CN104781070A - 制造具有多层金属层的工件的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造具有多层金属层的工件的方法，包括如下步骤：(a)提供具有至少一个分流道和型腔的模具，(b)在模具的型腔内设置由第一金属制成的第一金属层，该第一金属层具有粗糙面和/或包括接合结构，以及(c)将熔融的第二金属注入到第一金属层的表面上，以在第一金属层上形成第二金属层，其中该第二金属层与第一金属层的粗糙面接合或第二金属层与第一金属层的表面的接合结构接合，且熔融的第二金属以至少70m/s的速度进入模具的型腔内。

Description

制造具有多层金属层的工件的方法

本申请是于2012年10月15日提交的申请号为13/651980的美国专利申请的部分继续申请，美国专利申请13/651980本身是于2011年10月20日提交的美国专利申请13/277673的部分继续申请，两个在先申请的全部内容合并于此，如同在此全部重复。

技术领域

本发明涉及一种制造具有多层金属层的工件(例如板)的方法。就本发明的目的而言，在内容允许的情况下，术语“金属”应该也包括相应的“金属合金”。也应当理解的是，就本发明的目的而言，金属层可以由相同或不同的金属制成。

背景技术

随着通信、消费性电子以及计算机产业(所谓的“3C产业”)的快速发展，消费者不仅期待这样产品(所谓的“3C产品”)(例如处理速度和存储容量)具有良好的性能，而且这样的产品具有优质且耐用的装饰面。由于金属壳具有良好的强度和较轻的质量，因此对3C产品而言变得越来越重要。这样的特性也成为在其他产业中的产品的消费者需求或期望，例如在家居行业和汽车工业中。在多数产品中，需要将至少一层金属层覆盖成型在另一层金属层上，例如形成为封面或板。因此需要提高两层金属层之间的连接或粘合强度，这已成为重要的产品需求。

具有传统塑料壳的电子产品很容易通过外部的冲击力折断和受损，同时由于环境因素，单一金属层的壳体容易生锈腐蚀，或者由于材料性能的限制，不能在壳体上完成随后的表面处理。因此，需要具有厚度较薄、良好的装饰性能、抵抗外部冲击的高强度，以及良好的耐蚀性的多层金属层壳体，来解决单一金属层壳体的各种缺陷。在现有技术中，由两层金属层或材料机械层压形成的用于消费性电子设备的壳体一般通过真空蒸镀或离子溅镀来制备，需要承担较高的生产成本。然而，像这样的现有技术的壳体不利于接受包含湿法工艺(wet process)的表面处理，例如电镀和阳极处理，其具有较小的腐蚀性。

在传统技术中，固态焊接过程(例如冷焊、摩擦焊和超声焊)可用于将装饰面结合至铸造金属部分上。然而，这样的固态焊接过程可以显著地增加加工流程的成本和复杂性。因此，本领域技术人员仍然寻求一种具有较低成本和低复杂性的多层金属层工件的有效的制造方法。

另外，对于尽可能精小的电子产品(例如平板电脑和智能手机)和家用电器需求的不断增长，消费者在汽车工业和家居产品行业中也具有同样的需求。消费者同时对于此类产品的功能和容量上有越来越高的需求。因此制造商正在寻求制造尽可能紧凑的产品的主体的方法，同时保留足够的空间用于安装必需的组件。现有的方法不允许较薄的金属层注入并接合于一层金属层上，以形成多层金属层的工件。另外，这样的产品变得更加紧凑和纤细，产生涉及后处理的问题，例如修整和计算机数控(CNC)工件是必需的，以获得必要的特性。

随着这样的产品变得更加精小和纤细，作为封面、外壳、壳体和底座的这类工件的后处理(例如修整)出现问题，因为这样的后处理将在工件上施加压力，使得工件变形。

因此，本发明的目的在于提供一种具有多层金属层的工件的制造方法，具有多层金属层的模具和工件减轻了上述缺陷或至少为行业和公众提供一种有益的替代品。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤(a)提供具有至少一个分流道、浇口和型腔的模具，步骤(b)在所述模具的所述型腔内设置由第一金属制成的第一金属层，所述第一金属层具有表面，该表面为粗糙面和/或包括接合结构，以及步骤(c)将熔融的第二金属注入到所述第一金属层的所述表面上，以在所述第一金属层上形成第二金属层，其中所述第二金属层与所述第一金属层的所述粗糙面接合或第二金属层与所述第一金属层的所述表面的所述接合结构接合，其中所述熔融的第二金属以至少大致70m/s的速度进入所述模具的所述型腔内。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括第一模块和第二模块的模具，其中所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，闭合组态用于将半成品工件保持在所述第一模块与所述第二模块之间，并且其中至少所述第一模块包括壁状件，当所述模具处于闭合组态并保持半成品工件时，所述壁状件压入所述半成品工件的至少部分中，以在所述壁状件与所述半成品工件之间形成密封结构，以防止流体流出所述密封结构。

