CN110958791A - 具有喷砂的表面纹理的钛部件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有喷砂的表面纹理的钛部件。本申请涉及用于便携式电子设备的外壳。该外壳包括具有纹理化表面的钛衬底，该纹理化表面包括由谷分开的峰，其中该纹理化表面的特征在于具有(i)大于0.2微米的Sdq(均方根梯度)和(iii)大于90光泽单位的光泽度值，如通过光泽计在60下所测量的。

Description

具有喷砂的表面纹理的钛部件
技术领域
所描述的实施方案整体涉及用于形成蚀刻钛部件的技术。更具体地 讲，所描述的实施方案涉及用于恢复蚀刻钛部件的光泽度光洁度的系统和 方法。
背景技术
便携式电子设备可包括各种可操作部件(例如，显示器、处理器、天 线等)。这些便携式电子设备的外壳可由具有高强度和刚度以保护这些可 操作部件的各种金属(例如，阳极化铝等)形成。另外，优选的是处理这 些外壳，诸如赋予这些外壳具有吸引力的表面光洁度。然而，具体类型的 金属虽然具有高强度和刚度，但也难以处理以赋予有吸引力的表面光洁 度。因此，需要实施用于处理这些具体类型的金属的技术。
发明内容
本文描述了总体涉及用于蚀刻钛部件的技术的各种实施方案。更具体 地，该实施方案涉及用于恢复所蚀刻的钛部件的光泽度光洁度的系统和方 法。
根据另一实施方案，描述了一种用于便携式电子设备的外壳。该外壳 包括具有纹理化表面的钛衬底，该纹理化表面包括由谷分开的峰，使得该 纹理化表面具有(i)大于0.2微米的Sdq(均方根梯度)和(ii)大于90光泽单 位的光泽度值，如通过光泽计在60度下所测量的。
根据另一实施方案，描述了一种用于便携式电子设备的外壳。该外壳 包括包括纹理化表面的钛衬底，该纹理化表面具有由谷分开的峰，其中该 峰的顶点与该谷的谷底分开至少2微米，并且该纹理化表面具有大于90光 泽单位的光泽度值，如通过光泽计在60度下所测量的。
根据另一实施方案，描述了一种用于便携式电子设备的外壳。该外壳 包括包括纹理化表面的钛衬底，该纹理化表面具有由谷分开的交替的峰， 其中该纹理化表面的特征在于具有大于0.2微米的Sq(均方根高度)。该 外壳还包括覆盖纹理化表面的一部分的阳极化层。
提供本发明内容仅用于概述一些示例性实施方案的目的，以便提供对 本文所述主题的一些方面的基本理解。根据结合以举例的方式示出所述实 施方案的原理的附图而进行的以下详细描述，本发明的其他方面和优点将 变得显而易见。因此，应当理解，上述特征仅为示例，并且不应解释为以 任何方式缩窄本文所描述的主题的范围或实质。本文所描述的主题的其它 特征、方面和优点将通过以下具体实施方式、附图和权利要求书而变得显而易见。
附图说明
本公开通过下面结合附图的具体描述将更易于理解，其中类似的附图 标记表示类似的结构元件。
图1示出了根据一些实施方案的具有可使用本文所描述的技术处理的 表面的各种设备的透视图。
图2A-至2E示出根据本发明实施方案的用于形成金属部件的纹理化表 面的工艺的横截面图。
图3示出了根据一些实施方案的用于形成金属部件的纹理化表面的方 法的流程图。
图4A-图4B示出了根据一些实施方案的金属部件的视图的示例性图 像。
图5A-图5B示出了根据一些实施方案的金属部件的顶视图和对应的轮 廓视图的示例性电子显微镜图像。
图6A-至6D示出了根据一些实施方案的金属部件的视图的示例性图 像。
图7A-图7C示出了根据一些实施方案的指示纹理化表面的加工时间与 程度之间的关系的金属部件的视图的示例性图像。
图8示出了根据一些实施方案的能够赋予可见光的漫反射的纹理化金 属部件的横截面图的示例性图像。
