CN105637120B

CN105637120B - 处理金属表面的方法

Info

Publication number: CN105637120B
Application number: CN201380080489.1A
Authority: CN
Inventors: 康有全; 吴冠霆
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: WO2015065416A1; EP3063310A1; US20160230302A1; EP3063310A4; EP3063310B1; CN105637120A

Abstract

提供了一种方法用于处理金属表面。所述方法包括：电化学处理所述金属表面，以形成第一金属氧化物涂层；去除所述第一金属氧化物涂层的一部分，以形成暴露的金属表面；以及电化学处理所述暴露的金属表面，以在所述金属表面上形成第二氧化物涂层。

Description

处理金属表面的方法

背景技术

例如移动电话、平板电脑和便携式（例如，笔记本或掌上）电脑之类的装置一般设有壳体。所述壳体通常提供若干功能特征，例如，保护装置不受损坏。

越来越多地，消费者也对例如外观、颜色和风格之类的壳体的美学属性感兴趣。此外，例如移动电话、平板电脑和便携式电脑之类的装置通常是为手持功能而设计，因此消费者还可能考虑装置的重量和他们握持装置所通过的壳体的感觉。

附图说明

作为非限制性示例，将参考下面的附图来描述根据本公开的装置的壳体和制造这样的壳体的过程，在附图中：

图1为图示了处理金属表面的方法的示例的流程图；

图2为图示了处理金属表面的方法的另一示例的流程图；

图3A为具有通过图1或图2的方法产生的两个金属氧化物涂层的已处理的金属表面的示例的顶视剖视图；

图3B为沿线3-3的图3a的已处理的金属表面的侧向剖视图；

图4A为具有通过图1或图2的方法产生的三个金属氧化物涂层的已处理的金属表面的示例的顶视剖视图；

图4B为沿线4-4的图4a的已处理的金属表面的侧向剖视图；

图5A-5C为通过图1或图2的方法产生的已处理的金属表面的示例的侧向剖视图；

图6A为通过图1或图2的方法产生的壳体的示例的透视图；

图6B为图6a的壳体的剖面透视图。

具体实施方式

本公开描述了一种处理金属表面的方法，所述金属表面例如用于装置的壳体。所述方法包括通过金属表面的电化学处理来形成第一金属氧化物涂层以覆盖金属表面。然后，例如使用化学蚀刻或激光蚀刻来去除部分的第一金属氧化物涂层，以暴露部分下面的金属表面。该暴露的金属表面随后被电化学处理，以在暴露的金属的位置处形成第二金属氧化物涂层。

当与其他氧化方法相比时，所公开的方法使用的相对高的电压导致在较少的时间中形成比较厚的金属氧化物涂层。这导致在制造环境（manufacturing settings）中的更高的壳体生产量。

此外，由于需要毒性和环境危害较小的电解液，并且通过为处理例如镁及其合金之类的挥发性金属提供更安全的方法，所公开的方法提供改善的环境、健康和安全因素。

图1和图2图示了制造壳体的方法的示例。

参照图1，提供了金属表面（110）。例如，所述金属表面可以形式为用于装置的壳体。所述壳体能够使用例如冲压或模制之类的常规方法来形成制成品的期望形状。在一个示例中，所述壳体由单层的金属形成，从而产生例如图5A中所示的产品，所述金属通常为轻金属，例如铝、镁、钛或其合金。在另一示例中，所述壳体可由两层或更多层的金属的组合形成，从而产生例如图5B和图5C中所示的那些产品的产品。

电化学处理金属表面（120），以形成第一金属氧化物涂层。根据电化学处理的条件和所处理的金属，所公开的方法能够被使用并且可以变化来形成在厚度上为1-300µm并且更优选地在厚度上为3-50µ的金属氧化物涂层。相比之下，通过其他技术形成的金属氧化物涂层通常在0.001-0.1µm的范围中。

参照图1，在电化学处理金属表面之后（120），例如通过化学蚀刻或激光蚀刻来去除部分的第一金属氧化物涂层（130），从而暴露下面的部分金属表面。下面的金属的这些暴露的部分经历另一电化学处理（140），由此形成第二氧化物涂层。该第二金属氧化物涂层可填充在第一金属氧化物的涂层的被去除的区域中，从而在金属表面上提供由两种不同的金属氧化物材料形成的连续的金属氧化物涂层。