根据本发明的第三方面，提供了一种具有多层金属层的工件，该工件通过在第一金属层上注射至少一层第二金属层而形成的，其中所述第一金属层和所述第二金属层的每一个均包括至少一个接合结构。

根据本发明的第四方面，提供了一种包括第一模块和第二模块的模具，其中所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，在闭合组态，所述第一模块与所述第二模块相互接合，以形成用于容纳半成品工件的型腔，其中所述第一模块包括允许向所述型腔内提供成型材料的通道，且其中所述模具不具有允许成型材料流出所述型腔的渠道。

根据本发明的第五方面，提供了一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤(a)设置由第一金属制成的第一金属层，步骤(b)预处理所述第一金属层，步骤(c)将所述预处理的第一金属层设置在模具中，以及步骤(d)将熔融的第二金属注射在所述预处理的第一金属层的所述表面上，以在所述预处理的第一金属层上形成第二金属层。

根据本发明的第六方面，提供了一种具有多层金属层的工件，该工件通过在第一金属层上注射至少一层第二金属层而形成的，其中所述第二金属层的厚度不小于大致0.5mm。

根据本发明的第七方面，提供了一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤(a)设置具有至少一个分流道的模具，步骤(b)设置由第一金属制成的第一金属层，所述第一金属层具有表面，该表面包括至少一个接合结构，步骤(c)预处理所述第一金属层，步骤(d)将所述预处理的第一金属层设置在所述模具中，以及步骤(e)将熔融的第二金属注射到所述预处理的第一金属层的所述表面上，以在所述预处理的第一金属层上形成第二金属层，其中所述熔融的第二金属以至少大致70m/s的速度进入所述模具的所述型腔内，其中所述第二金属层包括至少一个接合结构，该接合结构与所述预处理的第一金属层的所述表面的所述接合结构接合，其中所述模具包括第一模块和第二模块，其中所述第一模块和所述第二模块能够相对彼此在打开组态与闭合组态之间移动，在打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，在闭合组态，所述第一模块与所述第二模块相互接合，以形成用于容纳所述预处理的第一金属层的型腔，其中所述第一模块包括允许向所述型腔内提供成型材料的通道，且其中所述模具不具有允许成型材料流出所述型腔的通道。

根据本发明的第八方面，提供了一种由该方法形成的具有多层金属层的工件，该方法包括步骤(a)提供具有至少一个分流道、浇口和型腔的模具，步骤(b)设置由第一金属制成的第一金属层，所述第一金属层具有表面，该表面包括至少一个接合结构，步骤(c)预处理所述第一金属层，步骤(d)将所述预处理的第一金属层设置在所述模具中，以及步骤(e)将熔融的第二金属注射在所述预处理的第一金属层的所述表面上，以在所述预处理的第一金属层上形成第二金属层，其中所述熔融的第二金属以至少大致70m/s的速度进入所述模具的所述型腔内，其中所述第二金属层包括至少一个接合结构，该接合结构与所述预处理的第一金属层的所述表面的所述接合结构接合，其中所述模具包括第一模块和第二模块，其中所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，在闭合组态，所述第一模块与所述第二模块相互接合，以形成用于容纳所述预处理的第一金属层的型腔，其中所述第一模块包括允许向所述型腔内提供成型材料的通道，且其中所述模具不具有允许成型材料流出所述型腔的渠道。

附图说明

图1显示了根据本发明的一种实施方式的制造具有多层金属层的工件的方法；

图2-1显示了制造具有多层金属层的工件的装置，用于实施图1中所示的方法，其中装置中的模具处于打开组态；

图2-2显示了图2-1中所示的装置，其中模具处于闭合组态；

图2-3图2-1中所示的模具的局部放大图；

图3显示了根据本发明的另一种实施方式的制造具有多层金属层的工件的方法；

图4显示了制造具有多层金属层的工件的模具，用于实施图3中所示的方法；

图5显示了根据本发明的再一种实施方式中制造具有多层金属层的工件的方法；

图6显示了通过图5的所示的方法制造的具有多层金属层的工件；

图7显示了根据本发明的又一种实施方式的具有多层金属层的工件的制造方法；

图8显示了通过图7所示的方法制造的具有多层金属层的第一工件；

图9A显示了通过图7所示的方法制造的具有多层金属层的第二工件；

图9B显示了通过图7所示的方法制造的具有多层金属层的第三工件；

图10A至图10C显示了根据本发明的另一种实施方式的方法中，藉由熔化形态的第二金属注入模具中以接合第一金属层的过程；

图11是适用于根据本发明的方法中的另一种模具的剖视图；

图12是与第二金属层接合后的图11的第一金属层的局部剖视图；

图13是根据本发明的又一种实施方式中，预处理后，并且准备用于注入熔化第二金属的第一金属层的侧视图；

图14A是包括图13的第一金属层的多层金属层封面的侧视图；

图14B是图14A的局部放大图；以及

图15是具有由第二金属层部分覆盖的薄湾的多层金属层封面的顶部局部视图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的一种实施方式中制造具有多层金属层的工件的方法。一般来说，此种方法中，由第一金属形成的半成品板形式的第一金属层设置在模具内。液态(熔化)形态的第二金属(其不同于第一金属)而后注入模具以及板上，从而在第一金属层上形成第二金属层(S101)。模具内的第二金属层随后在模具内以一定压力压制(S102)，以促进第二金属层与第一金属层的结合。当然，应该理解的是，液态形态的第三金属(其可以与第一金属和第二金属相同或不同)可以注入在第一金属层或第二金属层上，以通过重复上述操作而形成具有第三金属层的工件。

