CN103031555A - 壳体的制备方法及该方法所制备的壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种壳体的制备方法，提供金属基材；在该金属基材上形成陶瓷层；利用激光熔覆该陶瓷层，使得该陶瓷层与位于其下部金属基材部分熔融一体形成复合层；冷却后，对该形成有复合层的金属基材进行热处理；冲压成型，得到边缘具有立体结构的壳体。本发明还提供所述方法制备的壳体。

Description

壳体的制备方法及该方法所制备的壳体
技术领域
本发明涉及一种壳体的制备方法，尤其涉及一种金属和陶瓷的复合材质壳体制备方法及由该方法所制备的壳体。
背景技术
激光熔覆技术是利用高能密度的激光束在金属基材表面形成合金复合层，采用激光熔覆技术所形成的合金复合层与冶金结合所形成合金复合层具有不同成分和性能，该工艺可以在普通的金属基材上形成高性能的合金覆层表面，由其是在航天、汽车等相关领域内被广泛应用。
激光熔覆技术也应用于消费电子产品的外壳等领域，但消费电子产品的外壳要求合金覆层与基材的结合强度、壳体韧性及加工精度高，现有的激光熔覆技术对于具有三维结构的消费电子产品的外壳加工，存在壳体的边缘合金结合力不足的弊端。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种金属和陶瓷的复合材质壳体制备方法，该方法制备的壳体，其边缘金属和陶瓷的合金结合力强。
一种壳体的制备方法，其包括如下步骤：
提供金属基材；
在该金属基材上形成陶瓷层；
利用激光熔覆该陶瓷层，使得该陶瓷层与位于其下部金属基材部分熔融一体形成复合层；
冷却后，对该形成有复合层的金属基材进行热处理；
冲压成型，得到边缘具有立体结构的壳体。
另外，本发明还提供了采用所述方法所制备的壳体。
本发明提供一种激光熔覆技术，在金属基材上形成一陶瓷和金属层部分相互熔融的复合层，之后，再对该具有复合层的壳体进行热处理，以消除激光合金化过程中由于温度梯度造成的内应力及金属和陶瓷的边缘合金化结合不足的弊端，最后把加工好的壳体进行冲压，得到边缘具有三维结构的壳体。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例壳体激光熔覆形成复合层示意图。
图2为本发明一较佳实施例壳体激光熔覆后形成复合层的截面剖视图。
主要元件符号说明
壳体 10
金属基材 11
陶瓷层 13
复合层 15
激光光束 20
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参见图1，本发明一较佳实施方式的壳体10的制备方法，其包括如下步骤：
（a）提供一金属基材11。该金属基材11可为不锈钢或铝合金。
（b）对该金属基材11进行前处理：将金属基材11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除金属基材11表面的油污渍，清洗时间为5～10min，在经过研磨抛光后进行喷砂处理，形成一粗糙表面，以提高金属基材11与后续涂层的结合力。
（c）在金属基材11上形成一陶瓷层；形成该陶瓷层13可采用喷涂或涂覆的方法，如机械手自动喷涂、静电喷涂等方法来形成所述陶瓷层13。该陶瓷层13的材料可以选择氧化钒、氧化铝、氧化锆、氧化钛等氧化物陶瓷;也可为碳化钨、碳化硅等碳化物陶瓷，还可以为氮化钛、氮化铝等氮化物陶瓷材料。陶瓷层13中含有粒径大致在10um~30um之间的颗粒。陶瓷层13的厚度为0.03~0.08mm。
（d）激光熔覆该陶瓷层13，经过激光光束20扫描使该陶瓷层13与其下部金属基材11熔融为一体。该过程可选择自动激光合金化设备，聚焦点按照设计路线行进，照射全部陶瓷熔附层，该设计可选择“∩”型熔融合金化路线，也可选择“11”型熔融合金化路线。并可预先设计陶瓷合金化部位，本发明也可采用预沉积法，即是在预沉积陶瓷层的部位发生熔融合金化。本发明选用陶瓷层13为非透明陶瓷层，以免影响激光产生折射，影响激光熔融效果。形成一陶瓷金属熔融体的复合层15。激光熔覆处理的参数如下：激光器选用脉冲红宝石激光，激光介质为钕（Nd），波长1.06um，激光平均功率设置2~50W，聚焦光斑直径0.5-1.0mm，功率密度8MW/cm2；激光熔融深度0.1~0.5mm，激光熔融宽度10~20mm，激光束性质摆动式690-750Hz，进给速度为5~10mm/s，陶瓷层13与金属基材11所形成的复合层15深度0.2~1.0mm。
（e）对激光熔融后的壳体10进行冷却后，进行热处理，热处理条件参数可根据金属材质及合金层厚度适当改变。本优选的实施例中金属基材11为不锈钢时，对其热处理的步骤和条件为：将形成有复合层15的壳体10的温度从0℃升到900℃的时间为30~50分钟；保持900℃的温度时间为60~120分钟；升温之后降温，温度由900℃降到600℃为30~60分钟；600℃降到200℃，80~150分钟；最后由200℃自然降温至室温，完成热处理，本步骤中采用缓慢降温，该降温的平均速度等于或低于5℃/min。
目的是消除激光合金化过程中由于温度梯度造成的金属和陶瓷复合层之间的内应力。
本发明又一优选的实施例中金属基材11为铝合金时，对其热处理的步骤和条件为：将形成有复合层15的壳体10的温度从0℃升到600℃的时间为30~50分钟；保持600℃的温度时间为60~120分钟；升温之后降温，温度由600℃降到150℃为30~60分钟；最后由150℃降到室温80~150分钟，完成热处理。通过对该形成有复合层15的壳体10进行热处理加工，消除了位于复合层15下部的金属基材11在激光熔融过程中，由于温度梯度造成的内应力及边缘合金化的不足，从而满足在成型加工中对复合壳体10的边缘合金应力强度200~240Hv，复合壳体10的韧性高于350MPa要求。
（e）把经过激光熔覆及热处理后的壳体10进行成型加工，可采用冲压、治具折弯、CNC等成型方法，形成边缘具有三维结构，如如R角，U型外观，S型外观等的弧度边缘，在本优选的实施例中，可为弧度处、弯角处、折角处、凹凸处边缘等。
本发明提供一种采用激光熔覆技术在金属基材11上形成一陶瓷13和金属基材11部分相融合的复合层15，并对该具有复合层15的壳体10进行热处理，以消除激光合金化过程中由于温度梯度造成的内应力及边缘合金化不足，最后把经过激光熔覆及热处理后的壳体10进行成型加工，得到相应的三维结构，其设置了热处理步骤，并在激光熔覆及热处理后再成型，从而提高了边缘具有立体机构的壳体10边缘合金化后的内应力的强度和韧性。
下面通过具体的实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例中采用激光机（未图示）的型号为激光器选用脉冲红宝石激光：激光光束20介质为钕（Nd），波长1.06um，激光平均功率设置2~50W，聚焦光斑直径0.5-1.0mm，功率密度8MW/cm2。
（a）提供一金属基材11。该金属基材11为不锈钢。
（b）前处理：金属基材11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除金属基材11表面的油污渍，清洗时间为5min。
（c）金属基材11上通过喷涂形成一陶瓷层13；利用激光光束20熔覆该陶瓷层13，使得该陶瓷层13与其下部金属基材11熔融一体形成一陶瓷与金属的复合层15。激光熔覆工艺参数：激光熔融深度0.1mm，激光熔融宽度10mm，激光束性质摆动式690Hz，进给速度：5mm/s，保护气体He，陶瓷与金属的复合层15深度0.2mm。
（d）冷却后，进行热处理，热处理的步骤和条件为：将壳体10的温度从0℃升到900℃用30分钟；900℃保温时间约为90分钟；降温是由900℃降到600℃约为40分钟；600℃降到200℃约用120分钟；200℃自然降温至室温。
实施例2
本实施例所使用的激光机和与实施例1中的相同。
（a）提供一金属基材11。该金属基材11为铝合金。
（b）前处理：金属基材11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除金属基材11表面的油污渍，清洗时间为10min。
（c）金属基材11上通过喷涂形成一陶瓷层13；利用激光光束20熔覆该陶瓷层13，使得该陶瓷层13与其下部金属基材11熔融一体形成一陶瓷与金属的复合层15。激光熔覆工艺参数：激光熔融深度0.5mm，激光熔融宽度20mm，激光束性质摆动式750Hz，进给速度： 10mm/s，保护气体氦气，陶瓷与金属复合层15深度1.0mm。
（d）冷却后热处理，热处理的步骤和条件为：将壳体10的温度从0℃升到600℃约用30分钟；600℃保温时间约为120分钟；降温是由600℃降到150℃约为150分钟；150℃自然降温至室温。

