CN103831590A - 电子装置金属外壳的成型方法及该金属外壳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子装置金属外壳成型方法及该金属外壳。该金属外壳的成型方法包括以下步骤：（1）提供金属板材并将其加工成型为金属主壳体；（2）通过高速冷喷将粉体材料在所述金属主壳体内表面形成喷积体；（3）机加工所述喷积体形成内部结构以获得所述金属外壳。该成型方法与利用该成型方法生产的金属外壳解决了现有技术中电子装置一体化金属外壳需大量CNC机加工、可使用的金属材料种类少、生产成本高，以及材料利用率低等诸多问题。

Description

电子装置金属外壳的成型方法及该金属外壳

技术领域

本发明涉及电子装置的金属外壳及其成型方法。 

背景技术

3C电子装置（Computers, Communication and Consumer electronics）的金属外壳或部分金属外壳一般为凹形体结构，基本由三大部分组成。第一部分是构成主要结构和外形的金属主壳体；第二部分是凹形金属主壳体内表面的内部结构，包括用于安装电子元器件或加强筋的承力结构和/或用于散热管理等的功能结构；第三部分为金属主壳体的外表层，如6063铝合金外壳通过阳极氧化工艺而生成的具有保护作用又美观的Al₂O₃外表层。 

电子装置一体化金属外壳是指其金属主壳体和内部结构之间为没有接缝或胶结的一个立体整体件（unibody）。美国专利公开US20120030930、US20120050988、US20110164365和美国专利US8341832中分别描述的电子装置的金属外壳便属于这种一体化金属外壳。移动电子装置金属外壳的部分可以开有或拼接用不会屏蔽无线电信号的材料所覆盖的窗口，用于传输无线电信号。所述一体化金属外壳上通常还开有各种用途的孔和槽。 

如今的电子装置，尤其是移动电子装置（如手机、平板电脑、MP3、GPS和笔记本电脑等）的外壳力求尽可能的轻和薄，并且外观效果好。由于铝合金比重低、比屈服强度高（材料的屈服强度与其密度之比）、阳极氧化后外观可装饰性优异，已大量用于制造移动电子装置一体化金属外壳。 

美国专利US8341832 公开了一种电子装置外壳的CNC机加工生产方法，可以成型出性能优异、外表美观的一体化铝合金外壳。但是，这种用整块铝金属板材通过CNC机加工生产的方法需要大量的高速CNC设备加工时间，生产成本很高、材料利用率很低。另外由于机加工应力的存在，用高速CNC铣削设备难以将一体化铝合金外壳的底板铣削得很薄。 

锻造、挤压和轧制等金属成型工艺已用于生产一体化金属外壳的坯件，但仍需通过许多的CNC机加工成型为外壳终件。 

以上的各种生产方法均是使用同一块金属来生产一体化金属外壳。电子装置中还常使用组合钣金外壳。其使用一块厚度均匀的薄冲压钣金件作为金属主壳体，而内部结构则通过焊接、粘接、卡扣、铆接等方式固定到钣金金属主壳体上，形成组合钣金外壳。这种非一体化的组合外壳生产成本低、材料利用率高。虽能组合钣金外壳的底板的厚度可以比CNC加工的外壳底板薄，但是其内部结构难以做到非常紧凑，造成外壳整体厚度和/或重量高于一体化金属外壳。 

5052和6063等铝合金由于表层经阳极氧化后外观美观，是生产移动电子装置金属外壳的主要材料。但是由于上述铝合金强度和弹性模量低，容易受力变形，因此外壳的材料必须有一定的厚度，不能太薄，若增加外壳的整体厚度，就会增重并对外观造成影响。在一些超薄设计的移动电子装置，使用强度和弹性模量高的不锈钢甚至钛合金来制造材料厚度很薄的金属外壳。但是这些金属外壳不仅其外表不能像5052和6063铝合金那样可阳极氧化生成色彩绚丽的Al₂O₃外表层，成型其一体化内部结构也非常困难。 