注射操作包括不同方面，例如高压和高速注射成型、浇注和/或流动。第二金属注入模具内的压力、速度，以及使第二金属覆盖第一金属层的较短的持续时间均协助提高第一金属层与第二金属层之间的粘合性和结合强度，消除当第二金属处于液态时的泡沫，且提高第二金属层的密实度，使得在第二金属层冷却和固化后，仅留有极少数的气孔，从而获得复合金属的强度。这样也可以防止由于注射期间液态形态的第二金属的流动而形成液态流痕。压制第二金属层也能够使得液态形态的第二金属的剩余溢出。

图2-1和图2-2显示了用于制造具有多层金属层的工件的装置201，以实施图1中所示的方法。装置201包括具有前模208和后模207的模具202。图2-1所示的模具202处于打开组态，其中前模208和后模207相互分离。由第一金属形成的半成品覆层203(构成第一金属层)设置在模具202的后模207上。图2-2显示了模具202处于闭合组态，其中半成品覆层203保持在前模208与后模207之间。当模具202处于闭合组态时，液态形态的第二金属2041(其不同于形成第一金属层203的金属)注入在模具202内的半成品覆层203上，以便在覆层203上形成第二金属层204。

图2-3是图2-2的局部放大图，并且显示了模具202，模具202包括用于向模具202内的第二金属层204上施加压力的按压件205。

在另一种实施方式中，在后模207与按压件205之间形成有空间，使得液态形态的第二金属2041可以注入该空间内。另外，模具202还包括溢流口206，使得当按压件205压制第二金属层204时，液态形态的第二金属2041的剩余部分通过溢流口206溢出。

虽然在前面的讨论中，提到了第一金属不同于第二金属，但是当然可以设想的是，第一金属层和第二金属层也可以由相同的金属制成。

在本发明另一种实施方式中，如图3所示，一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括将液态形态的第一金属注入相互配合的后模与第一前模之间的空间内的步骤，以在后模上形成第一金属层(S301)，并且当操作后模与第二前模配合，并且当后模上的第一金属层处于半固态熔融状态时，将液态形态的第二金属注射在第一金属层上，以在第一金属层上形成第二金属层(S302)。再一次的，第一金属层和第二金属层可以有相同或不同的金属制成。

图3所示的方法与图1所示的方法之间的不同点主要在于，图3所示的方法中，液态形态的第二金属注入在第一金属层上并且当第一金属层仍处于半固态熔融状态时形成第二金属层。这不仅提高了第一金属层与第二金属层之间的粘合性，而且减小了成本并节约了时间，从而提高了产量。

图4中显示了用于执行图3中所示方法的装置401。如图4所示，装置401包括第一前模402，该第一前模402能够操作与后模407配合，并且在后模407上注射液态形态的第一金属4031，以在后模407上形成第一金属层403。装置401还包括第二前模408，其与后模407结合以当第一金属层403仍然处于半固态熔融状态时，将液态形态的第二金属4041注射在第一金属层403上，以便在第一金属层403上形成第二金属层404。

当第二前模408操作与后模407结合时，在后模407与按压件405之间形成有空间，使得液态形态的第二金属4041能够注入该空间内。

另外，第二前模408内的按压件405能够用于施加压力在第二金属层404上。此外，后模407还包括溢流口406，使得当按压件405在第二金属层404上施加一定压力时，液态形态的第二金属4031的剩余部分通过溢流口406溢出。

装置401还包括移动组件，用于在第一前模402与第二前模408之间相对地移动后模407。例如，在注射液态形态的第一金属4031后，后模407可以从第一前模402移动至第二前模408，或者在注射液态形态的第一金属4031后，第一前模402移开，且第二前模408移动至与后模407配合操作的位置，以将液态形态的第二金属4041注射在第一金属层403上。通过这样布置，液态形态的第一金属4031和液态形态的第二金属4041的注射均在相同的装置401内完成，因此简化了生产工艺。

具有三层或更多层金属层的工件可以通过重复上述步骤形成。

第一金属层和第二金属层的每一个均可由不锈钢、铁、锌、铝、镁、铬、钛、铜、铍、镍以及这些金属的合金制成。首先可以形成具有较小比重的第一金属层，随后形成具有较大比重的第二金属层。或者，首先形成可以具有较大比重的第一金属层，随后形成具有较小比重的第二金属层。例如，如果第一金属层由锌合金制成，第二金属层由铝合金制成，因此可以获得复合金属的强度，之后的阳极表面处理可以在第二金属(铝合金)层上完成。在另一个例子中，第一金属层由铝合金或镁合金制成，第二金属层由不锈钢制成，使得之后的处理例如直流电镀或真空蒸镀能够方便地在第二金属层的表面上完成，从而还形成之后的金属或非金属层。