如图1中所示，氧化物去除（蚀刻）（130）和电化学处理（140）可以重复多次，以在金属的表面上实现期望数量的金属氧化物涂层。

所述电化学处理包括将大于氧化物涂层的介质击穿电位的电压施加于电解液中的金属表面。

材料的介质击穿电位（dielectric breakdown potential）是通过电场施加的所述材料能够承受而不击穿（break down）的电压。当利用大于例如金属氧化物之类的材料的介质击穿电位的电位来处理所述材料时，击穿会导致通过金属的击穿放电（disruptivedischarge）。

材料的介质击穿电位根据若干因素变化，例如，材料的组分、厚度和温度。

合适的电化学过程的示例包括微弧氧化（也已知为等离子体电解氧化）。微弧氧化是用于在金属上产生氧化物涂层的电化学表面处理过程。

在微弧氧化的一个示例中，金属被沉浸在电解质（electrolyte）的溶池（bath）中，所述电解质通常为例如氢氧化钾之类的碱溶液。所述壳体被电连接为变成电化学电池中的电极中的一个，其中，通常由例如不锈钢之类的惰性材料形成的溶池的壁作为对电极（counter-electrode）。电位被施加在两个电极之间，所述电位可以是连续的或脉冲的，并且可以是直流或交流。

其他电化学处理包括阳极氧化。在阳极氧化中，使用降低的电压，使得在微弧氧化中观察到的击穿放电不会发生。作为结果，在阳极氧化中所使用的电解液通常是腐蚀性酸溶液，其作用于形成通过形成的氧化物涂层到金属表面的孔，从而允许氧化物涂层继续生长。在与微弧氧化过程的更安全且毒性更小的碱溶液相比，使用、搬运和处置化学品的需求增加的情况下，使用这些腐蚀性酸能够给制造过程增加复杂性。

当微弧氧化中所使用的电位大于形成的金属氧化物涂层的介质击穿电位时，击穿放电发生，并且所产生的高温、高压等离子体修改氧化物涂层的结构。这导致有孔的和具有处于基本上结晶形式的氧化物的氧化物涂层。

此外，以上述方式形成的氧化物涂层是转化涂层（conversion coating），其将现有的金属材料转化成氧化物涂层。相对于如使用其他方法发生的沉积在金属表面上的氧化物涂层，这种金属的转化提供了氧化物涂层到金属的良好的粘合性。

通过改变电化学处理的参数，能够改变氧化物涂层的属性，例如有孔性、硬度、颜色、传导性、耐磨性、韧性、耐腐蚀性、厚度和到金属表面的粘附性（adherence）等。这样的参数包括电解质（例如，温度和组分）、电位（例如，脉冲或连续、直流或交流、频率、持续时间和电压）以及处理时间。

在一个示例中，通过改变所施加的电压，能够改变所产生的二氧化钛涂层的颜色。在另一示例中，有机酸能够被添加到所述电解质，以允许形成更厚的氧化物涂层。

参照图2，在电化学处理之后，氧化的金属表面可经历烘干（baking）（125、145），例如，用于去除任何剩余的电解液。此外，在微弧氧化之前，可以预处理（115、135）金属表面和/或金属氧化物。

金属表面和/或金属氧化物涂层的预处理（115、135）能够被用于改变壳体的视觉、触觉和质构属性，或者在其他方面用于制备用于电化学过程的壳体。与壳体的视觉、触觉和质构属性相关的预处理过程的示例包括：染色、涂装、喷涂、溅射镀膜、电泳沉积、纳米涂层、化学气相沉积以及物理气相沉积。与制备用于电化学过程的壳体相关的预处理过程的示例包括：脱脂、去污、磨光（buffing）或抛光（polishing）。

图3A和图3B示出了根据图1或图2中所示的方法来处理的金属表面的示例。如图3B的示例中所示，蚀刻（130）和后继的电化学处理（140）允许两个氧化物涂层（150、160）在壳体的表面上形成明显的图案，在此示例中为字母“HP”。除字母和数字外，图1和图2的过程例如能够被用于产生图案和画面（picture）。通过重复蚀刻和电化学处理，能够形成若干不同的金属氧化物涂层，所述不同的金属氧化物涂层具有不同的功能、物理、视觉、触觉和文本（textual）属性。

图4A和图4B示出了已经历了附加的蚀刻和电化学处理来形成第三氧化物涂层（165）的图3A和图3B的已处理的金属表面，所述第三氧化物涂层在该示例中勾勒出（outlining）图3A中所示的“HP”字体（lettering）的轮廓。

