CN103374738B - 一种金属表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属表面处理方法，其主要包括以下步骤：阳极氧化处理、图纹制作、封孔处理、抛光处理。本发明提供的金属表面处理方法，可在金属工件表面制作出具有陶瓷外观和质感的表面装饰层，使其具有更好的表面外观及性能，使其能更好的应用于数码产品外壳的装饰。

Description

一种金属表面处理方法

技术领域

本发明涉及金属表面装饰领域，尤其涉及一种金属表面处理方法。

背景技术

现有表面装饰技术中，一般是在烧结陶瓷的表面制作出釉下彩瓷（如青花瓷）的装饰效果，但是由于陶瓷烧结需要较厚的壁厚，以及使用过程中易于破碎的因素影响，尽管其外观非常的精美，但使用过程中却有很多的局限性，比如在数码产品的壳体装饰工艺中，其加工的精度及表面性能都很难满足其需求，这也是目前市场上陶瓷壳体的数码产品较少的原因之一。而且，现有的釉下彩瓷（如青花瓷）效果都是在陶瓷瓷器上制作的，很难应用在金属材料上。

由于青花瓷效果外观精美，在印刷装饰领域被广泛的仿制，比如采用丝网印刷、数码打印、转印、移印等方式将具有青花瓷的图案印制在工件表面。但这些青花瓷效果并非真正的釉下彩瓷效果，不具备陶瓷釉质质感，而且其表面为油墨涂层，其耐磨性、抗划伤无法达到陶瓷的性能及效果。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提供一种金属表面处理方法，其包括以下步骤：

（1）阳极氧化：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件的表面形成阳极氧化膜层；

（2）图纹制作：在阳极氧化膜层上制作图纹；

（3）封孔处理：对阳极氧化膜层进行封孔处理；

（4）抛光处理：对步骤（3）所得的金属工件进行抛光处理。

同时，本发明还提供一种金属壳体，所述金属壳体为经过上述的金属表面处理方法处理后所得到的金属壳体。

本发明通过在金属工件表面进行阳极氧化后形成多孔阳极氧化膜层，然后在阳极氧化膜层上印制图案或花纹，经封孔处理后再进行抛光处理，以在金属表面形成青花瓷效果。本发明提供的金属表面处理方法克服了传统陶瓷装饰技术的壁垒，以及普通涂层质感和性能欠佳的表面装饰效果，能在金属工件表面制作出具有陶瓷外观和质感的表面装饰层，使其具有更好的表面外观及性能，能更好的应用于数码产品外壳的装饰。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式和实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种金属表面处理方法，其包括以下步骤：

（1）阳极氧化：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件的表面形成阳极氧化膜层；

（2）图纹制作：在阳极氧化膜层上制作图纹；

（3）封孔处理：对阳极氧化膜层进行封孔处理；

（4）抛光处理：对步骤（3）所得的金属工件进行抛光处理。

在本发明中金属工件可以为能进行阳极氧化的工件，本发明优选为铝或其合金工件。

在进行阳极氧化处理前，一般需要进行前处理，如除油、除蜡、碱蚀、清洗等，为本领域技术人员所公知，在此不做详细赘述。金属工件经过碱蚀或化学腐蚀后，由于工件内部含有其他合金元素，易在工件表面形成黑色的挂灰，需通过中和处理除去挂灰，所述中和处理一般为将金属工件置于浓度为40%的硝酸溶液中，中和处理时间为5-20s。

在本发明中，所述阳极氧化处理没有特殊限定，可以为常规的金属阳极氧化处理。例如，采用硫酸阳极氧化处理，为使金属工件表面的阳极氧化膜层厚度适中、提高阳极氧化膜层的染色性能和表面色泽度，硫酸的浓度可以为180±30g/L，铝离子浓度可以为4-10g/L，氧化溶液温度为15-25℃，优选为18-22℃，采用直流电压，电压为5-20V，优选为10-15V。氧化时间控制为10-60分钟，优选为25-40分钟。经过阳极氧化处理后，在金属工件表面能形成厚度为5—10um的多孔阳极氧化膜层。

在本发明中，所述图纹制作为将所需图案或花纹制作于金属工件的阳极氧化膜表面。为使金属工件表面上的图案或花纹多样化、颜色多样化，所述图纹制作的方法优选为喷墨印刷法、丝印法或转印法。喷墨印刷法、丝印法或转印法为本领域技术人员所公知的，在此不做详细描述。所述图纹制作中所采用的着色剂优选为含有染料的渗透性油墨、水溶性染色溶液、溶剂型染料墨水中的一种或几种。所述的染料优选为偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料中的一种或几种。偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料均为本领域技术人员所公知，在此不做赘述。