根据本发明的方法制得的具有多层金属层的工件不仅具有复合金属的强度和弹性，而且之后的表面处理(例如热处理、阳极表面处理、水电镀、真空镀膜处理、涂层处理、涂装处理以及抗腐蚀处理)可根据需要在金属工件上完成，以进一步提高金属层之间的粘合性以及工件的抗腐蚀性和强度，使得由这种工件制成的壳体的设计更加灵活。

图5显示了根据本发明的又一种实施方式的具有多层金属层的工件的制造方法。图5中所示的方法包括在模具内放置半成品金属工件(例如第一金属层形成的板)的步骤，其中半成品工件的表面是粗糙的(S501)。随后，液态形态的第二金属注射在半成品工件的粗糙表面上，以在半成品工件上形成第二金属层，其中液态形态的第二金属覆盖并填充半成品板的粗糙表面(S502)。半成品板的粗糙表面能够形成在半成品板的装饰面或内表面之一上。液态形态的第三金属可以注射在第二金属层上，通过重复上述操作以形成三层金属板。

图6显示了通过图5所示的方法制造的具有多层金属层的板。如图6所示，由第一金属制成的半成品板612设置在模具610内。半成品板612的表面613为粗糙的。液态形态的第二金属注射在半成品板612的粗糙面613上，以在充分覆盖并填充半成品板612的粗糙面613的半成品板612上形成第二金属层614。这样的布置增加了半成品板612与第二金属层614之间的粘合强度。半成品板612和第二金属层614可以由相同的金属或不同的金属制成。半成品板612的粗糙面613可以形成多个凹口、孔、凹槽或凸起物或这些的组合。半成品板612的粗糙面613可以机械地和/或化学地形成。通过这样布置的方式，至少阻碍了半成品板612与第二金属层614之间的相互分离。

图7显示了根据本发明的又一种实施方式的方法。该方法包括在模具内布置由第一金属形成的半成品板，其中半成品板的表面设有至少一个接合结构(S701)，以及液态形态的第二金属注射在半成品板的表面上，以在半成品板上形成第二金属层，其中液态形态的第二金属覆盖、填充和结合于半成品板的表面上的接合结构(S702)。半成品板的接合结构能够形成在半成品板的装饰面或内表面之一上。液态形态的第三金属可以注射在第二金属层上，通过重复操作以形成三层金属板。

图8显示了根据图7所示的方法制造的具有多层金属层的板。如图8所示，由第一金属制成的半成品金属板812设置在模具810内。形成的半成品板812的表面具有至少一个接合结构813。接合结构813可以为挂钩、带扣、沟槽、凸起物、凹槽或这些结构的组合。液态形态的第二金属注射在半成品板812的表面上，以在充分覆盖、填充且接合于半成品板812的表面上的接合结构的半成品板812上形成第二金属层814。通过这样布置的方式，至少部分的第二金属层814局限于通过结合结构813限制的空间，以便固定具有第二金属层814的半成品板812。这样布置至少阻碍了半成品板812与第二金属层814相互分离。

在成型中，熔化的模型材料(例如熔化的金属)由成型机的喷嘴依次流经主流道(sprue)、分流道(runner)、浇口(gate)，使得熔化的模型材料进入模具的型腔内。更特别地，主流道是允许熔化的模型材料由喷嘴流向模具的型腔内的通道。分流道是流体与主流道相通并引导熔化的模型材料由主流道流向模具的型腔内的通道。分流道与浇口连接，并且浇口成为分流道内熔化的模型材料进入模具的型腔内的入口。

在本发明的一种实施方式中，为进一步增加第一金属层与第二金属层之间的粘合强度，液态形态的第二金属由喷嘴以一定的速度注射，使得液态形态的第二金属离开分流道并通过模具的浇口以至少70m/s的速度进入模具的型腔。此速度在下文中称为“浇口前速度”。在一种实施方式中，为获得70m/s的浇口前速度，设计为使得液态形态的第二金属离开主流道并以3.5m/s的速度进入分流道。后者的速度在下文中称为“主流道前速度”。