图5A-5C示出了通过如图1或图2中所示的方法涂覆的金属表面的示例。涂覆的产品示出了若干层（未按比例绘制）：第一金属层（170）；处于金属表面上的第一和第二金属氧化物涂层（150、160）；以及在图5B和图5C中所示的示例中，第二金属组分（180）。

在5B和5C中所示的示例中，第二金属组分（180）的存在能够保护第一金属层（170）免于经历重复的电化学处理。例如，当第一金属（170）具有对壳体而言期望的属性（例如，强度、低重量），然而另一金属（例如，180）更适于电化学过程或提供了具有优选的属性（例如，颜色、传导性、硬度等）的氧化物涂层时，可以利用第二金属层的存在。

例如，镁及其合金容易被腐蚀，并且作为其与水反应的副产品形成可能发生爆炸的氢气。镁还与酸放热反应，从而使得其中腐蚀性酸被用作电解质的例如阳极氧化之类的过程对镁及其合金而言成为具有潜在危险的处理。然而，镁及其合金具有许多适于用在壳体中的物理属性，例如它们的强度和轻的重量。所公开的方法允许在壳体等中处理和利用镁及其合金的相对更安全的方法。

图6A和图6B提供了通过本文所述的方法涂覆的用于智能手机的壳体（190）的示例。参照图6B，所述壳体具有第一金属层（170）、处于金属表面上的第一金属氧化物涂层（150）以及描绘了字母“HP”的处于金属表面上的第二金属氧化物涂层（160）。

将理解的是，对上述示例可以作出许多变型和/或修改，而不脱离本公开的广泛的一般范围。因此，目前的示例应被认为在各方面都是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种处理金属表面的方法，所述方法包括：

在所述金属表面上形成具有第二金属组分的第二金属层，所述第二金属层包括第二金属表面；

利用微弧氧化处理所述第二金属表面，以在所述第二金属表面上形成第一金属氧化物涂层，

去除所述第一金属氧化物涂层的一部分，以形成暴露的金属表面，以及

利用微弧氧化处理所述暴露的金属表面，以在所述暴露的金属表面上形成第二金属氧化物涂层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属表面包括铝、镁、钛、它们的合金或其组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，去除部分的所述金属氧化物涂层包括蚀刻。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，蚀刻是化学蚀刻或激光蚀刻。

5.根据权利要求1所述的方法，包括去除部分的所述第一金属氧化物涂层和/或部分的所述第二金属氧化物涂层，以形成另一暴露的金属表面，并且利用微弧氧化处理所述另一暴露的金属表面，以在所述另一暴露的金属表面上形成第三金属氧化物涂层。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括烘干具有所述第一金属氧化物涂层的所述金属表面。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在利用微弧氧化处理之前预处理所述第二金属表面和/或所述第一金属氧化物涂层。

8.一种制造用于装置的壳体的方法，所述壳体具有金属表面，所述方法包括：

电化学处理所述第二金属表面，以形成具有介质击穿电位的第一金属氧化物涂层，电化学处理包括将第一电压施加于第一电解液中的所述第二金属表面，其中，所施加的电压大于所述第一金属氧化物涂层的介质击穿电位，

电化学处理暴露的金属，以形成具有介质击穿电位的第二金属氧化物涂层，电化学处理包括将所述第一电压或第二电压施加于所述第一电解液或第二电解液中的所述暴露的金属表面，其中，所施加的电压大于所述第二金属氧化物涂层的介质击穿电位。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电解液包括稀碱溶液。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电解液还包括有机酸。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一电压和/或所述第二电压为脉冲直流电。

12.一种用于便携装置的壳体，包括：

金属表面，

在所述金属表面上形成的具有第二金属组分的第二金属层，所述第二金属层包括第二金属表面；

通过所述第二金属表面的微弧氧化形成的所述第二金属表面的第一金属氧化物涂层，以及

通过所述第二金属表面的微弧氧化形成的第二金属氧化物涂层。

13.根据权利要求12所述的壳体，其特征在于，所述第一金属氧化物涂层和所述第二金属氧化物涂层形成所述第二金属表面的连续涂层。

14.根据权利要求12所述的壳体，其特征在于，所述第一金属氧化物涂层和所述第二金属氧化物涂层具有不同的功能、物理、视觉、触觉和/或文本属性。