CN110016633A - 电子设备的壳体及其制作方法、电子设备 - Google Patents

电子设备的壳体及其制作方法、电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提出了电子设备的壳体及其制作方法、电子设备。该电子设备的壳体包括：金属层；中间层，设置在金属层的一个表面上，且中间层由金属合金形成；陶瓷层，设置在中间层远离金属层的表面上。本发明所提出的电子设备的壳体，其金属层与陶瓷层之间增设金属合金的中间层，可有效地增加金属层与陶瓷层之间的结合力，从而使该金属层具有陶瓷的外观、质感、高硬度和耐磨性的同时，还可使该电子设备的壳体具有更高的抗摔性能。

Description

电子设备的壳体及其制作方法、电子设备
技术领域
本发明涉及电子设备的壳体制作技术领域，具体的，本发明涉及电子设备的壳体及其制作方法、电子设备。
背景技术
现有金属的手机中框或者外壳，常采用变形铝合金、压铸铝合金、不锈钢等材料，只是这些金属的手机壳存在耐磨性差的问题。而陶瓷具备玉石般的光泽和润滑的手感，高耐磨与高硬度的特性，使其制作成的陶瓷手机中框或者外壳不易被划伤，但陶瓷也存在无法做复杂3D结构的缺点。
发明内容
本发明实施例的一个目的在于提出一种电子设备的壳体、通过在金属层上依次形成合金中间层和陶瓷层而制作出壳体的方法以及应用该壳体的电子设备，以至少解决现有技术中存在的上述问题之一，实现金属层的陶瓷质感、高硬度、高耐磨性且更好的抗摔性能。
在本发明实施例的第一方面，提出了一种电子设备的壳体。
根据本发明的实施例，所述电子设备的壳体包括：金属层；中间层，所述中间层设置在所述金属层的一个表面上，且所述中间层由金属合金形成；陶瓷层，所述陶瓷层设置在所述中间层远离所述金属层的表面上。
本发明实施例的电子设备的壳体，其金属层与陶瓷层之间增设金属合金的中间层，可有效地增加金属层与陶瓷层之间的结合力，从而使该金属层具有陶瓷的外观、质感、高硬度和耐磨性的同时，还可使该电子设备的壳体具有更高的抗摔性能。
在本发明的第二方面，提出了一种制作电子设备的壳体的方法。
根据本发明的实施例，所述方法包括：在金属层的一个表面上形成中间层，所述中间层由金属合金形成；在所述中间层远离所述金属层的表面上热喷涂形成陶瓷层。
采用本发明实施例的制作方法，可在金属层表面热喷涂形成陶瓷层之前，预先形成一层中间层，如此，金属合金的中间层可增强陶瓷层与金属层之间的结合力，从而使制作出的电子设备的壳体的抗摔性能更高，并且，该制作方法操作简便、成本更低。
在本发明的第三方面，提出了一种电子设备。
根据本发明的实施例，所述电子设备包括：壳体，所述壳体包括层叠设置的金属层、中间层和陶瓷层，其中，所述中间层由金属合金形成；显示装置，所述显示装置与所述壳体相连。
本发明实施例的电子设备，其壳体具有陶瓷质感、高强度、高耐磨性、高抗摔性能且成本更低，从而使该电子设备的性价比更高，进而使该电子设备的市场竞争力更高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的电子设备的壳体的纵截面结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的电子设备的壳体的纵截面结构示意图；
图3是本发明一个实施例的制作电子设备的壳体的方法流程示意图；
图4是本发明一个实施例的制作方法中喷涂角度的示意图；
图5是本发明另一个实施例的壳体的方法流程示意图；
图6是本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。
附图标记
100 金属层
200 中间层
300 陶瓷层
400 防指纹层
10 壳体
20 显示装置
1 电子设备
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本发明实施例的一个方面，提出了一种电子设备的壳体。