图9A显示了根据本发明的一种实施方式的具有多层金属层的板。由第一金属制成的半成品板912首先设置在模具910内。半成品板912的表面913b为粗糙的，以形成多个凹口、孔、凹槽、球状物和/或凸起物，并且至少一个接合结构913a以挂钩、带扣、沟槽、凸起物和/或凹槽的形式形成在表面913b上。液态形态的第二金属以至少70m/s的速度注射在粗糙面913b和半成品板912的至少一个接合结构913a上，以在充分覆盖和填充粗糙面913b并与半成品板912的至少一个接合结构913a接合的半成品板912上形成第二金属层914，以便增加半成品板912与第二金属层914之间的连接和粘合或接合强度，并将部分的第二金属层914限制在通过接合结构913a限定的空间内。图9B显示了根据本发明的另一种实施方式的具有多层金属层的板。由第一金属制成的半成品板912’率先设置在模具910’内。形成的半成品板912’的表面具有以挂钩、带扣、沟槽、凸起物和/或凹槽的形式的至少一个接合结构913a’。液态形态的第二金属以至少70m/s的速度注射在半成品板912’的至少一个接合结构913a’上，以在充分覆盖、填充并与半成品板912的至少一个接合结构913a’接合的半成品板912’上形成第二金属层914’。这样的布置增加了半成品板912’与第二金属层914’之间的连接和粘合或接合强度，并将部分的第二金属层914’限制在通过接合结构913a’限定的空间内。更特别地，由于第二金属层914’与接合结构913a’的相互接合和/或相互锁定阻碍了半成品板912’与第二金属层914’相互分离，因此使得半成品板912’与第二金属层914’之间的连接和粘合或接合得以提高。更特别地，可以这样说，半成品板912’与第二金属层914’均具有至少一个接合结构使得二者能够相互接合。

半成品板(或第一金属层)与第二金属层可以有相同金属或不同金属制成，并且金属可以是不锈钢、铁、锌、铝、镁、铬、钛、铜、铍、镍或他们的合金。

上述的实施方式中的半成品板(即第一金属层)的粗糙面可机械和/或化学地形成。例如，如果第一金属层由铝(Al)制成，阳极处理工艺可用于在第一金属层表面上形成气孔，以与熔化的第二金属连接。特别地，熔融状态的第二金属能够陷入气孔中，使得在冷却和固化后，第二金属将固定在第一金属层上。

所述板可以用作电子设备或其他产业中其他类型的产品/设备的封面或插件，其中设备要求多层金属结构具有较好的连接、粘合或接合强度。

通过将部分第二金属层粘合或限制在由接合结构限定的空间内，第一金属层和第二金属层能够相互接合起来。

在上面提到的方法中，第二金属614、814、914和914’能够以至少70m/s的浇口前速度注射在半成品板(第一金属层)的表面上，同时具有高于3m/s、3.5m/s、4.0m/s、4.5m/s、5.5m/s、6.0m/s、6.5m/s或者更高的主流道前速度。以这种方式，第二金属层能够具有极薄的尺寸，使得粗糙面的凹口、孔、凹槽、球状物或凸起物以及接合结构的挂钩、带扣、沟槽、凸起物和/或凹槽能够通过第二金属覆盖(或罩盖)和填充。在一种优选实施方式中，通过调节浇口前速度(例如调节第二熔融金属从喷嘴排出的速度)或依赖于产品的3D设计，第二金属层的厚度可以不大于0.5mm(例如0.5mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm)，这在今后可变得重要。

据此，第二熔融金属的高流速是一个关键参数，使得第二熔融金属的温度在第二熔融金属从喷嘴流向模具型腔期间内下降减到最小。局部熔化在将要连接或粘合在一起的两个金属的表面上仅能够得到弱粘合。同样地，后处理(例如激光焊、电阻焊以及市场上熟知的一些其他焊接工艺)需要增加两金属层之间的连接或粘合强度。在本发明中，螺栓锁紧机构(或螺栓锁紧空间)设置在第一金属层上，以引导熔融状态的第二金属陷入通过由螺栓锁紧机构限定的特定空间内，正如图9A至图9B中以及上面讨论中描述的接合结构913a和913a’。

特别地，为了将液态形态的第二金属以高速注入模具中，以确保第二金属在极短的时间内充满型腔，因此当第二金属填充模具的型腔以形成第二金属层时，第二金属仍然处于熔融状态。正如图10A至图10C显示的例子，从图10A所示(当熔融的第二金属离开主流道进入分流道，在点A处时)，通过图10B所示(当熔融的第二金属穿过分流道并刚要进入浇口，在点B处时)，直到图10C所示(当熔融的第二金属填充模具的型腔，在点C处时)总共的持续时间不超过0.02s，总位移为130mm。在0.02s的持续时间中，在熔融的第二金属进入模具型腔内后，熔融的第二金属填充型腔的时间仅花费了不到0.005s。在此例子中，熔融的第二金属离开主流道并进入分流道的速度为3.5m/s，并且熔融的第二金属离开浇口并进入模具型腔内的速度为70m/s。