即使是高强度的7xxx系列铝合金和高强度高刚性的铝基复合材料（亦称强化铝材），因它们经阳极氧化后的表面美观度不够，难以直接应用于移动电子装置的外壳。 

铝合金和镁合金压铸工艺可低成本地生产近终形外壳，但是压铸的铝合金或镁合金外壳由于材料的限制，均难以通过阳极氧化工艺形成的外观效果好且有保护作用的Al₂O₃外表层。 

综上所述，现有电子装置一体化金属外壳及各种生产技术，存在如下几个问题： 

（1）用同一块金属来生产一体化金属外壳，生产成本高、材料利用率低。

（2）钣金工艺不能生产一体化金属外壳。 

（3）不能用非铝金属材料，也不能用高强度铝合金，通过铝阳极氧化工艺生产出具有美观和保护作用的Al₂O₃外表层的一体化金属外壳。 

因此，有必要发明一种新型、性能优异、机加工少、生产成本低，且可阳极氧化出Al₂O₃美观外表面的一体化金属外壳及其生产方法，以克服上述问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子装置的金属外壳的成型方法及该金属外壳。解决了现有技术中电子装置的一体化金属外壳生产成本高、材料利用率低，以及可选用的金属材料种类少等问题。 

为实现上述发明目的，本发明提供了一种金属外壳的成型方法，包括以下步骤： 

（1）提供金属板材并将其加工成型为金属主壳体；

（2）通过高速冷喷将粉体材料在所述金属主壳体内表面形成喷积体；

（3）机加工所述喷积体形成内部结构以获得所述金属外壳。

作为本发明的进一步改进，还包括位于步骤（2）之前的清洁步骤，所述清洁步骤为清洁所述金属主壳体上需要进行所述高速冷喷的表面。 

作为本发明的进一步改进，还包括表面处理步骤，所述表面处理步骤为处理金属外壳的外表面形成外观面。 

作为本发明的进一步改进，所述高速冷喷过程是由超音速的气体驱动所述粉体材料以250-1000米/秒的速度喷涂到所述金属主壳体内表面的设定部位以形成所述喷积体。 

作为本发明的进一步改进，所述粉体材料选自金属粉末、合金粉末、塑料粉末、陶瓷粉末中的一种或多种的混合。 

为了实现前述发明目的，本发明还提供一种采用前述成型方法而制备的电子装置的金属外壳，所述金属外壳包括金属主壳体和结合在所述金属主壳体内表面的内部结构，所述内部结构由粉体材料直接喷积结合在所述金属主壳体内表面形成的喷积体所形成。 

作为本发明的进一步改进，所述金属主壳体内表面与所述喷积体之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。 

作为本发明的进一步改进，形成所述喷积体的不同部位的所述粉体材料可以是一种或一种以上。 

为实现本发明目的，本发明还提供了一种采用前述成型方法制备的电子装置的金属外壳，所述电子装置的金属外壳包括金属主壳体和结合在金属主壳体内表面设定部位的喷积体，所述喷积体包括喷积隔热层、以及结合在所述喷积隔热层的外表面或周围的喷积导热层；所述喷积隔热层由隔热粉体材料直接喷积结合构成，所述喷积导热层由导热粉体材料直接喷积结合构成，所述隔热粉体材料的导热系数低于所述导热粉体材料的导热系数。 

作为本发明的进一步改进，所述金属主壳体内表面与所述喷积隔热层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。 

作为本发明的进一步改进，所述喷积导热层与所述喷积隔热层之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。 

作为本发明的进一步改进，所述喷积导热层与所述金属主壳体内表面之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。 

作为本发明的进一步改进，所述隔热粉体材料是高分子材料粉末或高分子材料粉末和陶瓷粉末的混合粉体。 

作为本发明的进一步改进，所述导热粉体材料选自铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末或陶瓷粉末中的一种或多种的混合。 