根据本发明的实施例，参考图1，电子设备的壳体包括金属层100、中间层200和陶瓷层300；其中，中间层200设置在金属层100的一个表面上，且中间层200是由金属合金形成的；而陶瓷层300设置在中间层200远离金属层100的表面上。本发明的发明人经过长期研究发现，可采用热喷涂工艺的方式在金属表面形成陶瓷涂层，从而综合金属的易加工性和陶瓷的高硬、耐磨外观，不过，发明人还发现陶瓷层与金属之间的结合是机械结合，这种结合力依旧会存在风险，例如壳体跌落后陶瓷涂层存在崩落的情况。所以，发明人在金属层100与陶瓷层300之间增设中间层200，可有效地增加金属层与陶瓷层之间的结合力，实现陶瓷层的良好可靠性，从而使该电子设备的壳体具有更高的抗摔性能。
在本发明的一些实施例中，形成金属层100的材料包括铝合金、不锈钢、钛合金和镁合金中的至少一种，如此，采用上述硬度比陶瓷低但加工性能更好的金属材料，可通过数控机床(CNC)加工出壳体外观面的复杂三维(3D)弧面形状。
在本发明的一些实施例中，形成陶瓷层300的材料包括氧化钛(TiO2)、碳化钨(WC)、碳化钨-钴(WC-Co)、碳化钨-钴-铬(WC-Co-Cr)、氧化铝(Al2O3)、镍钨合金(NiW)、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)和氧化钇(Y2O3)中的至少一种。如此，采用上述硬度高的陶瓷材料，可使壳体的外观面的硬度更高、耐磨性能更好。
在本发明的一些实施例中，金属合金可包括铝镍合金(NiAl)和钴镍合金(NiCo)中的至少一种，如此，铝镍合金或钴镍合金的中间层200具有自粘接效应，在电弧喷涂过程中例如镍和铝在高温下会反应放热，从而使得金属合金与金属基体之间产生一定的冶金反应，这种冶金结合力可有效地改善陶瓷层300与金属层100之间的物理相容性，进而增强金属层100与陶瓷层300之间的结合力。在一些具体示例中，镍合金中铝的含量为4～15w/w％、镍的含量为85～96w/w％，具体例如Ni-15w/w％Al等，如此，上述材料的中间层200对于铝合金的金属层100的冶金结合力更强，且铝含量高的镍铝合金在高温下的脱氧作用，还可提高陶瓷层300的致密性。
在本发明的一些实施例中，中间层200的厚度可以为5～55微米，如此，采用上述厚度的金属合金的中间层200，可显著地增强金属层100与陶瓷层300之间的结合力；并且，如果中间层200的厚度薄于5微米，中间层200无法完全覆盖而起不到提升后续陶瓷层结合力的作用；如果中间层200的厚度厚于55微米，就会降低生产效率，且还容易堆积应力反而会容易导致崩裂。
在本发明的一些实施例中，陶瓷层300的厚度可以为20～150微米，如此，采用上述厚度的陶瓷层300，可使壳体具有更高的硬度和更好的耐磨性；并且，如果陶瓷层300的厚度薄于20微米，抛光打磨后容易露出金属层100；如果陶瓷层300的厚度厚于150微米，就会造成生产效率下降，同时，陶瓷层300易产生较大应力，从而会导致掉膜或开裂风险的出现。
根据本发明的实施例，参考图2，壳体可进一步包括防指纹层400，防指纹层400设置在陶瓷层300远离中间层200的一侧，形成防指纹层400的材料可包括全氟聚醚酯，且防指纹层400的厚度可以为5～20纳米。如此，增设上述厚度的防指纹层400，可使壳体与水的接触角大于105°，从而使壳体具有优异的耐指纹性能，进而使该壳体的外观效果更出众。
综上所述，根据本发明的实施例，提出了一种电子设备的壳体，其金属层与陶瓷层之间增设金属合金的中间层，可有效地增加金属层与陶瓷层之间的结合力，从而使该金属层具有陶瓷的外观、质感、高硬度和耐磨性的同时，还可使该电子设备的壳体具有更高的抗摔性能。
在本发明实施例的另一个方面，提出了一种制作电子设备的壳体的方法。根据本发明的实施例，参考图3，该制作方法包括：
S100：在金属层的一个表面上形成中间层。
