CN110573580A - 金属合金基材的聚合物涂层 - Google Patents

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Abstract

本主题涉及金属合金基材的聚合物涂层。该金属合金基材具有在其上的电解沉积的纳米‑离子聚合物层。该纳米‑离子聚合物层是聚丙烯酸类材料或环氧树脂。

Description

金属合金基材的聚合物涂层
发明背景
金属合金基材用于制造设备的各种组件。该组件可以包括设备如手机、平板电脑、笔记本电脑、手写笔、键盘等等的主体部件。该金属合金基材可以由镁、铝、铜、钛、或类似的轻质金属的组合制成。
附图概述
下面的详述参照附图，其中：
图1图解了根据本主题的一个实例的聚合物涂覆的金属合金基材的截面图；
图2图解了根据本主题的一个实例在超声振动的存在下在金属合金基材上电解涂覆纳米-离子聚合物层的装置；
图3图解了根据本主题的一个实例的具有聚氨酯涂料层的聚合物涂覆的金属合金基材的截面图；
图4图解了根据本主题的一个实例的具有紫外涂料层的聚合物涂覆的金属合金基材的截面图；
图5图解了根据本主题的一个实例具有聚氨酯涂料层和紫外涂料层的聚合物涂覆的金属合金基材的截面图；
图6图解了根据本主题的一个实例在金属合金基材上涂覆聚合物层的方法；和
图7图解了根据本主题的一个实例制造聚合物涂覆的金属合金基材的方法。
发明详述
镁、铝、铜、钛或其组合制成的金属合金基材是坚固且轻质的。此类金属合金基材通常用于制造便携式或手持式设备如手机、平板电脑、笔记本电脑、手写笔、键盘等等的主体部件、外壳、围护结构。
裸露的金属合金基材容易腐蚀，这会影响由金属合金基材制成的组件的耐久性。为了提高由金属合金基材制成的组件的耐久性，通常通过在金属合金基材上涂覆多个聚合物层使得金属合金基材无腐蚀。各聚合物层可以喷涂。在涂覆一个层后，可以将金属合金基材包装并带至用于表面加工(例如打腻子和抛光)金属合金基材的加工机器。在表面加工后，可以重新包装金属合金基材并送回至涂覆机器以便涂覆另一聚合物层。此外，在涂覆聚合物层之前，可能必须清洁金属合金基材以避免由悬浮粒子沉积物或由于处理过程中的接触造成的污染，由此避免聚合物层涂覆中的不均匀性。涂覆多个聚合物层以使金属合金基材无腐蚀的程序是繁琐且费力的，这显著增加了制造无腐蚀金属合金基材和由金属合金基材制成的组件的生产时间和成本。
本主题描述了聚合物涂覆金属合金基材的方法。本主题的方法涉及在超声振动的存在下在金属合金基材上电解涂覆纳米-离子聚合物(nano-ion polymer，NIP)层。NIP层可以是聚丙烯酸类材料或环氧树脂。根据本主题的实例的聚合物涂覆金属合金基材的方法是容易且快速的，并在聚合物涂覆程序过程中涉及较少量的金属合金基材的处理。由此，采用本主题的方法，减少了制造无腐蚀金属合金基材和金属合金基材的组件的生产时间和成本。
在本主题的一个示例性实施方式中，将金属合金基材浸没在电解溶液中。该电解溶液包含例如聚丙烯酸类材料或环氧树脂的阴离子聚合物。为了在金属合金基材上涂覆聚合物层，对金属合金基材提供预定电压，这使得电解溶液电解。该预定电压可以为10V至120V。由于电解，电解溶液中阴离子聚合物的纳米粒子被释放并沉积在金属合金基材上，从而在金属合金基材上形成阴离子聚合物的NIP层。NIP层是在金属合金基材上的致密和均匀的保护层，其使得金属合金基材无腐蚀。
根据本主题的涂覆金属合金基材的聚合物层的方法是简单且容易的。采用本主题的方法，不必为了获得无腐蚀金属合金基材而在涂覆机器与加工机器之间来回移动金属合金基材。其结果是，聚合物涂覆程序过程中的污染机会和金属合金基材的处理量大大减少。金属合金基材处理量的减少降低了生产时间和成本。