为实现前述发明目的，本发明还提供了一种金属外壳的成型方法，包括以下步骤： 

（1）提供金属板材并将其加工成型为金属主壳体；

（2）通过高速冷喷将含铝粉体材料在所述金属主壳体外表面形成厚度均匀的喷积铝层；

（3）表面处理所述喷积铝层以使其达到所需阳极氧化的要求；

（4）阳极氧化已经过表面处理的所述喷积铝层以获得所述金属外壳。

作为本发明的进一步改进，所述金属外壳的成型方法还包括位于步骤（2）之前的清洁步骤，所述清洁步骤为清洁所述金属主壳体上需要进行所述高速冷喷的表面。 

作为本发明的进一步改进，所述高速冷喷过程是由超音速的气体驱动所述含铝的粉体材料以250-1000米/秒的速度喷涂到所述金属主壳体外表面的设定部位以形成厚度均匀的喷积铝层。 

作为本发明的进一步改进，所述含铝粉体材料的铝含量不小于95%。 

为实现前述发明目的，本发明还提供了一种采用前述成型方法制备的电子装置的金属外壳，所述电子装置的金属外壳包括金属主壳体、结合在所述金属主壳体外表面的喷积薄铝层和所述喷积薄铝层外表面的阳极氧化层；所述金属主壳体由金属板材加工成型，所述喷积薄铝层由含铝粉体材料直接喷积结合在所述金属主壳体外表面构成。 

作为本发明的进一步改进，所述金属主壳体外表面与所述喷积薄铝层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。 

本发明的有益效果在于：通过将冷喷技术引入到金属外壳的制备当中，从而降低了现有技术中电子装置的一体化金属外壳生产成本高、材料利用率低，以及可选用的金属材料种类少等问题。 

附图说明

图1为本发明电子装置金属外壳立体示意图。 

图2为图1金属外壳的A-A截面示意图。 

图3为金属主壳体示意图。 

图4为图3金属主壳体B-B截面示意图。 

图5为本发明制备金属外壳坯件的高速冷喷装置示意图。 

图6A-6B高速冷喷枪的喷管在喷边框时的位置示意图。 

图7A为本发明粉体材料通过高速冷喷在金属主壳体内表面形成喷积体的截面示意图。 

图7B为高速冷喷的颗粒在被喷射表面上形成喷积体的示意图。 

图8为本发明金属外壳成型方法的工艺流程示意图。 

图9为本发明冷喷形成外壳坯件的子工艺流程示意图。 

图10为本发明装有强化框的金属外壳截面示意图。 

图11为本发明有散热管理功能层的外壳部分的截面示意图。 

图12为本发明生产制备有散热管理功能结构的金属外壳的工艺流程示意图。 

图13A为本发明外表面有喷积铝层的金属外壳坯件示意图。 

图13B为本发明有铝阳极氧化外表层的金属外壳示意图。 

图14为本发明生产有铝阳极氧化外表层的金属外壳的装置示意图。 

图15为本发明生产有铝阳极氧化外表层的化金属外壳的工艺流程示意图。 

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的各实施方式进行详细地描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。 

本发明使用高速冷喷涂的技术，将选择的粉体材料冷喷在金属主壳体内表面上形成喷积体而制备出外壳坯件，即“准3D打印”出外壳坯件，然后通过少量的机加工成型为终形的电子装置金属外壳。 

高速冷喷涂（Cold Gas Dynamic Spray）是使用高速气体驱动金属和非金属的细微粉体喷涂在物体表面的一种较新的技术。被喷射表面在喷涂过程升温不高，故为“冷喷”，对被喷材料的性能影响很小。该技术的理论在荷兰Elsevier出版公司于2007年出版的A. Papyrin教授等编辑的《Cold Spray Technology》专著中有详述。在市场上已有高速冷喷涂设备出售。高速冷喷涂目前主要应用于金属表面防护，以及金属表面缺损的修复上。 