在该步骤中，在金属层的一个表面上形成中间层，中间层由金属合金形成，具体的，金属合金可包括铝镍合金(NiAl)和钴镍合金(NiCo)中的至少一种。根据本发明的实施例，形成中间层的方法可包括电弧喷涂，如此，电弧喷涂的高温作用可使镍和铝等金属反应放热，从而使得金属合金与金属基体之间产生一定的冶金反应，这种冶金结合力可有效地改善陶瓷与金属之间的物理相容性，且铝在高温下会发生脱氧作用而能提高陶瓷的致密性。
在本发明一些实施例中，电弧喷涂的电压可以为40～120V，电流可以为100～200A，喷涂所用气体可选用压缩空气、氮气、氩气和氦气中的至少一种，喷涂时保证气压在6～15bar之间，喷涂的距离可以为15～40cm，喷涂的角度可以为60°～90°。如此，如果电弧喷涂的气压低于6bar易导致设备无法起弧启动，而高于15bar易导致冲击力大则工件可能变形；如果喷涂的距离近于15cm不方便加工，而远于40cm则沉积速度变低，增加金属在空气中氧化增加不稳定性；如果喷涂的角度小于60°，喷涂出的厚度不易控制，膜层孔隙率将会变大(孔隙率大于10％)，从而会影响到膜层的质量。需要说明的是，参考图4，代表工件被喷涂的平面与喷涂的直线形成的夹角是60°～90°，并非代表工件一定是要求直立，例如喷枪是倾斜45°的，则工件可以是侧躺135°，故工件平躺也是可以的。
在本发明的一些实施例中，参考图5，在步骤S100之前，该制作方法还可包括：S300在金属层的一个表面上进行喷砂处理。如此，粗化金属表面的同时，也去除金属表面的杂质和氧化物，露出新鲜的金属底材。在一些具体示例中，喷砂处理的砂材包括刚玉、碳化硅、金刚砂和锆砂中的至少一种，砂粒的尺寸为40～200目，喷洒压力为4～12bar，如此，可使金属合金的中间层200与金属层100之间的结合力更强。
S200：在中间层远离金属层的表面上热喷涂形成陶瓷层。
在该步骤中，在中间层远离金属层的表面上热喷涂形成陶瓷层，具体的，热喷涂方式可采用超音速火焰喷涂、等离子电弧喷涂、电弧超音速喷涂、大气等离子喷涂或火焰喷涂。如此，采用上述热喷涂方式，可制作出高硬度、耐磨的陶瓷外观的壳体。
根据本发明的实施例，热喷涂的陶瓷粉末可以是氧化钛(TiO2)、碳化钨(WC)、碳化钨-钴(WC-Co)、碳化钨-钴-铬(WC-Co-Cr)、氧化铝(Al2O3)、镍钨合金(NiW)、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)和氧化钇(Y2O3)中的一种粉末或几种的组合，例如将几种粉末混合到一起进行喷涂，或者先喷第一种粉、再喷第二种粉，如此，形成双层或多层的陶瓷叠加涂层，可以降低涂层内应力。
在本发明一些实施例中，热喷涂的粉末还可包括Fe2O3、Cr2O3、ZrO2、Co3O4、CoO、MnO2、CuO、Er2O3、CeO2-Pr、VO2.5粉末作为着色剂，具体的，着色剂粉末的粒径可以为0.1～10微米，着色剂的比例根据颜色深浅浓郁需求控制在0.5～12w/w％之间，如此，热喷涂出的陶瓷层可具有良好的其他颜色效果。
在本发明一些实施例中，热喷涂的陶瓷粉末的粒径可以为10～60微米，如此，不采用纳米级的陶瓷颗粒进行热喷涂，可有效地避免陶瓷粉末太细导致的堵枪降低生产效率的问题。在本发明一些实施例中，热喷涂的喷涂距离可以为20～50cm，喷涂角度可以为60°～90°。如此，可形成更致密、硬度更高的陶瓷层；如果喷涂的距离远于50cm，陶瓷熔体的温度下降而使沉积速度降低，如果喷涂的距离近于20cm，则不方便施工操作。此外，热喷涂形成的陶瓷层的孔隙率要小于11％，并且，喷涂可通过多次往复喷涂或者工件旋转的方式，提高整体膜厚的均匀性，防止在一个位置沉积速度太快导致涂层内应力过大，减少开裂风险。
在本发明的一些实施例中，在步骤S200之后，可对金属层100的内表面进行数控机床(CNC)加工出其他的内部结构，如此，便于后续的组装等工作。