在本发明提供的金属表面处理方法中，对所述封孔处理没有特殊限定，可以为常规的金属阳极氧化膜封孔方法。例如，采用醋酸镍或者其他的有机封孔剂进行封孔处理，封孔溶液的浓度一般为6-10g/L，溶液温度为95-98℃，控制封孔的时间为15-40分钟。

本发明中，采用抛光处理工艺对阳极氧化膜进行抛光，以消除阳极氧化膜层表面哑光、偏沙面的效果，使阳极氧化膜层表面呈现出透明的陶瓷釉质质感。所述抛光处理优选为机械抛光处理。所述机械抛光处理采用的抛光轮优选为布轮、麻布轮、羊毛轮中的一种；抛光蜡优选为白色拋光膏、紅色拋光膏、黃色拋光膏、綠色拋光膏中的一种或几种；控制抛光轮的线速度优选为5-20m/s，更优选为10-15m/s，在此线速度范围内，抛光耗时适中、工件表面发热量小，且表面光亮，表面性能较好。

优选的，在进行阳极氧化处理前，对金属工件进行化学起沙发白处理，使工件经过阳极表面更接近陶瓷的颜色要求，同时通过此工艺得到微小的沙面纹理，使铝合金件经过阳极处理后表面具有陶瓷质感的底纹。所述化学起沙发白处理的具体操作为：将金属工件置于起沙发白溶液中，采用压缩空气进行搅拌，时间为30—90s。所述起沙发白溶液优选包含氟离子和铵根离子，所述氟离子的浓度为2-3mol/L；所述铵根离子的浓度为2.4-3.5mol/L。氟离子和铵根离子可对工件进行腐蚀，在工件表面形成微小的沙面纹理。更优选的所述起砂发白溶液为氟化氢铵和硫酸铵的混合溶液，所述氟化氢铵的浓度为1-1.5mol/L，所述硫酸铵的浓度为0.4-0.5mol/L。

优选的，在进行抛光处理前，对金属工件进行充分的水洗，并进行干燥处理，这样有利于后续着色剂与阳极氧化膜层的接触，利于着色的进行。干燥处理的过程不限于使用洁净的压缩空气吹干，或者使用烤箱烘干，烘干的温度为40-100℃，直至表面无明显的水滴残留。

优选的，在进行抛光处理后，对金属工件进行再封孔处理，以消除抛光处理过程中可能对阳极氧化膜层表面的封孔产生的破坏。所述再封孔处理没有特殊限定，可以为常规的金属阳极氧化膜封孔方法。例如，采用醋酸镍或者其他的有机封孔剂进行封孔处理，封孔溶液浓度为6-10g/L，溶液温度为95-98℃，控制封孔的时间为10-20分钟。

本发明通过在金属工件表面进行阳极氧化后形成多孔阳极氧化膜层，然后在阳极氧化膜层上印制图案或花纹，经封孔处理后再进行抛光处理的方法，在金属工件表面制作出具有陶瓷外观和质感的表面装饰层，使其具有更好的表面外观及性能，能更好的应用于数码产品外壳的装饰。

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

将铝金属工件在合金除油粉50g/L进行除油除蜡处理4分钟，后在浓度为60g/L、温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s，再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面。

然后将工件置于阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化溶液中硫酸的浓度为180g/L，铝离子浓度为6g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为15V，氧化时间为40分钟。

然后采用喷墨印刷的方式在工件表面印制图纹，所采用的喷墨印刷机器为深圳越达彩印生产的型号为AT6001数码印刷机，所采用的墨水为染料溶剂型墨水，其中染料的主要成分酞菁类染料。将工件静置30分钟使膜层对表面的油墨进行充分吸附后，将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野公司生产的TopsealDX-500，溶液浓度为8g/L，溶液温度为95-98℃，封孔处理40分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

采用机械抛光对工件表面进行抛光处理，所用的抛光膏为白色抛光膏，抛光轮为布轮，控制抛光轮的线速度为10m/s，抛光至表面露出均匀透明的陶瓷釉质质感。

实施例2

将铝合金工件在合金除油粉50g/L进行除油除蜡处理4分钟，后在浓度为60g/L、温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s。