图9A-图9B示出了根据一些实施方案的分别具有非纹理化表面和纹理 化表面的焊接金属部件的示例性横截面图。
图10A-图10B示出了根据一些实施方案的具有纹理化表面的焊接金属 部件的示例性视图。
图11A-图11E示出了根据一些实施方案的用于形成具有喷砂的表面的 金属部件的工艺的横截面图。
图12A-图12E示出了根据一些实施方案的用于形成具有阳极层的金属 部件的工艺的横截面图。
图13示出了根据一些实施方案的用于形成金属部件的方法的流程图。
图14示出了根据一些实施方案的具有喷砂的表面的金属部件的顶视图 的示例性电子显微镜图像。
图15示出了根据一些实施方案的具有喷砂的表面金属部件的顶视图和 对应的轮廓视图的示例性电子显微镜图像。
图16示出了根据一些实施方案的具有阳极层的金属部件的顶视图的示 例性电子显微镜图像。
图17示出了根据一些实施方案的蚀刻金属部件的示例性图。
本领域的技术人员将认识到并理解，根据惯例，下文论述的附图的各 种特征部未必是按比例绘制的，并且附图的各种特征部和元件的尺寸可放 大或缩小，从而更清楚地说明本文描述的本发明的实施方案。
具体实施方式
在该部分描述了根据本申请的方法与装置的代表性应用。提供这些示 例仅为了添加上下文并有助于理解所描述的实施方案。因此，对于本领域 的技术人员而言将显而易见的是，可在没有这些具体细节中的一些或全部 的情况下实践所述实施方案。在其他情况下，为了避免不必要地模糊所述 实施方案，未详细描述熟知的处理步骤。其他应用是可能的，使得以下示 例不应被当作是限制性的。
在以下详细描述中，参考了形成说明书的一部分的附图，并且在附图 中以例示的方式示出了根据所述实施方案的具体实施方案。虽然这些实施 方案被描述得足够详细，以使本领域的技术人员能够实践所述实施方案， 但是应当理解，这些示例不是限制性的；使得可以使用其他实施方案，并 且可以在不脱离所述实施方案的实质和范围的情况下作出修改。
便携式电子设备可包括各种可操作部件(例如，显示器、处理器、天 线等)。这些便携式电子设备的外壳能够保护这些可操作部件(诸如在跌 落事件期间)免受物理损坏。外壳可由各种金属形成，诸如阳极化铝，其 具有足以保护这些可操作部件的高强度和刚度。另外，这些外壳的表面光 洁度也应是美学上吸引人的。钛及其合金可用于形成便携式电子设备的外 壳。实际上，钛比阳极化铝硬。然而，这种硬度还使得很难蚀刻和/或化学 蚀刻钛。因此，在一些示例中，钛的特征在于具有高光泽度表面光洁度， 这在美学上可视为是不吸引人的。
在其他情况下，可能希望通过喷砂工艺蚀刻钛同时保持高光泽的表面 光洁度，该喷砂工艺赋予喷砂和蚀刻的钛部件小尺度粗糙度。以此方式， 喷砂和蚀刻的钛部件被赋予独特的表面光洁度，该表面光洁度既漫反射又 镜面反射可见光。因此，喷砂和蚀刻的钛部件在结构和外观上分别不同于 喷砂的常规钛部件和化学蚀刻的钛部件。例如，喷砂工艺赋予喷砂和蚀刻 的钛部件约常规喷砂的钛部件的表面光洁度的50％-70％的表面光洁度。然而，蚀刻的钛部件和喷砂并蚀刻的钛部件的小尺度粗糙度有利于隐藏表面 缺陷，诸如焊线和晶体晶粒结构差异。相比之下，仅以常规方式喷砂的钛 部件未能赋予诸如隐藏焊线之类的有益效果。
根据一些示例，优选的是在对钛部件进行阳极化的同时利用蚀刻和喷 砂工艺的组合。具体地，由于阳极化层凹陷并浸没在已经被蚀刻和喷砂的 阳极化部件的纹理化表面的谷内，因此可保护蚀刻和喷砂的钛部件的阳极 化层不受化学(例如，指纹油)和机械去除(例如，摩擦物体)的影响。
