粒子的该些粒径相同，且该些孔洞的该些孔径相同。

4.根据权利要求3所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，该些孔洞的至少一个吸附有该些油墨粒子的至少一个。

5.根据权利要求1所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，还包含在该封孔处理后形成一保护层。

6.根据权利要求1所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，该保护层为一抗紫外线层或一聚氨酯层。

7.根据权利要求6所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，该抗紫外线层包含紫外线漆以及紫外线硬化涂料。

8.根据权利要求1所述的金属表面图案化的方法，其特征在于，还包含在该图案层印刷前，先进行一单次阳极染色处理，以在该多孔氧化膜表面及其孔洞中形成一底色层。

9.一种金属表面图案化的结构，其特征在于，其包含：

一金属基材；

一多孔氧化膜，具有多个孔径的多个孔洞，该多孔氧化膜形成于该金属基材的一表面；

一底色层，形成于该多孔氧化膜的表面及该些孔洞中；

一图案层，由具有多个粒径的多个油墨粒子所组成，该图案层以印刷方式形成于该多孔氧化膜的该些孔洞中，且覆盖该些孔洞中的该底色层；以及

一封孔层，形成于该多孔氧化膜的上方，通过连续覆盖方式，将该些油墨粒子封闭在该些孔洞中。

10.根据权利要求9所述的金属表面图案化的结构，其特征在于，该多孔氧化膜的该些孔径分别介于20纳米至400纳米之间。

11.根据权利要求9所述的金属表面图案化的结构，其特征在于，该些油墨粒子的该些粒径分别介于10纳米至300纳米之间。

12.根据权利要求9所述的金属表面图案化的结构，其特征在于，该些油墨粒子的该些粒径小于该些孔洞的该些孔径，且该些油墨粒子吸附于该些孔洞中。

13.根据权利要求12所述的金属表面图案化的结构，其特征在于，该些油墨粒子的该些粒径相同，且该些孔洞的该些孔径相同。