然后将工件置于化学起沙发白溶液中处理50s，起沙发白溶液中包括浓度为氟化氢铵1.5mol/L，硫酸铵0.45mol/L；控制溶液温度为25℃。再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面，时间为10s。

然后将工件置于阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化溶液中硫酸的浓度为180g/L，铝离子浓度为6g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为15V，氧化时间为40分钟。

然后采用喷墨印刷的方式在工件表面印制图纹，所采用的喷墨印刷机器为深圳越达彩印生产的型号为AT6001数码印刷机，所采用的墨水为染料溶剂型墨水，其中染料的主要成分酞菁类染料。将工件静置30分钟，膜层对表面的油墨进行充分吸附后，将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野公司生产的TopsealDX-500，溶液浓度为8g/L，溶液温度为95-98℃，封孔处理40分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

采用机械抛光对工件表面进行抛光处理，所用的抛光膏为白色抛光膏，抛光轮为布轮，控制抛光轮的线速度为10m/s，抛光至表面露出均匀透明的釉质质感。

实施例3

将铝合金工件在合金除油粉50g/L进行除油除蜡处理4分钟，后在浓度为60g/L、温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s。

然后将工件置于化学起沙发白溶液中处理80s，起沙发白溶液中包括氟化氢铵1mol/L，硫酸铵0.4mol/L；控制溶液温度为30℃。再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面，时间为15s。

然后将工件置于阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化溶液中硫酸的浓度为160g/L，铝离子浓度为8g/L，阳极氧化溶液的温度为19-20℃，设定直流电压为13V，氧化时间为35分钟。

然后采用丝网印刷的方式在工件表面制作图纹，采用深圳硕克网板，丝网的目数为400目。将日本奥野公司生产的型号为B520蓝色的渗透性油墨印刷于工件表面，充分吸附后进行充分水洗。再将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野公司生产的TopsealDX-500，溶液浓度为8g/L，溶液温度为95-98℃，封孔处理35min。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

采用机械抛光处理对工件表面进行抛光处理，所用的抛光膏为红色抛光膏，抛光轮为麻布轮，控制抛光轮的线速度为15m/s，抛光至表面露出均匀透明的陶瓷釉质质感。最后，将工件浸入封孔溶液中进行再封孔处理，时间为10min。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

实施例4

将铝合金工件在合金除油粉50g/L进行除油除蜡处理4分钟，后在浓度为60g/L、温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s

然后将工件置于化学起沙发白溶液中处理60s，起沙发白溶液中包括氟化氢铵1.2mol/L，硫酸铵0.5mol/L；控制溶液温度为20℃。再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，时间为15s。

然后将工件置于阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化溶液中硫酸的浓度为200g/L，铝离子浓度为10g/L，氧化溶液温度为19-20℃，设定直流电压为16V，氧化时间为30分钟。阳极氧化处理完成后取出工件进行充分水洗，采用烤箱烘干，烤箱温度为85℃，烘干6分钟。

将具有青花瓷图案的转印膜贴（其中染料的主要成分为偶氮类染料）制作于工件表面，使图案转移至工件表面并进行充分吸附。再将工件浸入封孔溶液中进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野公司生产的TopsealDX-500，溶液浓度为10g/L，溶液温度为95-98℃，封孔处理45分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

采用机械抛光处理对工件表面进行抛光处理，所用的抛光膏为绿色抛光膏，抛光轮为羊毛轮，控制抛光轮的线速度为12m/s，抛光至表面露出均匀透明的陶瓷釉质质感。最后，将工件浸入封孔溶液中进行再封孔处理，时间为20min。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

对比例1

将铝金属工件在合金除油粉50g/L进行除油除蜡处理4分钟，后在浓度为60g/L、温度为70±10℃的NaOH溶液中进行碱蚀处理15s，再将其放置于浓度为40%的硝酸溶液中进行中和处理，充分的清洁表面。

然后将其置于阳极氧化溶液中进行阳极氧化处理，阳极氧化溶液中硫酸的浓度为180g/L，铝离子浓度为6g/L，氧化溶液温度为19-20℃，设定直流电压为15V，氧化时间为40分钟。然后进行封孔处理，所用的封孔剂为日本奥野公司生产的TopsealDX-500，封孔溶液浓度为8g/L，溶液温度为95-98℃，封孔处理40分钟。封孔后对表面进行充分的水洗并干燥处理。