在本发明的一些实施例中，参考图5，在步骤S200之后，该制作方法还可包括：S400对陶瓷层进行抛光打磨处理，以获得壳体。如此，经过打磨的陶瓷层表面可呈现镜面或雾面的外观效果，且镜面外观效果的陶瓷层的表面粗糙度Ra最小可达到0.02～0.08微米，并且，打磨后的陶瓷层的表面硬度不小于400HV，从而可使制作出的壳体具有高强度。
在本发明的一些实施例中，在在步骤S400之后，还可进一步在陶瓷层远离金属层的一侧蒸镀一层全氟聚醚类的防指纹层，且涂层的厚度为5～20纳米，如此，可使壳体外观面与水的接触角大于105°，从而使该壳体具有优异的耐指纹性能。
综上所述，根据本发明的实施例，提出了一种制作方法，可在金属层表面热喷涂形成陶瓷层之前，预先形成一层中间层，如此，金属合金的中间层可增强陶瓷层与金属层之间的结合力，从而使制作出的电子设备的壳体的抗摔性能更高，并且，该制作方法操作简便、成本更低。
在本发明实施例的另一个方面，提出了一种电子设备。
根据本发明的实施例，参考图6，电子设备1包括壳体10和显示装置20；其中，壳体10包括层叠设置的金属层、中间层和陶瓷层，其中，中间层由金属合金形成；而显示装置20与壳体10相连。
根据本发明的实施例，该电子设备的具体类型不受特别的限制，具体例如手机、平板电脑、智能手表等，本领域技术人员可根据该电子设备的具体用途进行相应地选择，在此不再赘述。需要说明的是，该电子设备除了包括上述的壳体以外，还包括其他必要的部件和结构，以手机为例，具体例如显示装置、处理器、存储器、电池、电路板、摄像头，等等，本领域技术人员可根据该电子设备的具体种类进行相应地设计和补充，在此不再赘述。
综上所述，根据本发明的实施例，提出了一种电子设备，其壳体具有陶瓷质感、高强度、高耐磨性、高抗摔性能且成本更低，从而使该电子设备的性价比更高，进而使该电子设备的市场竞争力更高。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
对比例1
在该对比例中，在金属层的表面直接热喷涂陶瓷层。其中，金属层选择Al(型号6061)材料，直接通过等离子喷涂在铝基材的表面形成Al2O3的陶瓷层。
对该对比例的陶瓷层与金属层之间的结合力进行测试。具体，本申请中涂层结合力测试方法采用GB/T8642-2002，慢拉伸试验机的测试速度为1mm/min。测试结果显示，该对比例的Al2O3陶瓷层与铝基材之间的结合力为8～11MPa。
实施例1
在该实施例中，先在金属层的表面进行金属合金的打底，再通过热喷涂形成陶瓷层。其中，金属层选择Al(型号6061)材料，在铝基材的表面先电弧喷涂形成Ni-5w/w％Al的中间层，然后再通过等离子喷涂在铝基材的表面形成Al2O3的陶瓷层。
该实施例的Al2O3陶瓷层与铝基材之间增设的Ni-5w/w％Al中间层，其结合力测试结果为18～23MPa。与对比例1相比，中间层可增加1倍的层间结合力。
对比例2
在该对比例中，在金属层的表面直接热喷涂陶瓷层。其中，金属层选择Al(型号6061)材料，直接通过等离子喷涂在铝基材的表面形成Al2O3-TiO2的陶瓷层。
该对比例的Al2O3-TiO2陶瓷层与铝基材之间的结合力为13～17MPa。
实施例2
在该实施例中，先在金属层的表面进行金属合金的打底，再通过热喷涂形成陶瓷层。其中，金属层选择Al(型号6061)材料，在铝基材的表面先电弧喷涂形成Ni-15w/w％Al的中间层，然后再通过等离子喷涂在铝基材的表面形成Al2O3-TiO2的陶瓷层。
该实施例的Al2O3-TiO2陶瓷层与铝基材之间增设的Ni-15w/w％Al中间层，其结合力测试结果为19～23MPa。与对比例2相比，中间层可增加约1倍的层间结合力。
对比例3
在该对比例中，在金属层的表面直接热喷涂陶瓷层。其中，金属层选择不锈钢(型号SUS304)材料，直接通过超音速火焰喷涂在不锈钢基材的表面形成WC-10Co-4Cr的陶瓷层。