本文所描述的实施方案阐述了用于使钛、钛合金和其它阳极化的硬质 金属(例如铪、锆等)的表面纹理化技术，以便赋予低光泽度的哑光表面 光洁度。具体地，可将电化学氧化工艺应用到钛衬底(以及其它阳极化的 硬质金属)以形成金属氧化物层。电化学氧化工艺可使底层钛衬底的表面 纹理化，以形成交替的峰和谷。然后，剥离金属氧化物层并与底层钛衬底 分开，以显示纹理化表面。
在一些示例中，阳极氧化层的颜色可根据CIEL*a*b*色对抗维度值来 表征。L*色对抗维度值是L*a*b*色彩空间中的一个变量。一般来讲，L*对 应于亮度。L*＝0表示极黑，而L*＝100表示白色。一般来讲，a*指示样品 中的红色和绿色的量。负a*值指示绿色，而正a*值指示红色。因此，具有 正a*值的样品将指示存在红色而不是绿色。一般来讲，b*指示样品中蓝色 和黄色的量。负b*值指示蓝色，而正b*值指示黄色。因此，具有正b*值的 样品将指示存在黄色而不是蓝色。
根据另一实施方案，描述了一种用于便携式电子设备的外壳。该外壳 包括具有纹理化表面的钛衬底，该纹理化表面包括由谷分开的峰，使得该 纹理化表面具有(i)大于0.2微米的Sdq(均方根梯度)和(ii)大于90光泽单 位的光泽度值，如通过光泽计在60度下所测量的。
下面参考图1-图17讨论这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人 员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目 的，而不应被理解为是限制性的。
图1示出了可使用如本文所描述的技术处理的各种便携式设备。本文 所描述的技术可用于处理便携式电子设备的外壳的金属表面(例如，钛衬 底、钛合金衬底等)。图1示出了智能电话102、平板电脑104、智能手表 106和便携式计算机108。根据一些实施方案，金属表面可指能够阳极氧化 的金属衬底。在一些示例中，金属衬底可包括钛衬底、钛合金衬底、铪衬 底、锆衬底等。具体地，金属衬底可指钛或钛合金衬底。钛及其合金的特 征在于具有高的具体强度和刚度，这使得钛成为本文所描述的示例性便携 式电子设备的外壳的有吸引力的选择。例如，钛具有约350HV1的维氏硬 度。因此，钛可起到保护涂层的作用，以(例如)当这些便携式电子设备 掉落、刮伤、切碎或磨损时保护由外壳承载的内部可操作部件。然而，由 于此硬度，也难以使用常规技术抛光和/或机械加工钛衬底的表面。实际 上，钛相对于其他金属的相对硬度仅允许使用常规技术进行有限量的粗糙 化，从而赋予高度反射性的相对高光泽度光洁度，并且可被认为对于便携 式电子设备是美学上无吸引力的。此外，钛还高度抵抗许多常规化学蚀刻 剂和/或电化学表面纹理化技术。因此，只有有限量的表面粗糙化是可能 的，这留下了相对高光泽度光洁度。
此外，应当指出的是，与其他金属(例如阳极化铝等)相比，钛是导 电的。实际上，钛及其合金可提供理想的材料选择，以产生具有优异硬度 和耐磨性的电触点，同时具有低接触电阻和高导电性。在一些示例中，本 文所描述的钛及其合金可用于形成用于端口、数据连接器和触点的电触 点。
具有纹理化表面的蚀刻金属部件
图2A-图2E示出了根据一些实施方案的经历用于形成金属部件的纹理 化表面的工艺的金属部件的横截面图。图2A示出了在经历用于形成纹理化 表面的工艺之前的金属部件200。在一些示例中，金属部件200包括能够被 阳极化的金属衬底202。金属衬底202包括钛、钛合金、铪、铌或钽中的至 少一者。在一些示例中，金属衬底202是硬质金属(例如，100HV和更大 的维氏硬度)。