图1所示为应用于移动电子装置（如平板电脑）的一体化金属外壳10的典型结构立体示意图，图2为图1的A-A截面图。其由金属主壳体30与在金属主壳体内表面32上所形成的内部结构12a、12b、12c、14、16和18a、18b、18c构成。图2的截面图中只标识了金属外壳的外表面38，未绘出外表层的分层结构。现有技术的金属外壳的外表层一般有三种：对于5052、6063和6061铝合金外壳，外表层通常是通过阳极氧化工艺生成的Al₂O₃外表层，不仅具有保护作用，还可染成各种美观的颜色；对于镁合金外壳，外表层通常是较厚的涂料，失去了金属的质感；对于不锈钢外壳，外表层通常是金属本身外表层，只有一种单调的金属色。 

金属外壳10可以是电子装置的全部外壳或部分外壳。移动电子装置金属外壳通常开有传输无线电信号的窗口，用不会屏蔽无线电信号的材料覆盖（图中未绘出）。外壳10的底部和边框上通常还开有各种功能的孔和槽（图中也未绘出）。 

属于内部承力结构的凸台12a、螺栓柱12b和12c是用于安装电子器件的，上面可有螺栓孔。内部承力结构还可包括有加强筋14，用于增加外壳的整体强度和刚性。属于内部承力结构的边框结构16可以是连续的，也可以是不连续的，上面也可有螺纹孔。边框16上的边框次结构18a、18b和18c表示边框上各种特殊设计的立体结构。另外，金属主壳体内底面还可以加上属于散热管理功能结构的20和22，其具体结构与功能示意在图11中。 

图3所示金属主壳体30可由钣金冲压、锻造、挤压、轧制、机加工和压铸等工艺形成。图4为图3的B-B截面图。金属主壳体的内表面32由金属主壳体内底面34和金属主壳体边框内表面36构成。金属主壳体30的材料可以是各种铝合金、铝基复合材料、镁合金、钢材、不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料。 

图5为本发明制备金属外壳坯件所使用的高速冷喷装置40，包括高速冷喷枪42、超音速喷管44、喷嘴46、高压气体导管48、粉体材料输送管50、高速冷喷枪电气控制器52、高速冷喷枪42的操作机械手54、机械手控制器56、工件传输台60和工件夹具62。需高速冷喷的金属主壳体30放在工件夹具62中，并通过真空吸附固定在夹具中。经粉体材料输送管50输入的粉体颗粒由高速气体经过超音速喷管44驱动加速，通过喷嘴46喷出形成射流58。一部分高速粒子会在撞击时升温变形并喷积结合在被撞表面上形成喷积体64，另一部分粒子会被所撞表面弹开。高速冷喷设备40包括有粉体回收装置，图中没有绘出。当机械手54控制喷枪42沿被喷射表面移动冷喷，在10-300mm/s速度范围内匀速移动为佳。高速冷喷时，粉体输入速度在10-500克/分范围内进行控制效果较好。对于面积较大较厚的喷积体，采取一层一层的冷喷效果比较好。 

使用不同的粉体材料、不同的被喷射表面和不同的高速气体，喷积体本身的强度以及喷积体与被喷射表面的结合强度会有变化，约在20-280Mpa的范围。喷积体中的空心率约为0.4-4%，粉末在被喷射表面的喷积效率在10-90%之间。 

在图5中，喷管44与被喷的主壳体内底面34垂直，喷嘴46到内底面34的距离d在5-45mm之间。凸台12a、螺栓柱12b和12c、加强筋14、外壳边框16，以及边框次结构18a、18b和18c是用粉体材料分别通过高速冷喷在金属主壳体内表面34上逐步堆积形成的。 

图6A是高速冷喷主壳体边框内表面36时，喷枪42相对于工件金属主壳体30的位置示意图。这时喷管44与被喷边框内表面36不是垂直的，而是形成一角度α小于90°的夹角，夹角α以不小于45°为佳。如图6B所示，可以通过改变喷管与44与冷喷枪42的角度，使喷管44与边框内壁36接近垂直。 

粉体材料可以是铝、铜、锌、锡、镍、铁等纯金属粉，也可以是各金属的合金粉，或者是镁合金，或者是这些粉体的两种以上的混合金属粉，也可以是金属粉与陶瓷粉的混合粉。粉体材料的粒度分布为1-160 μm，平均粒度为10-90μm较佳，颗粒形状可以是球形也可以是不规则形状。 