为进一步提高两金属层之间的接合和连接，如图11所示为根据本发明用于制造具有多层金属层的板的模具1100，该模具1100具有上模1102，上模1102具有环形壁1104形式的障壁，该环形壁1104直接面向下模1106从上模1102的表面延伸离开。当上模1102处于图11显示的组态时，其中上模1102与下模1106对齐，半成品板1108(为第一金属层)准备接受注射保持在上模1102与下模1106之间的液态形态的第二金属，壁1104接触并被按压以切入半成品板1108形成密封，该密封防止流体(包括气体和液体)流动。气体可以是空气，液体可以是模型材料流体，例如液态形态的第二金属。空间1110也形成在上模1102与半成品板1108之间。空间1110通过模具的主流道、分流道和浇口与喷嘴形成流体流通联系。空间1110进一步减少熔融的第二金属在模具内流动期间的氧化。由于液态形态的第二金属以较高的速度离开浇口并进入型腔，并在空间1110(进一步减少熔融的第二金属的氧化)的作用下，熔融的第二金属能够在极短的时间内与和/或半成品板1108上的渗入粗糙面和/或接合元件接合，在熔融的第二金属进入空间1110之后，一般不超过0.005s，从而提高两层金属(指的是半成品板1108和冷却的第二金属形成的金属层)之间的接合强度。另一方面，在不存在壁104的情况下，由于外部空气与型腔通过传统的排气系统连通，流体隔绝密封并未形成在壁1104与半成品板1108之间，将进一步促进注射过程期间熔融的第二金属的冷却和氧化。熔融的第二金属的表面将变成氧化的表面，并将扩展至将要流进的熔融的第二金属上。氧化的熔融的第二金属和/或半固态的第二金属的表面张力更大，因此导致熔融的第二金属具有较高的粘度，较高的粘度将使熔融的第二金属的流速变慢。特别地，如果接合元件具有小于0.5mm的高度且小于0.5mm的宽度，或接合元件具有至少0.5mm的深度，之后较为困难的是，熔融的第二金属渗入或与半成品板1108的接合元件接合。

尽管接合元件可以具有至少0.5mm的高度，但是第二金属层可以具有较薄的厚度。如图12所示，图示的半成品板1108具有两个接合元件，每个接合元件为挂钩1112并相互间隔布置。挂钩1112从板1108的上表面1114延伸0.5mm的高度。大量的熔融的第二金属注入挂钩1112之间，以形成与板1108接合的第二金属层1116。根据结构和设计的需求，第二金属层1116的厚度可以大于、等于或小于挂钩1112的高度。特别地，图12中，显示的第二金属层1116的厚度(例如0.4mm、0.3mm或更小)小于挂钩1112的高度。

模具1110包括通道，当模具1100处于闭合组态时，通过该通道能够将模型材料(例如熔融金属)提供至模具的型腔内。然而，与现有技术不同，模具1100没有通道，通过该通道将过量的模型材料(即熔融金属)排出模具1100的型腔，成为毛边和飞边，在成型工艺之后需要对齐进行修剪。另一方面，当模具1100使用时，所有过量的熔融的第二金属将会流向第一金属层/板1108并将形成为产品的一部分。因此采用根据本发明的方法之后，不需要进行任何的修剪步骤，因为没有“溢流材料”需要修剪。

尽管图11显示了上模1102上设置的壁104，可以设想，根据产品的设计，壁104可以设置在下模1106上，例如直对上模1102的表面上。

根据本发明的方法具有至少如下的优点：

(a)在注射过程后，模压产品能够弹出，其与普通的铸造过程不同，普通的铸造过程中产品必须在从型腔中弹出之前冷却，

(b)当熔融的第二金属仍然为液态形态时，熔融的第二金属覆盖第一金属层，

(c)在冷却之前，减少了熔融的第二金属的进一步氧化，因此允许熔融的第二金属全部渗入或与半成品板(第一金属层)的粗糙面和/或接合元件(例如凹槽、气孔、凹口)接合。提供了形成网状的内部特性的可能并减少了后处理过程和计算机数控的工作，因此进一步节省了成本，

(d)由于被困的所有熔融的金属没有溢流，第一金属层和第二金属层的周缘变得紧密和密封。因此，金属层之间(尤其是在金属层的边缘之间或连接线之间)不存在终端用户可见的缝隙，因此确保美化质量。另外用于产品的美化处理，也防止流体(例如水、去离子水、酸性溶液、碱性溶液或类似物)在金属层之间渗出。至少减少了潜在的产品接触腐蚀的问题，

(e)在工件是形成成品外壳的情况下，工件的表面将形成没有注射材料流痕的成品的外表面，因此呈现出更美观的外观，以及

(f)由于第二金属层可以非常薄(不超过0.5mm)，如果工件形成产品的外壳，节省了产品内部空间，使得允许设计者更自由的设计。

在本发明的另一种实施方式中，如图13至14B所示，第一金属层(例如半成品板1200)在成型之前进行预处理。由第一金属制成的板1200通常具有最初的矩形横截面。半成品板1200具有与想要形成的组件基本一致的形状和轮廓(尤其是外部轮廓)。一部分第一金属从板1200中移出，以在板1200的上表面1204上形成一个或更多凹口，即薄湾(thin bays)1202。这些薄湾1202具有0.3mm或更小的深度d，同时第一金属层1200的厚度D为0.8mm左右。