在一些实施方案中，金属衬底202具有适于阳极化的任何厚度，由此 金属部件202暴露于电化学氧化工艺，如参考图2B所详述的。在一些实施 方案中，金属部件200具有近净形成品部件，诸如便携式电子设备102、 104、106和108的外壳。在一些示例中，外表面204的特征在于具有平面 形状或大致平面的形状，如图2A所示。
根据一些实施方案，在表面纹理化工艺之前，金属衬底202可经受机 械加工工艺以便赋予金属衬底202最终形状。然后，将金属衬底202湿磨 以去除任何机加工标记，以便赋予外表面204细小、均匀、平滑的光洁 度。然后，可任选地抛光外表面204以实现均匀的高光泽度光洁度。在一 些示例中，在实现均匀的高光泽度光洁度之后，外表面204的光泽度测量 值在20°度下约为1100光泽度值、在60°度下约为520光泽度值并且在85° 度下约为120光泽度值。
根据一些实施方案，在表面纹理化工艺之前，金属衬底202可经受喷 砂操作以便实现外表面204的均匀的粗糙度。在一些示例中，喷砂操作包 括使外表面204经受在约0.15MPa下的45微米-90微米的球形二氧化锆喷 砂介质。作为喷砂操作的结果，外表面204具有相对高光泽度光洁度，诸 如在20°度下约为0.2光泽度值、在60°度下约为4光泽度值以及在85°度下 约为9光泽度值。应当指出的是，如本领域的普通技术人员所理解的，这 些前述光泽度值仍然相对较高，并且因此不适于实现便携式电子设备的美 容上有吸引力的表面光洁度。
图2B示出了在经历电化学氧化工艺以便使金属衬底210的外表面204 粗糙化和/或纹理化之后的氧化的金属部件202。根据一些实施方案，金属 衬底202经受也称为等离子体电解氧化(PEO)或微弧氧化(MAO)的高 压阳极化工艺。因此，金属氧化物层206由金属衬底202形成。金属氧化 物层206覆盖金属衬底202。在一些示例中，金属氧化物层206包括氧化 物、磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐或钛酸盐、钒酸盐、钨酸盐或钼酸盐涂层中 的至少一者的组合。在一些示例中，金属氧化物层206具有约1nm至约 50nm之间的厚度。
电化学氧化工艺采用比阳极化更高的电势。在电化学氧化工艺期间， 金属衬底202被氧化以形成氧化物层。等离子体放电事件在整个氧化物层 中发生，这修改了氧化物层的结构，从而形成金属氧化物层206。金属氧化 物层206的特征在于具有结晶微结构。另外，金属氧化物层206的特征还 在于电介质。
作为电化学氧化工艺的结果，金属衬底202的外表面204可具有表面 粗糙度，该表面粗糙度被限定为在指定长度表面上与标称表面的平均竖直 偏差。更具体地讲，与标称表面的竖直偏差可包括呈峰形式的正竖直偏 差，其与呈谷(也称为谷底)形式的负竖直偏差交替。在一些示例中，交 替的峰214和谷212可彼此随机分布或均匀地分布。例如，可利用掩蔽工 艺来控制交替的峰214和谷212在电化学氧化工艺期间沿外表面204形成 的位置。在一些示例中，交替的峰214和谷212限定脊。电化学氧化工艺 致使在邻近外表面204的整个金属氧化物层206中形成微米尺度的等离子 体放电事件。每个等离子体放电事件以受控方式使外表面204粗糙化，这 导致形成交替的峰214和谷212的外表面204的小尺度粗糙度。如本领域 的普通技术人员所理解的，金属衬底202可以是硬的、阳极化的金属，诸 如钛或其合金。因此，图2B中所示的交替的峰214和谷212一般不可能使 用常规的机加工和/或化学蚀刻剂工艺来实现。实际上，大多数机加工操作 是大规模操作，其最多以数十微米的尺度处理金属表面。然而，等离子体 放电事件致使在金属氧化物层206内形成坑，该坑在外表面204处以单个 微米尺度形成交替的峰214和谷212。