此外，在本主题的一个示例性实施方式中，可以在电解过程中对电解溶液和浸没在该电解溶液中的金属合金基材施以超声振动。超声振动促进了纳米-离子聚合物与金属合金基材的牢固结合。此外，纳米-离子聚合物可以填充金属合金基材表面上可能存在的微孔。由此，与金属合金基材上喷涂的聚合物层相比，金属合金基材上的聚合物层可具有更好的表面均匀性。
下面的详述参照附图。在可能的任何情况下，在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。虽然在说明书中描述了多个实例，修改、调整和其它实施方式是可能的。因此，下面的详述不限制公开的实例。而是，公开的实例的适当范围可以由所附权利要求来限定。
图1图解了根据本主题的一个实例的聚合物涂覆的金属合金基材100的截面图。聚合物涂覆的金属合金基材100包括金属合金基材102。金属合金基材102可以由镁、铝、锌、钛、锂、铌、钢、铜及其组合中的一种制成。
如图1中所示，聚合物涂覆的金属合金基材100还包括在金属合金基材102上的NIP层104。NIP层104是阴离子聚合物，如聚丙烯酸类材料或环氧树脂。NIP层104可以如图1中的截面图所描绘那样完全包围金属合金基材102。NIP层104可以具有5微米至25微米的厚度。
在一个示例性实施方式中，NIP层104通过具有阴离子聚合物的电解溶液的电解涂覆或沉积在金属合金基材102上。将金属合金基材102浸没在电解溶液中，并向金属合金基材提供10V至120V的预定电压以便涂覆NIP层104。在一个示例性实施方式中，可以在超声振动的存在下涂覆NIP层104。为此，在向金属合金基材提供预定电压的同时，对电解溶液和浸没在电解溶液中的金属合金基材102施以超声振动。可以以大约20Hz至大约20,000Hz的频率提供超声振动。参照图2详细描述了在金属合金基材102上涂覆NIP层104的一个示例性程序。
在一个示例性实施方式中，组件，如便携式或手持式设备的主体部件、外壳和围护结构可以由聚合物涂覆的金属合金基材100制成。为此，在涂覆NIP层104之前，可以以该组件的形状对金属合金基材102进行锻造、压铸、计算机数字控制(CNC)机加工或模制。
此外，在一个示例性实施方式中，在涂覆NIP层104之前，可以将金属合金基材102清洁、洗涤、抛光、脱脂和/或活化。可以使用碱性试剂，例如氢氧化钠来化学清洁金属合金基材。可以在缓冲溶液中洗涤金属合金基材。金属合金基材的清洁和洗涤可以有助于除去该金属合金基材表面上存在的异物粒子(如果有的话)。此外，可以使用磨料将金属合金基材化学抛光以去除可能存在于该金属合金基材表面上的不平整度。金属合金基材还可以通过超声脱脂来脱脂，以便从该金属合金基材的表面上除去杂质如脂肪、油脂或油。此外，还可以通过酸处理来活化金属合金基材，以便去除该金属合金基材表面上存在的天然氧化物层(如果有的话)。
图2图解了根据本主题的一个实例在超声振动的存在下在金属合金基材102上电解涂覆NIP层104的装置200。如所示那样，装置200具有超声清洗器202，其可以在20Hz至20,000Hz的超声频率下运行。超声清洗器202具有可以容纳液体的容器，可以将基材浸没在该液体中以便提供超声振动。
为了在金属合金基材102上涂覆NIP层104，将包含阴离子聚合物的电解溶液204倾入超声清洗器202的容器中。该阴离子聚合物可以是聚丙烯酸类材料或环氧树脂中的一种。该阴离子聚合物可以具有大约8重量％至大约12重量％的浓度。含有该阴离子聚合物的电解溶液204可以具有8至9的pH值。此外，电解溶液204可以处于25摄氏度(℃)至40℃的温度下。
在一个示例性实施方式中，电解溶液204还可以包含陶瓷、二氧化钛、二氧化硅、粘土、珍珠、硫酸钡、滑石、炭黑、云母、碳酸钙、金属粉末、碳纳米管、石墨烯、石墨、染料、荧光颜料、彩色颜料、有机粉末和/或无机粉末的纳米尺寸粒子。该纳米尺寸粒子可以具有0.1重量％至3.5重量％的浓度。可以将此类纳米尺寸粒子添加到电解溶液204中以便向金属合金基材上的NIP层提供不同的颜色和表面光洁度。