装置40的驱动可以是加压的空气、氮气或氦气。氦气效果最好也最昂贵，氮气次之。为使驱动气体在喷管44中获得很高的速度，将压力在0.5-4Mpa的驱动气体经过气体加热器加热到250-800oC后，经过一截面由小变大的喇叭形的超音速喷管44而成为超音速气流，并驱动导入其中的粉末颗粒从喷嘴46喷出，形成颗粒速度达250-1000米/秒的高速射流58。高压热气体在经过喷管44膨胀加速后，温度大大降低。驱动气体加热器可在冷喷枪42里面，也可在外面。由于巨大撞击力，粒子会侵蚀碰撞表面，并且颗粒在撞击瞬间绝热升温，造成粒子软化塑性形变，这样使部分粒子会牢固地喷积在被撞表面，同时喷积在一起的粒子之间也牢固地结合，从而不断在被撞表面喷积而成长起来形成喷积体64。对于塑性较低的金属粉末，可将粉末加热到200-350°C后高速喷出，以提高喷积效率。在高速冷喷过程中，应控制金属主体壳30的任何部位由于高速冷喷造成的升温不超过280oC，以减小对金属主体壳的材料性能的影响。 

图7A为粉体材料通过高速冷喷在金属主壳体内表面32喷积形成外壳坯70的截面示意图。该截面图与图2的截面图相对应。图中72a为包含有凸台12a的凸台冷喷坯，72b为包含有螺栓柱12b的螺栓柱冷喷坯，74为包含有加强筋14的加强筋冷喷坯，76a和包含有边框16a和边框次结构18a的边框及次结构冷喷坯，76b为包含有边框16b的边框冷喷坯。 

图7B为高速冷喷的颗粒在主壳体内表面32上形成喷积体的示意图。射流58中的部分高速粉末粒子80撞击到被喷射表面后变形堆积在被撞面上形成喷积体64。图中82是被碰撞表面弹离的颗粒。84是喷积体64与主壳体内底面32之间的结合界面。这一结合界面在显微镜下可以被观察到，该结合界面的显微结构无宏观间隙。亦即，喷积体与被喷射表面结合得非常紧密。且所述结合界面既不存在与所述喷积体材料不同的焊料、粘胶，也不存在与所述结合界面显微结构不同的特殊焊接或连接部位，同时也不存在其他类似铆钉或螺丝等的机械连接结构。 

图8为本发明生产一体化金属外壳10的主要工艺100流程示意图。子工艺102是通过冲压、挤压、锻造、轧制、铸造等传统的金属成形工艺制备金属主壳体30；子工艺104是通过高速冷喷制备外壳坯件70。子工艺106是机加工外壳坯件成型为一体化金属外壳终形。子工艺108是检查内部结构有无缺陷；如无缺陷则进行子工艺110的表面处理，如表面阳极氧化等，成为经表面处理的一体化金属外壳10；如有缺陷可返回子工艺104对缺陷部位再进行冷喷填补缺陷。 

图9为图8中工艺104的子工艺流程示意图，进一步说明冷喷制备外壳坯件70的具体子工艺。子工艺122是通过去油污和喷砂等对所需冷喷的表面进行清洁，使粉体材料能够有效地喷积在被喷射表面上，并提高喷积体与被喷射表面的结合强度。子工艺124是通过高速冷喷形成外壳坯件70。冷喷形成的喷积体存在一定的内应力，且材料延展性较低；可以通过子工艺126将冷喷后的外壳坯件70根据具体材料的要求，加热到设定的去应力温度并保温一定的时间后，冷却到常温来去除应力并可提高延展性。最后进行图8中子工艺106的机加工最终成型为金属外壳10。 

图10所示是在金属主壳体30的内边框四周加上了高强度材料如钢制作的强化框132后，再经过工艺100制备出强化了的金属外壳130。该截面对应图2中的截面。强化框132在高速冷喷时，喷积并结合在边框76中。移动电子装置掉落到地面时，外壳四角往往是最容易受损的，可以只在金属主壳体30的四个角添加高强度材料制成的“L”形强化肋后，再经工艺100制备出局部强化的金属外壳。 