在一些示例中，粗糙界面208设置在金属氧化物层206与金属衬底202 之间。在一些示例中，粗糙界面208的特征在于具有对应于如通过电化学 氧化工艺改性的金属衬底202的峰214和谷212的表面。根据一些示例， 粗糙界面208具有介于约1μm至约10μm之间的表面粗糙度。
如图2B所示，金属氧化物层206由电化学氧化工艺形成。具体地，电 化学氧化工艺涉及产生等离子体放电事件，该等离子体放电事件导致将由 氧化工艺形成的任何金属氧化物材料转换为具有结晶结构的陶瓷材料。金 属氧化物层206的陶瓷材料的特征可在于具有约2000HV的维氏硬度值的 不透明颜色。虽然便携式电子设备102、104、106、108的表面可能对金属 氧化物层206感兴趣，但是金属氧化物层206的特征可在于易碎以及易受 磨损、破碎和玷污。此外，与其他金属(例如阳极化铝等)不同，所得金 属氧化物层206的颜色范围和控制通常受到限制。
图2C示出了在经历电化学氧化工艺以便使外表面204粗糙化和/或纹 理化之后的氧化的金属部件210的放大的横截面图，如参考图2根据一些 实施方案所示。如图2C所示，交替的峰214和谷212可彼此随机分布。峰 214的顶部(Pt)可具有不同的高度，并且谷212的底部(Vb)可具有因等 离子体放电事件而形成的不同深度。每个等离子体放电事件以受控方式使 金属衬底202的外表面204粗糙化，这导致形成交替的峰214和谷212的 外表面204的小尺度粗糙度。如图2C所示，峰214的顶部(Pt)和谷212 的底部(Vb)的特征在于具有幅度范围(X1)。在一些示例中，幅度范围 (X1)介于约3μm至约7μm之间。
根据一些示例，峰214的顶部(Pt)可以是圆形的(即，不是尖 的)，这是由于在电化学氧化工艺期间峰214相对于谷212的优先阳极化 结合形成金属氧化物层206而造成的。因此，平均来讲，峰214的顶部 (Pt)相对于基准线(Lr)的竖直距离可大于谷212的底部(Vb)相对于基 准线(Lr)的竖直距离。在一些示例中，基准线(Lr)可对应于峰214与 谷212之间的平均距离。
如图2C所示，金属氧化物层206包括孔结构216。孔结构216由冲击 区218限定，并且冲击区218是大致细长球形形状的，其延伸穿过金属氧 化物层206的一部分并朝向金属衬底202。具体地，孔结构216具有约 5μm-10μm之间的直径。因此，氧化的金属部件210的金属氧化物层206具 有与粗糙界面208不同的表面粗糙度。与阳极化金属(例如阳极化铝等)的大致柱状和/或平行孔结构相比，冲击区218具有大致细长的球形形状。 在一些示例中，孔结构216的特征也可在于非晶态。具体地，冲击区218 是由于熔化的陶瓷材料而形成的。如本文所用，术语“细长的球形形状” 可指具有比宽度大的高度的细长形状。另外，细长的球形形状具有沿着细 长的球形形状的中心向外弯曲的大致弯曲的侧面。根据一些示例，冲击区 218的特征在于具有幅度范围(X2)。在一些示例中，幅度范围(X2)小于 0.2微米。
根据一些示例，金属氧化物层206具有陶瓷光洁度和/或结构。具体 地，电化学氧化工艺是将金属氧化物材料随后熔融至所形成的金属氧化物 材料的高压阳极化工艺。在一些示例中，陶瓷光洁度具有低光泽度光洁 度，并且是柔和的黑色、棕色和/或灰色。