在将电解溶液204倾入超声清洗器202的容器中后，将金属合金基材102作为阳极端子浸没在电解溶液204中。同样，将元件(如石墨块206)作为阴极端子浸没在电解溶液204中。为此，将金属合金基材102和石墨块206分别与电压源208的正极端子210和负极端子212电连接，并浸没在电解溶液204中。电压源208可以是恒定电压源或可变电压源，其可以提供10V至120V的预定电压。
在一个示例性实施方式中，金属合金基材102可以成型为要由聚合物涂覆的金属合金基材制成的组件的形状。同样，在金属合金基材102上涂覆NIP层之前可以以如上所述的方式清洁、洗涤、抛光、脱脂和/或活化金属合金基材。
在将金属合金基材102和石墨块206浸没在电解溶液中之后，可以将电压源208开启以提供穿过金属合金基材102与石墨块206的预定电压。该预定电压使电解溶液204电解，这导致存在于电解溶液204中的带负电荷的阴离子聚合物的纳米粒子214朝向阳极端子，即金属合金基材102移动。其结果是，带负电荷的阴离子聚合物的纳米粒子214在金属合金基材102上形成NIP层。
此外，在一个示例性实施方式中，将电压源208开启的同时，可以将超声清洗器202开启，以便在电解溶液204的电解过程中向电解溶液204和金属合金基材102提供超声振动。超声清洗器202可以在20Hz至20,000Hz的预定超声频率下运行。
在一个示例性实施方式中，可以提供用于电解溶液204的电解的预定电压20秒至3分钟的持续时间。在该持续时间后，将电压源208和超声清洗器202关闭，并从电解溶液204中取出涂覆有NIP层的金属合金基材102。此后，将涂覆有NIP层的金属合金基材在120℃至190℃的温度下加热20分钟至40分钟的持续时间。这样加热金属合金基材固化了NIP层。在一个示例性实施方式中，涂覆在金属合金基材102上的NIP层可以具有5微米至25微米的厚度。
可以注意到的是，来自电压源208的预定电压、来自超声清洗器202的预定超声频率以及开启电压源208的持续时间可以根据金属合金基材102的类型和电解溶液204中阴离子聚合物的类型而改变。
在一个示例性实施方式中，可以在聚合物涂覆的金属合金基材100上涂覆一个或超过一个涂料层。该涂料层可以是功能层，如金属涂层、UV涂层、抗指纹涂层、柔软触感涂层、抗菌涂层、防污涂层、丝质涂层等等。
图3图解了根据本主题的一个实例的具有聚氨酯涂料层302的聚合物涂覆的金属合金基材100的截面图。聚氨酯涂料层302可以是包含分散在聚氨酯、聚丙烯酸类和聚酯分散体中的纳米尺寸聚氨酯粒子的材料。聚氨酯涂料层302可以具有10微米至25微米的厚度。
在一个示例性实施方式中，可以在聚合物涂覆的金属合金基材100的NIP层上喷涂聚氨酯涂料层302。在喷涂聚氨酯涂料层302后，将聚合物涂覆的金属合金基材100在60℃至150℃的温度下加热15分钟至40分钟的持续时间。这样加热金属合金基材固化了聚氨酯涂料层302。
图4图解了根据本主题的一个实例的具有紫外涂料层402的聚合物涂覆的金属合金基材100的截面图。紫外涂料层402可以是水基紫外涂料，包括聚氨酯丙烯酸酯树脂、氟化聚氨酯-丙烯酸树脂、甲基丙烯酸-2-羟乙基酯树脂、异氰酸酯和脂族聚氨酯丙烯酸类树脂。紫外涂料层402可以具有10微米至25微米的厚度。
在一个示例性实施方式中，可以在聚合物涂覆的金属合金基材100的NIP层上喷涂紫外涂料层402。在喷涂紫外涂料层402后，将聚合物涂覆的金属合金基材100在50℃至60℃的温度下加热10分钟至15分钟的持续时间。这样加热金属合金基材固化了紫外涂料层402。在加热后，使紫外涂料层402暴露于能量剂量为700mJ/cm2至1,200mJ/cm2的紫外辐射15秒至60秒的持续时间。