移动电子终端装置希望外壳表面有较均匀的热分布，但是有的金属外壳紧靠热源的局部温度过高。本发明可解决这一问题：可在图1和图11所示金属主壳体30内底面32紧靠热源的部位高速冷喷形成散热管理功能结构136，使外壳外表面有较均匀的热分布，其中20是隔热层，22是导热层。图11中138是电子装置的内部发热源。图12为本发明生产制备带有散热管理功能结构的一体化金属外壳的工艺流程140的示意图，该工艺是对工艺步骤100的进一步细化与应用。子工艺142首先根据设计要求在内底面32正对热源的地方高速冷喷隔热粉体形成隔热层20；隔热粉体为导热系数低的材料，如高分子材料粉体，或者高分子材料粉末与导热系数低的陶瓷粉末的混合粉体；然后再在隔热层20之上及周围冷喷导热粉体形成导热层22；导热粉体材料可以是铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末、两种或两种以上所述粉末的混合粉料，以及所述粉末或所述混合粉料与陶瓷粉末的混合粉材。这样热源138产生的热量会在外壳外表面较大的范围内均匀的散发出去，不会造成紧靠热源138的外壳外表面局部过热，也不会导致热量散发不出去。 

钢材（如不锈钢）、钛合金或其它具有高强度和高刚性的金属材料，可以用来制造很薄的金属外壳。而镁合金比重低，可以用来制造很轻的金属外壳。但这些非铝材料均不能像5052或6063铝合金那样生成华丽的阳极氧化外表面。即便是压铸硅铝合金外壳或高强度7xxx系列铝合金，也不能生成美观的阳极氧化表面。本发明解决了这一难题。图13B为本发明特殊制备的有Al₂O₃外表层的金属外壳160的截面示意图。图13B与图2的结构相对应。 

图14是生产外表面有薄铝层金属外壳坯的装置170示意图。高速冷喷枪42的结构和控制系统与图5所示的装置40相同。金属外壳坯148是未经过阳极氧化处理金属外壳10或金属主壳体30。金属外壳坯148倒扣在外表面冷喷工件台172上，并通过真空吸附在工件台上。 

图15是生产外表面有铝阳极氧化层的金属外壳160的工艺180。子工艺182是制备金属外壳坯148。子工艺184是将铝粉通过高速冷喷在外壳坯148的外表面152上形成图14所示的喷积铝层154，成为含铝层外壳坯件150。在冷喷之前，金属外壳坯148的外表面152应经过喷砂等清洁工艺。子工艺186是通过机加工和/或研磨等工艺，将喷积铝层154平整为厚度为e的均匀薄铝层156。156的表面必须经表面处理后形成可阳极氧化的薄铝层外表面158，从而获得有均匀铝外层金属外壳坯150。子工艺188是检查研磨抛光后的薄铝层156有无缺陷。如有缺陷，再回到子工艺184进行高速冷喷；如无缺陷则进行子工艺190的铝阳极阳极氧化，形成图13B所示有Al₂O₃外表层的金属外壳160。 

如图14所示，在高速冷喷金属外壳坯148的外表面152时，通过控制冷喷枪的移动和开关，或者联动控制外表面冷喷工件台172，使喷管44与被喷射表面尽可能保持垂直，且喷嘴46相对外表面152以均匀的速度移动，同时距离d保持不变。这样在外表面152上形成均匀的喷积铝层154。 

如图13A所示，喷积铝层154紧密附着在金属外壳坯的外表面152上。如图13B所示，经过阳极氧化后，薄铝层156转化为铝附着层162和Al₂O₃层166及过度界面164，从而形成所需的外观面168。为保证铝附着层162的存在，均匀薄铝层156的厚度必须大于阳极氧化层的厚度， 通常不小于20 μm，一般可在20 -1000 μm。 