图2D示出了根据一些实施方案的在应用化学剥离工艺之后的纹理化 金属部件的横截面图。如本领域的普通技术人员所理解的，金属氧化物层 206由金属衬底202形成。因此，金属氧化物层206牢固地附着到金属衬底 202，但是金属氧化物层206可通过化学剥离工艺去除。根据一些实施方 案，化学剥离工艺包括将氧化的金属部件210暴露于剥离溶液以形成纹理 化金属部件230。具体地，剥离溶液包括热硫酸溶液(在70℃至50℃下的 70％-90％浓度)或热磷酸溶液(在70℃–90℃下的50％–80％浓度)。在一 些示例中，应用剥离溶液持续约5-15分钟。由于化学剥离工艺，金属氧化 物层206从金属部件202的表面完全去除，以便显示交替的峰214和谷 212。纹理化金属部件230的底层表面光洁度对于电化学氧化工艺(如参照 图2B-图2C所描述的)和化学剥离工艺是独特的。在一些示例中，纹理化 金属部件230的交替的峰214和谷212的特征在于对于便携式电子设备 102、104、106、108的外壳理想的低光泽度、糙面表面光洁度。
有利的是，由于钛或其合金通常耐化学蚀刻，因此氧化的金属部件 210暴露于剥离溶液对改变交替的峰214和谷212的特性没有显著影响。具 体地，在将氧化的金属部件214暴露于剥离溶液之后，峰212和谷210的 大小、形状、分布和/或几何形状得以保持。此外，峰214的顶部(Pt)和 谷212的底部(Vb)也可不受剥离溶液的影响。如本领域的普通技术人员 将会理解的，如果对化学蚀刻抗性较低的其他金属(例如铝、不锈钢等) 进行阳极化以形成金属氧化物层，则底层金属衬底的表面将被后续的剥离 溶液溶解。例如，具有峰和谷的铝衬底的纹理化表面光洁度将被剥离溶液 侵蚀。如果铝衬底暴露于剥离溶液，则所得铝衬底具有高光泽度的表面光 洁度。根据一些实施方案，金属氧化物层206不能以受控方式与金属衬底 202分开。
根据一些实施方案，在将氧化的金属部件210暴露于化学剥离溶液同 时可利用超声搅拌，以便从金属衬底202的表面均匀地去除氧化物材料。 实际上，超声搅拌方法可产生用于去除金属氧化物层206的更受控、更均 匀的方法。根据一些实施方案，当金属衬底210包括通常耐化学蚀刻的坚 硬、阳极化金属时，氧化的金属部件202暴露于化学剥离溶液的特征可在 于自限制性过程。换句话讲，在剥除金属氧化物层202之后，化学剥离工 艺没有进一步进展以侵蚀金属衬底206。
根据一些实施方案，金属氧化物层206也可单独或与本文所描述的化 学剥离工艺结合，用机械剥离工艺去除。例如，金属氧化物层206可用铁 或二氧化锆介质暴露于喷砂工艺。由于金属氧化物层206的易碎性质，喷 砂工艺在金属氧化物层206处渐进地凿削。然后，将金属氧化物层206短 暂浸入上述化学剥离溶液中的一者可去除任何嵌入的材料并清洁外表面， 以暴露具有交替的峰214和谷212的底层金属衬底202。
如图2D所示，在将氧化的金属部件210暴露于化学剥离溶液之后，交 替的峰214和谷212得以保持。纹理化金属部件230包括峰214的顶部 (Pt)和谷212的底部(Vb)，其特征在于具有在约3μm至约7μm之间的 幅度范围(X1)。如本文所述，幅度范围也可指平均厚度值或最大厚度 值。因此，纹理化金属部件230的外表面204的特征在于大致均匀的糙面 表面光洁度。在一些示例中，外表面204在20°度下具有x<2的光泽度值、 在5°度下的x<60的光泽度值，并且在10°度下具有x<85的光泽度值。因 此，当可见光入射在外表面204处时，外表面204以基本上所有入射角漫 反射可见光。
根据一些实施方案，纹理化金属部件230具有被定量为外表面204的 “均方根高度”(Sq值)的表面光洁度。Sq值表示高度相对于纹理化金属 部件230的峰214的顶部(Pt)和谷212的底部(Vb)的标准偏差。在一些 示例中，Sq值表示外表面202的粗糙度的竖直尺度。根据一些示例，外表 面204为1μm>Sq>0.3μm。在一些示例中，Sq值在约在0.7μm-0.8μm之间。