图5图解了根据本主题的一个实例的具有聚氨酯涂料层502和紫外涂料层504的聚合物涂覆的金属合金基材100的截面图。如图5中所示，聚氨酯涂料层502在NIP层104上，并且紫外涂料层504在聚氨酯涂料层502上。聚氨酯涂料层502和紫外涂料层504可以以类似于参照图3和图4在上文中描述的方式涂覆。
可以注意到的是，在图3至图5中，聚氨酯涂料层和紫外涂料层显示在聚合物涂覆的金属合金基材100的一面/表面上。在一个示例性实施方式中，聚氨酯涂料层和紫外涂料层可以涂覆在聚合物涂覆的金属合金基材100的多个表面上。当基材100用作设备的组件时，可能暴露于环境的聚合物涂覆的金属合金基材100的表面涂覆有聚氨酯涂料层和/或紫外涂料层。
图6图解了根据本主题的一个实例在金属合金基材上涂覆聚合物层的方法600。该聚合物层可以是涂覆在金属合金基材102上的NIP层104以获得如上所述的聚合物涂覆的金属合金基材100。该金属合金基材可以由镁、铝、锌、钛、锂、铌、钢、铜和/或其组合中的一种制成。该金属合金基材可以成型为组件(如设备的主体部件)的形状。如前所述，在金属合金基材上涂覆NIP层之前，可以将金属合金基材清洁、洗涤、抛光、脱脂和/或活化。
在方法600的方框602处，将金属合金基材浸没在包含阴离子聚合物的电解溶液中。该阴离子聚合物可以是聚丙烯酸类材料和环氧树脂中的一种。阴离子聚合物在电解溶液中的浓度、电解溶液的pH值和电解溶液的温度可以具有如前所述的值。可以将金属合金基材作为阳极端子浸没在电解溶液中。此外，可以将石墨块作为阴极端子浸没在电解溶液中。
在方框604处，向浸没在电解溶液中的金属合金基材提供预定电压，以便在金属合金基材上沉积阴离子聚合物的NIP层。预定电压可以为10V至120V。在一个示例性实施方式中，涂覆在金属合金基材102上的NIP层可以具有5微米至25微米的厚度。
在一个示例性实施方式中，电解溶液可以容纳在超声清洗器的容器中，并且在向金属合金基材提供预定电压的同时，在预定超声频率下处理电解溶液和浸没在电解溶液中的金属合金基材。预定超声频率可以为10Hz至10000Hz。
可以向金属合金基材提供预定电压20秒至3分钟的持续时间，随后从电解溶液中取出涂覆有NIP层的金属合金基材。随后将涂覆有NIP层的金属合金基材在120℃至190℃的温度下加热20分钟至40分钟的持续时间。
图7图解了根据本主题的一个实例制造聚合物涂覆的金属合金基材的方法700。方法700可用于制造如上所述的聚合物涂覆的金属合金基材100。该金属合金基材可以由镁、铝、锌、钛、锂、铌、钢、铜及其组合中的一种制成。该金属合金基材可以成型为组件(如设备的主体部件)的形状。如前所述，在金属合金基材上涂覆NIP层之前，可以将金属合金基材清洁、洗涤、抛光、脱脂和/或活化。
在方法700的方框702处，将金属合金基材作为阳极浸没在电解溶液中。该电解溶液包含浓度为8重量％至12重量％的聚丙烯酸类材料和环氧树脂中的一种。该电解溶液可以具有8至9的pH值。此外，可以将石墨块作为阴极浸没在电解溶液中。
在方框704处，在预定超声频率下处理电解溶液和金属合金基材。该预定超声频率可以在如上所述的范围内。在方框706处，在预定超声频率下进行处理的同时，向金属合金基材提供预定电压，以便在金属合金基材上沉积NIP层。该预定电压可以在如前所述的范围内。
可以提供预定电压20秒至3分钟的持续时间。此后，从电解溶液中取出涂覆有NIP层的金属合金基材，并在120℃至190℃的温度下加热20分钟至40分钟的持续时间。
在一个示例性实施方式中，在加热涂覆有NIP层的金属合金基材后，可以在NIP层上喷涂聚氨酯涂料层。随后可以将涂覆有NIP层和聚氨酯涂料层的金属合金基材在60℃至150℃的温度下加热15分钟至40分钟的持续时间。