对比例2

制作传统工艺采用涂层装饰技术在工件表面制作青花瓷效果，选取与实施例2中相同的铝合金工件，通过丝网印刷机（深圳硕克网板，丝网的目数为300目）将蓝色油墨印刷于工件表面，放入烤箱进行烘烤，烘烤温度为120℃，时间30分钟，表面喷涂光油，工件制作完成表面涂层的厚度为30um。

性能测试

1、膜厚测试：采用金相显微镜对上述所有工件进行膜厚测试，金相显微镜采用蔡司AxioImager金相显微镜，测试结果如表1所示。

2、耐磨性测试：采用纸带耐磨试验机对上述所有工件进行耐磨性测试，纸带耐磨试验机采用佛山翁开尔贸易有限公司生产的7-1BB纸带耐磨试验机。测试结果如表1所示。

3、光泽度测试：采用光泽仪对上述所有工件进行光泽度测试，光泽仪采用德国BYK公司生产的A-4460光泽仪，测试结果如表1所示。

4、耐腐蚀性测试：将上述所有工件置于盐雾腐蚀试验箱中进行盐雾测试，盐雾腐蚀试验箱采用无锡苏南实验设备有限公司生产的YWX/Q-250盐雾腐蚀试验箱。测试结果如表1所示。

表1

	膜厚	耐磨性	盐雾	光泽度
					实施例1	15.2um	3500圈	320小时	82GU
实施例2	12.4um	2800圈	280小时	77GU
					实施例3	13.9um	3100圈	300小时	81GU
实施例4	14.8um	3250圈	320小时	80GU
					对比例1	15.1um	3500圈	325小时	12GU
对比例2	28.2um	270 圈	——	55GU

从表1可以看出，通过比较各实施例和对比例1可见，采用本发明提供的金属表面处理方法后，金属工件表面具有和普通阳极氧化处理后的金属工件同等的表面性能，如膜厚、耐磨性和耐腐蚀性等；但本发明提供的金属工件表面具有更好的表面光泽，其很好的表现了陶瓷釉质的外观及质感更，接近于青花瓷表面质感，而普通阳极则没有此效果。通过比较各实施例和对比例2可以发现，本发明提供的金属工件较传统漆膜的青花瓷装饰具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，同时本发明所制备的釉质效果具有光泽度也比对比例2要高，具有更好的陶瓷釉质效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，因此，只要运用本发明说明书所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种金属表面处理方法，其包括以下步骤：

（1）阳极氧化：对经过前处理的金属工件进行阳极氧化处理，在金属工件的表面形成阳极氧化膜层；

（2）图纹制作：在阳极氧化膜层上制作图纹；

（3）封孔处理：对阳极氧化膜层进行封孔处理；

（4）抛光处理：对步骤（3）所得的金属工件进行抛光处理；所述抛光处理为机械抛光处理；所述机械抛光处理中抛光轮的线速度为5-20m/s。

2.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，在阳极氧化处理前，还包括对经过前处理的金属工件进行化学起沙发白处理，以在金属工件的表面形成白色的均匀沙面。

3.根据权利要求2所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述化学起沙发白处理为：将金属工件置于起沙发白溶液中30-90s，采用压缩空气进行搅拌，起沙发白溶液的温度为20-35℃。

4.根据权利要求3所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述起沙发白溶液中包含氟离子和铵根离子，所述氟离子的浓度为2-3mol/L；所述铵根离子的浓度为2.4-3.5mol/L。

5.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，在步骤（4）后，还包括对经过抛光处理的工件进行再封孔处理。

6.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，还包括对经过阳极氧化处理后的工件进行水洗干燥处理。

7.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述图纹制作的方法为喷墨印刷、丝印或转印。

8.根据权利要求7所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述图纹制作中采用的着色剂为含有染料的渗透性油墨、水溶性染色溶液、溶剂型染料墨水中的一种或几种。

9.根据权利要求8所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述染料为偶氮类染料、蒽醌类染料、硝基类染料、酞菁类染料中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述金属工件为铝工件或铝合金工件。

11.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述抛光轮采用布轮或羊毛轮。

12.根据权利要求1所述的金属表面处理方法，其特征在于，所述机械抛光处理中采用的抛光蜡为白色拋光膏、紅色拋光膏、黃色拋光膏、綠色拋光膏中的一种或几种。

13.一种金属壳体，其特征在于，所述金属壳体为经过权利要求1-12任一所述的金属表面处理方法处理后所得到的金属壳体。