根据一些实施方案，纹理化金属部件230具有被定量为外表面204的 “均方根梯度”(Sdq值)的表面光洁度。Sdq值是与表面的反射率和光泽度 成反比相关的表面纹理参数。换句话讲，Sdq值越高，光泽度的表面光洁度 越低。在一些示例中，Sdq值为约0.4μm。在一些示例中，外表面204为 0.1μm>Sdq>0.5μm。
根据一些实施方案，纹理化金属部件230具有被定量为外表面204的 “自动相关长度”(Sal值)的表面光洁度。Sal值是表示峰214和谷212的 横向尺度的表面纹理参数。在一些示例中，Sal值为8μm。应当指出的是， 纹理化金属部件230的表面光洁度的Sq、Sal和Sdq值与拉绒铝的表面光洁 度(例如，用二氧化锆喷砂等)紧密对应，如将结合图4-至7更详细地描述的。
图2E示出了根据一些实施方案的在应用涂覆工艺之后涂覆的金属部件 的横截面图。根据一些实施方案，涂覆的金属部件240包括覆盖金属衬底 202的交替的峰214和谷212的涂层242。涂层242可施涂有物理气相沉积 (PVD)以向纹理化金属部件230赋予颜色(例如，黑色、金色等)。涂 层242可增加表面硬度以改善耐磨性。另外，涂层242可包括透明氧化物 或疏油性涂层以避免指纹污渍。
图3示出了根据一些实施方案的用于形成纹理化金属部件的方法的流 程图。在一些示例中，纹理化金属部件(例如，纹理化金属部件230)对应 于本文所描述的便携式电子设备102、104、106或108中的任一者的金属 表面。如图3所示，方法300在步骤302处开始，其中金属衬底202(例如 钛或其合金等)经受处理步骤。在一些示例中，处理步骤包括对金属衬底 202的外表面204进行喷砂以形成糙面表面光洁度和/或抛光外表面204以 形成高光泽度的表面光洁度。应当指出的是，糙面表面光洁度在光泽度上 仍然相对较高。此外，高光泽度表面光洁度在美容上不适用于消费工业中 的便携式电子设备。
在步骤304处，通过应用电化学氧化工艺(例如，微弧氧化等)在金 属衬底202的表面上形成金属氧化物层206。结合执行电化学氧化工艺，将 金属衬底202的外表面204粗糙化以形成具有交替的峰214和谷212的纹 理化表面。根据一些示例，电化学氧化工艺包括将高压阳极化工艺应用到 引起等离子体放电事件的金属氧化物层206。等离子体放电事件致使金属氧 化物层206的部分熔融，从而得到结晶结构。金属氧化物层206可具有约 2000HV的维氏硬度值。
随后，在步骤306处，去除金属氧化物层206并将其与金属衬底202 的表面分开。具体地，在自限制性去除过程中，金属氧化物层206暴露于 化学剥离溶液(例如磷酸等)，该化学剥离溶液取决于金属衬底202耐化 学蚀刻的金属。化学剥离溶液完全侵蚀掉金属氧化物层206，但不影响(即 侵蚀)金属衬底202的交替的峰214和谷212。通过去除金属氧化物层206，金属衬底202的交替的峰214和谷212被暴露。换句话讲，交替的峰 214和谷212对应于金属衬底202的外表面204。
然后，在步骤308处，涂层242可任选地设置在交替的峰214和谷212 上。涂层242可赋予金属衬底202非透明的颜色。另外，涂层242可增加 金属衬底202的硬度。