以上所述的实施方式对本发明的原理和实施做的说明和分析。以下，将通过具体实施方式进一步详述如何使用本发明的方法成型出本发明的电子装置一体化金属外壳。 

本发明第一实施方式是制备如图1和图2所示的电子装置5052铝合金外壳。通过图8所示工艺100实现。使用子工艺102用热处理状态为H34的5052铝合金薄板冲压为金属主壳体30，薄板厚度t选在0.4至3mm之间；外壳尺寸小，厚度t可较薄，对移动电子装置，厚度t一般不超过2mm。在使用子工艺104时，首先使用图9所示步骤122去除金属主壳体30内表面32油污并进行喷砂处理，以提高粉体与内表面32的结合力；再使用步骤124高速冷喷形成图7所示的外壳坯件70时,喷嘴46到被喷射表面的距离d在10-40mm；在冷喷内底面34上的72a、72b和74时，喷管44与底面34垂直，而在冷喷主体壳边框内表面36时，喷管44与面36的夹角α在50-80o之间。粉体材料选用5052铝合金粉。粉体材料的粒度分布为1-150 μm，平均粒度为10-80μm，颗粒为不规则形状。制备如图7A所示外壳坯件70。使用子工艺106将外壳坯件机加工成5052铝合金外壳终形件。最后经子工艺110形成阳极氧化外观面。高速冷喷驱动气体参数列在表1中，粉体加热到200-250 oC。 

本发明第二实施方式是制备如图1和图2所示的电子装置6063铝合金外壳。通过图8所示工艺100实现，用6063-T6铝合金制成金属主壳体30，薄板厚度t选在0.4-1mm之间。距离d为10-20mm、夹角α与本发明第一实施方式相同。驱动气体参数在表2中, 粉体不加热。 

在使用高速冷喷形成外壳坯件70时，使用两种不同的粉体材料进行冷喷。使用含铝粉60-80%、锌粉5-20%和Al₂O₃陶瓷粉10-30%的混合粉体冷喷形成边框和凸台。，粉体材料的粒度分布为3-60 μm，平均粒度为10-40μm，颗粒为不规则形状。Al₂O₃陶瓷颗粒用于不断清理喷积表面，提高喷积结合强度。由于陶瓷颗粒难以变形，只有约1-5%的陶瓷会留在喷积体内。锌粉在喷管非垂直冷喷时，较容易喷积在撞击表面。而螺栓柱则用铜粉喷积而成，因为铜更容易钻孔和攻螺纹。铜粉的粒度与混合粉体相同。对外壳坯进行机加工后进行阳极氧化，获得最终的6063铝合金外壳。 

本发明第三实施方式是制备如图1和图2所示的电子装置金属外壳。通过图8所示工艺100实现，用316不锈钢金薄板制成金属主壳体30，薄板厚度t选在0.3-0.6mm之间。距离d、夹角α、驱动气体参数、粉体材料，以及外壳坯的制备方法和过程均与本发明第二实施方式相同。所不同的是成型的不锈钢外壳不进行阳极氧化处理。 

本发明第四实施方式是制备图13B所示有阳极氧化Al₂O₃外表层的不锈钢外壳。将本发明第三实施方式制备的不锈钢外壳的外表面进行喷砂清理后，使用图14所示的装置高速冷喷上均匀的铝层。粉体材料为铝粉，粒度分布为1-50 μm，平均粒度为10-30μm，颗粒的形状为球形，驱动气体参数在表3中。距离d为10-40mm、夹角α与本发明第一实施方式相同。 

对不锈钢外壳上的均匀铝层进行研磨抛光和喷砂处理后，进行阳极氧化处理，获得有Al₂O₃外观面的一体化不锈钢外壳。 

本发明第五实施方式是制备图有阳极氧化Al₂O₃外表层的镁合金外壳。首先使用压铸方式制备AZ31B镁合金外壳。将镁合金外壳的外表面进行喷砂清理后，按本发明第四实施方式相同的方法，在镁合金外壳上生成Al₂O₃外观面。这一Al₂O₃层同时还起到对镁合金的外表面的防腐蚀保护作用。 