预处理的半成品板1200随后设置在模具的型腔内。熔融的第二金属随后注入在预处理板1200的上表面1204上以形成第二金属层1206，第二金属层1206与预处理板1200接合以形成双层金属工件。一部分第二金属容纳于板1200的薄湾1202中，以接合第二金属层1206和预处理板1200。通过重复以上步骤当然可以形成具有多层金属的工件。应该注意的是第二金属层1206可以仅覆盖部分的薄湾1202。

另外，如图14A所示，由于熔融的第二金属高速地注入到板1200的上表面1204上，因此由第二金属如此形成的第二金属层1206能够形成从板1200的第二金属层1206的主要表面延伸远离的结构。

实践中发现，在成型之前，预处理的板1200(特别从板1200上去除一部分第一金属，以在板1200的上表面1204上形成有一薄湾1202的形式的两个凹口)的这种布置能够有利地结合具有上述的环形壁1104的模具1100的使用。这种结合的方法，将不存在“废料”，由于所有剩余的熔融的第二金属(即超过成型在第一金属层上必需的最小量的熔融的第二金属)将保留在模具1100内，以形成第二金属层1206的至少一部分，形成最终工件/产品有用的部分。

采用这种结合方法的相关优点为，所有过量或剩余的熔融的第二金属(如果有的话)将按计划的方式成为最终工件/产品的一部分，其可以帮助强化由第二金属形成的特性。此外，由于不需要后处理任何遗留材料，因此结合的方法既环境友好又节省成本。

如上所述，第二金属层1206能够仅覆盖形成在第一金属层上的部分薄湾。正如图15所示，由第一金属层形成的封面1302沿其周缘形成有浅湾1304。随后熔融的第二金属成型在第一金属层上，以形成第二金属层，以这种方式，湾1304部分通过熔融的第二金属覆盖。图15所示的散列区域1306是没有通过熔融的第二金属覆盖的薄湾1304的区域。在成型过程期间，薄湾1304接收成型材料(即熔融的第二金属)，并且执行排气功能以排出在成型过程中产生的气体。

本发明寻求至少消除现有技术中存在的相关缺陷，以较低的成本和较高的产量制造具有多层金属层的工件，根据实际材料的消耗准备材料。因此，与现有技术相比，更具有环境友好并有效利用成本。同时，双层或多层中的不同金属层可以设计为全部或部分覆盖基底，以便同时满足外观和机械性能的需求，这将在开发不同合金材料中节省大量的工作量并节省全球资源。

本发明的方法实现了多层金属层之间良好的粘合性，并提高了金属密实度和表面的平整度，有利于之后的金属表面处理。

还应该理解的是，就本发明目的而言，“具有多层金属层的工件”并不意味着工件上仅形成金属。可以设想“具有多层金属层的工件”上可以形成另外的其他材料，例如，塑料材料。如一个例子中，这样的工件可以形成上面描述的相互接合/粘合的两层金属层，塑料层与两层金属层之一接合。因此，对于包含的材料的层数或材料的种类没有限制，只要工件包括上面描述的相互接合/粘合的两层金属层即可。

尽管上面描述了本发明的技术内容和特点，但是在不背离本发明的公开与启示的情况下，本领域技术人员能够做出各种变化和修改。因此，本发明的范围并不局限于所公开的实施例，还包括没有背离本发明由附件的权利要求限定的范围的其他的变化和修改。

Claims (36)

1.一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤：

(a)提供具有至少一个分流道、浇口和型腔的模具，

(b)在所述模具的所述型腔内设置由第一金属制成的第一金属层，所述第一金属层具有表面，该表面为粗糙面和/或所述表面包括接合结构，以及

(c)将熔融的第二金属注入到所述第一金属层的所述表面上，以在所述第一金属层上形成第二金属层，其中所述第二金属层与所述第一金属层的所述粗糙面接合，或者所述第二金属层与所述第一金属层的所述表面的所述接合结构接合，

其中，所述熔融的第二金属以至少大致70m/s的速度进入所述模具的所述型腔内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述熔融的第二金属以大体上至少3.5m/s的速度进入所述模具的所述分流道内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一金属和所述第二金属独立地从包括不锈钢、铁、锌、铝、镁、铬、钛、铜、铍、镍以及上述金属的合金的组中选择。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括形成所述第一金属层的所述粗糙面或在所述第一金属层的所述表面上机械或化学地形成所述接合结构的步骤(d)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一金属层的所述粗糙面包括至少一个凹口、孔、凹槽、球状物、凸起物或它们的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合结构包括至少一个挂钩、带扣、沟槽、凸起物、凹槽或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在所述第二金属层上施加压力的步骤(e)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件为电子设备的封面或插件。

9.一种模具，该模具包括第一模块和第二模块，

其中，所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在所述打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，所述闭合组态用于将半成品工件保持在所述第一模块与所述第二模块之间，并且

其中，至少所述第一模块包括壁状件，当所述模具处于所述闭合组态并保持半成品工件时，所述壁状件压入所述半成品工件的至少部分中，以在所述壁状件与所述半成品工件之间形成密封结构，以防止流体流出所述密封结构。