该对比例的WC-10Co-4Cr陶瓷层与不锈钢基材之间的结合力为45～55MPa。
实施例3
在该实施例中，先在金属层的表面进行金属合金的打底，再通过热喷涂形成陶瓷层。其中，金属层选择不锈钢(型号SUS304)材料，在不锈钢基材的表面先形成Ni-10w/w％Co的中间层，然后再通过超音速火焰喷涂在不锈钢基材的表面形成WC-10Co-4Cr的陶瓷层。
该实施例的WC-10Co-4Cr陶瓷层与不锈钢基材之间增设的中间层，其结合力测试结果为65～75MPa。与对比例3相比，中间层可增加约50％的层间结合力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种电子设备的壳体，其特征在于，包括：
金属层；
中间层，所述中间层设置在所述金属层的一个表面上，且所述中间层由金属合金形成；
陶瓷层，所述陶瓷层设置在所述中间层远离所述金属层的表面上。
2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述金属合金包括铝镍合金和钴镍合金中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的壳体，其特征在于，所述铝镍合金中铝的含量为4～15w/w％、镍的含量为85～96w/w％。
4.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述中间层的厚度为5～55微米。
5.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，形成所述金属层的材料包括铝合金、不锈钢、钛合金和镁合金中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，形成所述陶瓷层的材料包括氧化钛、碳化钨、碳化钨-钴、碳化钨-钴-铬、氧化铝、镍钨合金、碳化硅、氧化硅、氧化锆和氧化钇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷层的厚度为20～150微米。
8.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，进一步包括：
防指纹层，所述防指纹层设置在所述陶瓷层远离所述中间层的一侧，且所述防指纹层的厚度为5～20纳米。
9.一种制作电子设备的壳体的方法，其特征在于，包括：
在金属层的一个表面上形成中间层，所述中间层由金属合金形成；
在所述中间层远离所述金属层的表面上热喷涂形成陶瓷层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述中间层的方法包括电弧喷涂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电弧喷涂的喷涂距离为15～40cm，喷涂角度为60°～90°。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热喷涂的步骤包括先喷涂第一陶瓷粉末再喷涂第二陶瓷粉末，且所述第一陶瓷粉的材料与所述第二陶瓷粉末的材料不同。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热喷涂的陶瓷粉末的粒径为10～60微米。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述热喷涂的粉末还包括着色剂，所述着色剂的含量为0.5～12w/w％。
15.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体包括层叠设置的金属层、中间层和陶瓷层，其中，所述中间层由金属合金形成；
显示装置，所述显示装置与所述壳体相连。
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