本发明的上述实施方式并非对本发明应用限定。本发明并不只局限于可以成型电子装置的金属外壳，任何具类似金属结构的设计，均可使用本发明来制备。 

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所做的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (20)

1.一种金属外壳的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）提供金属板材并将其加工成型为金属主壳体；

（2）通过高速冷喷将粉体材料在所述金属主壳体内表面形成喷积体；

（3）机加工所述喷积体形成内部结构以获得所述金属外壳。

2.如权利要求1所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：还包括位于步骤（2）之前的清洁步骤，所述清洁步骤为清洁所述金属主壳体上需要进行所述高速冷喷的表面。

3.如权利要求1所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：还包括表面处理步骤，所述表面处理步骤为处理金属外壳的外表面形成外观面。

4.如权利要求1所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：所述高速冷喷过程是由超音速的气体驱动所述粉体材料以250-1000米/秒的速度喷涂到所述金属主壳体内表面的设定部位以形成所述喷积体。

5.如权利要求1所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：所述粉体材料选自金属粉末、合金粉末、塑料粉末、陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

6.一种采用如权利要求1-5所述的金属外壳的成型方法制备的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述金属外壳包括金属主壳体和结合在所述金属主壳体内表面的内部结构，所述内部结构由粉体材料直接喷积结合在所述金属主壳体内表面形成的喷积体所形成。

7.如权利要求6所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述金属主壳体内表面与所述喷积体之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

8.如权利要求6所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：形成所述喷积体的不同部位的所述粉体材料可以是一种或一种以上。

9.一种采用如权利要求1-5所述的金属外壳的成型方法制备的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述电子装置的金属外壳包括金属主壳体和结合在金属主壳体内表面设定部位的喷积体，所述喷积体包括喷积隔热层、以及结合在所述喷积隔热层的外表面或周围的喷积导热层；所述喷积隔热层由隔热粉体材料直接喷积结合构成，所述喷积导热层由导热粉体材料直接喷积结合构成，所述隔热粉体材料的导热系数低于所述导热粉体材料的导热系数。

10.如权利要求9所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述金属主壳体内表面与所述喷积隔热层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

11.如权利要求9所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述喷积导热层与所述喷积隔热层之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

12.如权利要求9所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述喷积导热层与所述金属主壳体内表面之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

13.如权利要求9所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述隔热粉体材料是高分子材料粉末或高分子材料粉末和陶瓷粉末的混合粉体。

14.如权利要求9所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述导热粉体材料选自铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末或陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

15.一种金属外壳的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）提供金属板材并将其加工成型为金属主壳体；

（2）通过高速冷喷将含铝粉体材料在所述金属主壳体外表面形成厚度均匀的喷积铝层；

（3）表面处理所述喷积铝层以使其达到所需阳极氧化的要求；

（4）阳极氧化已经过表面处理的所述喷积铝层以获得所述金属外壳。

16.如权利要求15所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：所述金属外壳的成型方法还包括位于步骤（2）之前的清洁步骤，所述清洁步骤为清洁所述金属主壳体上需要进行所述高速冷喷的表面。

17.如权利要求15所述的金属外壳的成型方法，其特征在于：所述高速冷喷过程是由超音速的气体驱动所述含铝的粉体材料以250-1000米/秒的速度喷涂到所述金属主壳体外表面的设定部位以形成厚度均匀的喷积铝层。

18.如权利要求15所述的成型方法，其特征在于：所述含铝粉体材料的铝含量不小于95%。

19.一种采用如权利要求15-18所述的金属外壳的成型方法制备的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述电子装置的金属外壳包括金属主壳体、结合在所述金属主壳体外表面的喷积薄铝层和所述喷积薄铝层外表面的阳极氧化层；所述金属主壳体由金属板材加工成型，所述喷积薄铝层由含铝粉体材料直接喷积结合在所述金属主壳体外表面构成。

20.如权利要求19所述的电子装置的金属外壳，其特征在于：所述金属主壳体外表面与所述喷积薄铝层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

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