在一个示例性实施方式中，在加热涂覆有NIP层的金属合金基材后，可以在NIP层上喷涂紫外涂料层。随后可以将涂覆有NIP层和紫外涂料层的金属合金基材在50℃至60℃的温度下加热10分钟至15分钟的持续时间。在该加热后，可以使紫外涂料层暴露于能量剂量为700mJ/cm2至1,200mJ/cm2的紫外辐射15秒至60秒的持续时间。
在一个示例性实施方式中，在NIP层上涂覆聚氨酯涂料层后，可以在聚氨酯涂料层上涂覆紫外涂料层。
尽管已经以专用于结构特征和/或方法的语言描述了本公开的实例，但要理解的是，所附权利要求不限于本文中描述的特定特征或方法。而是，该特定特征和方法公开和解释为本公开的实例。

Claims (15)

1.在金属合金基材上涂覆聚合物层的方法，所述方法包括：
将所述金属合金基材浸没在电解溶液中，所述电解溶液包含阴离子聚合物，其中所述阴离子聚合物是聚丙烯酸类材料和环氧树脂中的一种；和
向浸没在电解溶液中的金属合金基材提供预定电压，以便在所述金属合金基材上沉积所述阴离子聚合物的纳米-离子聚合物(NIP)层。
2.如权利要求1所要求保护的方法，其中所述电解溶液中的阴离子聚合物具有大约8重量％至大约12重量％的浓度。
3.如权利要求1所要求保护的方法，其中将所述金属合金基材作为阳极端子浸没在电解溶液中。
4.如权利要求3所要求保护的方法，其包括将石墨块作为阴极端子浸没在电解溶液中。
5.如权利要求1所要求保护的方法，其中所述电解溶液处于超声清洗器的容器中，其中所述方法包括：
在向所述金属合金基材提供预定电压的同时，在大约20Hz至大约20,000Hz的频率下处理所述电解溶液和所述金属合金基材。
6.如权利要求5所要求保护的方法，其包括：
从所述电解溶液中取出涂覆有NIP层的金属合金基材；和
将涂覆有NIP层的金属合金基材在120℃至190℃的温度下加热20分钟至40分钟的持续时间。
7.如权利要求1所要求保护的方法，其中所述预定电压为10V至120V。
8.如权利要求1所要求保护的方法，其中所述金属合金基材由镁、铝、锌、钛、锂、铌、钢、铜及其组合中的一种制成。
9.制造聚合物涂覆的金属合金基材的方法，所述方法包括：
将金属合金基材作为阳极浸没在电解溶液中，所述电解溶液包含聚丙烯酸类材料和环氧树脂中的一种；
在预定超声频率下处理所述电解溶液和所述金属合金基材；以及
在预定超声频率下进行处理的同时，向所述金属合金基材提供预定电压，以便在所述金属合金基材上沉积纳米-离子聚合物(NIP)层。
10.如权利要求9所要求保护的方法，其包括：
从所述电解溶液中取出涂覆有NIP层的金属合金基材；和
将涂覆有NIP层的金属合金基材在120℃至190℃的温度下加热20分钟至40分钟的持续时间。
11.如权利要求10所要求保护的方法，其包括：
在所述NIP层上喷涂聚氨酯涂料层；和
将涂覆有NIP层和聚氨酯涂料层的金属合金基材在60℃至150℃的温度下加热15分钟至40分钟的持续时间。
12.如权利要求10所要求保护的方法，其包括：
在所述NIP层上喷涂紫外涂料层；
将涂覆有NIP层和紫外涂料层的金属合金基材在50℃至60℃的温度下加热10分钟至15分钟的持续时间；和
使所述紫外涂料层暴露于能量剂量为700mJ/cm2至1,200mJ/cm2的紫外辐射15秒至60秒的持续时间。
13.聚合物涂覆的金属合金基材，其包含：
金属合金基材；和
在超声振动的存在下沉积在所述金属合金基材上的电解涂覆的阴离子聚合物的纳米-离子聚合物(NIP)层，所述阴离子聚合物是聚丙烯酸类材料和环氧树脂中的一种。
14.如权利要求13所要求保护的聚合物涂覆的金属合金基材，其包含在所述NIP层上的聚氨酯涂料层。
15.如权利要求14所要求保护的聚合物涂覆的金属合金基材，其包含在所述聚氨酯涂料层上的紫外涂料层。
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