Claims (10)

1.一种壳体的制备方法，该壳体为金属和陶瓷的复合壳体，包括如下步骤：
提供金属基材；
在该金属基材上形成陶瓷层；
利用激光熔覆该陶瓷层，使得该陶瓷层与位于其下部金属基材部分熔融一体形成复合层；
冷却后，对该形成有复合层的金属基材进行热处理；
成型加工以形成三维结构的壳体。
2.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述金属基材为不锈钢或铝合金。
3.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述陶瓷层采用喷涂或涂覆的方法形成，该陶瓷层的陶瓷材料为氧化物陶瓷或碳化物陶瓷或氮化物陶瓷。
4.如权利要求3所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述陶瓷层中的陶瓷粒为10um~30um，喷涂厚度为0.03~0.08mm。
5.如权利要求3所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述陶瓷层中的陶瓷粒直径为10um~30um，喷涂陶瓷层的厚度为0.03~0.08mm。
6.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：激光熔覆工艺参数如下：激光器为脉冲红宝石激光，激光介质为钕（Nd），激光波长1.06um，激光功率为2~50W，聚焦光斑直径0.5-1.0mm，激光功率密度8MW/cm2，激光熔融深度0.1~0.5mm，激光熔融宽度10~20mm，激光束性质摆动式690-750Hz，进给速度为5~10mm/s。
7.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：激光熔覆陶瓷与金属基材的深度0.2~1.0mm。
8.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述热处理工艺参数：金属基材为不锈钢，将该不锈钢基材壳体的温度0℃升到900℃的时间为30~50分钟；保持900℃的温度时间为60~120分钟；升温之后降温，温度由900℃降到600℃为30~60分钟；600℃降到200℃用80~150分钟；200℃自然降温至室温，完成热处理。
9.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述热处理工艺参数：金属基材为铝合金，将铝合金基材的壳体的温度从0℃升到600℃的时间为30~50分钟；保持600℃的温度时间为60~120分钟；升温之后降温，温度由600℃降到150℃为30~60分钟；150℃降到室温用80~150分钟。
10.一种如权利要求1-9任一项所述制备方法所制备的壳体。
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