10.根据权利要求9所述的模具，其中，所述第一模块为上模块。

11.根据权利要求9所述的模具，其中，所述壁状件为环形的。

12.根据权利要求9所述的模具，其中，该模具还包括通道，当所述模具处于所述闭合组态，并且所述半成品工件与所述第一模块之间形成有空间时，所述通道允许向所述空间内提供成型材料。

13.根据权利要求9所述的模具，其中，所述模具还包括按压件。

14.根据权利要求9所述的模具，其中，所述流体为气体和/或液体。

15.根据权利要求14所述的模具，其中，所述气体为空气。

16.根据权利要求14所述的模具，其中，所述液体为熔融的成型材料。

17.一种具有多层金属层的工件，该工件通过在第一金属层上注射至少一层第二金属层而形成，其中所述第一金属层和所述第二金属层的每一个均包括至少一个接合结构。

18.根据权利要求17所述的工件，其中，所述第一金属层的至少一个所述接合结构与所述第二金属层的至少一个所述接合结构接合。

19.根据权利要求17所述的工件，其中，所述第一金属层的所述接合结构与所述第二金属层的所述接合结构独立地从包括凹口、孔、凹槽、挂钩、带扣、沟槽、球状物和凸起物的组中选择。

20.根据权利要求19所述的工件，其中，所述第一金属层和所述第二金属层的每一个均由独立地从包括不锈钢、铁、锌、铝、镁、铬、钛、铜、铍、镍以及上述金属的合金的组中选择的材料制成。

21.根据权利要求17所述的工件，其中，所述工件为板。

22.根据权利要求21所述的工件，其中，所述板为电子设备的封面或插件。

23.根据权利要求17所述的工件，其中，所述第二金属层的厚度不大于大体上0.5mm。

24.根据权利要求17所述的工件，其中，所述第二金属层包括从该第二金属层的主要表面延伸远离的至少一个部件。

25.一种模具，该模具包括第一模块和第二模块，

其中，所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在所述打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，在所述闭合组态，所述第一模块与所述第二模块相互接合，以形成用于容纳半成品工件的型腔，

其中，所述第一模块包括允许向所述型腔内提供成型材料的通道，以及

其中，所述模具不具有允许成型材料流出所述型腔的渠道。

26.一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤：

(a)提供由第一金属制成的第一金属层，

(b)预处理所述第一金属层，

(c)将所述预处理的第一金属层设置在模具中，以及

(d)将熔融的第二金属注射在所述预处理的第一金属层的所述表面上，以在所述预处理的第一金属层上形成第二金属层。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，依照所述顺序实施所述步骤(a)至步骤(d)。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述步骤(b)包括从所述第一金属层上移除部分的所述第一金属。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，在所述步骤(b)之后，在所述第一金属层上形成至少一个凹口。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，至少部分所述熔融的第二金属容纳在所述预处理的第一金属层上的所述凹口的至少部分内，以接合所述预处理的第一金属层与所述第二金属层。

31.根据权利要求27所述的方法，其中，过量的熔融的第二金属保持在所述模具中，以形成至少部分的所述第二金属层。

32.一种具有多层金属层的工件，所述工件通过在第一金属层上注射至少一层第二金属层而形成，其中，所述第二金属层的厚度不大于大体上0.5mm。

33.一种制造具有多层金属层的工件的方法，该方法包括步骤：

(a)提供具有至少一个分流道、浇口和型腔的模具，

(b)设置由第一金属制成的第一金属层，所述第一金属层具有表面，该表面包括至少一个接合结构，

(c)预处理所述第一金属层，

(d)将所述预处理的第一金属层设置在所述模具中，以及

(e)将熔融的第二金属注射在所述预处理的第一金属层的所述表面上，以在所述预处理的第一金属层上形成第二金属层，

其中，所述熔融的第二金属以至少大致70m/s的速度进入所述模具的所述型腔内，

其中，所述第二金属层包括至少一个接合结构，该接合结构与所述预处理的第一金属层的所述表面的所述接合结构接合，

其中，所述模具包括第一模块和第二模块，

其中，所述第一模块和所述第二模块能够在打开组态与闭合组态之间相对彼此移动，在所述打开组态，所述第一模块和所述第二模块相互分离，在所述闭合组态，所述第一模块与所述第二模块相互接合，以形成用于容纳所述预处理的第一金属层的型腔，

其中，所述第一模块包括允许向所述型腔内提供成型材料的通道，以及

其中，所述模具不具有允许成型材料流出所述型腔的渠道。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述步骤(c)包括从所述预处理的第一金属层的所述表面移除部分的所述第一金属，以在所述预处理的第一金属层的所述表面上形成至少一个凹口。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，至少部分的所述熔融的第二金属容纳在所述预处理的第一金属层的所述表面上的所述凹口内，以接合所述预处理的第一金属层和所述第二金属层。

36.一种具有多层金属层的工件，所述工件根据权利要求33所述的方法形成。