图4A-图4B示出了根据一些实施方案的示例性金属部件的顶视图。图 4A示出了包括钛衬底402的喷砂的金属部件400。图4A中所示的钛衬底 402通过用二氧化锆喷砂介质喷砂钛衬底402的外表面进行处理。根据一些 示例，二氧化锆喷砂介质的直径在约45μm-90μm之间。在约0.1MPa-约 0.2MPa(单轴压缩强度)下应用二氧化锆喷砂介质。因此，二氧化锆喷砂 介质致使凹坑404在钛衬底402的整个外表面形成，从而赋予钛衬底402 大致均匀的表面粗糙度。然而，沟槽404很浅并且几乎不穿透外表面。因 此，钛衬底402的所得表面为相对高光泽度光洁度，其在20°度下具有约 11的光泽度值、在60°度下具有约60的光泽度值，并且在85°度下具有约 65的光泽度值。此外，喷砂的金属部件400具有约0.2μm的(Sq)值和约9μm的(Sal)值。换句话讲，所得钛衬底402的表面光洁度与喷砂铝部件 的典型的表面光洁度远远不类似，该喷砂铝部件的典型的表面光洁度在20° 度下具有约2的典型的光泽度值、在60°度下具有约4的典型的光泽度值， 并且在85°度下具有约9的典型的光泽度值。因此，喷砂的金属部件(例 如，钛等)不会导致可实现哑光漫射外观的表面光洁度。
相反，图4B示出了纹理化金属部件410，其包括使用电化学氧化工艺 处理的纹理化钛衬底412，该电化学氧化工艺导致纹理化外表面。图4B示 出了纹理化钛衬底412，其通过使用用于形成上覆金属氧化物层(例如，金 属氧化物层206)的高压阳极化工艺来形成，该高压阳极化工艺致使交替的 峰414和谷416在纹理化钛衬底412的整个外表面随机形成。然后，通过 暴露交替的峰414和谷416的化学剥离工艺去除金属氧化物层。纹理化钛 衬底412的所得表面为相对低光泽度光洁度，其在20°度下具有约0.2的光 泽度值、在60°度下具有约1.7的光泽度值，并且在85°度下具有约9的光 泽度值。此外，纹理化钛衬底412的表面光洁度在可见光的所有入射角处 提供漫射、低光泽度的反射。此外，纹理化金属部件410具有约0.7μm的 (Sq)值和约8μm的(Sal)值以及0.4μm的(Sdq)值。
图5A-图5B示出了根据一些实施方案的金属部件的顶视图和对应的轮 廓视图的示例性电子显微镜图像。图5A示出了使用喷砂工艺处理的喷砂的 钛衬底，该喷砂工艺包括用二氧化锆喷砂介质(约45-90μm球体)喷砂钛 衬底的外表面。如图5A所示，喷砂的钛衬底的表面形貌表现出不存在大于 或等于约1.5μm的峰和谷。此外，表面形貌的对应2D轮廓示出了小于 1.5μm的幅度。喷砂的钛衬底具有约0.2μm的(Sq)值和约9μm的(Sal) 值。
图5B示出了使用电化学氧化工艺处理的纹理化钛衬底。如图5B所 示，纹理化钛衬底的表面形貌表现出大于1.5μm的峰和谷。此外，表面形 貌的对应2D轮廓示出了大于2μm的幅度。纹理化钛衬底具有约0.8μm的 (Sq)值和约8μm的(Sal)值。
图6A-图6D示出了根据一些实施方案的金属部件的顶视图和对应放大 顶视图的示例性电子显微镜图像。图6A示出了抛光钛部件。根据一些示 例，抛光钛部件具有约0.007μm的(Sq)值和约0μm的(Sdq)值。抛光钛 部件的所得表面为高光泽度光洁度，在20°度下具有约1200的光泽度值、 在60°度下具有约552的光泽度值。
图6B示出了喷砂的钛部件。根据一些示例，喷砂的钛部件通过用二氧 化锆喷砂介质(约45-90μm球体)喷砂的钛部件的外表面来形成。根据一 些示例，喷砂的钛部件具有约0.215μm的(Sq)值和约0.08μm的(Sdq) 值。喷砂的钛部件的所得表面是相对高光泽度光洁度，在20℃下具有约23 的光泽度值、在60°度下具有约93的光泽度值。
图6C示出了涂覆的钛部件。根据一些示例，涂覆的钛部件通过喷砂的 钛部件，并且随后用物理气相沉积(PVD)涂层涂覆喷砂的钛部件的外表 面来处理。根据一些示例，PVD涂层赋予钛部件颜色。根据一些示例，涂 覆的钛部件具有约0.22μm的((Sq)值和约6.1μm的(Sal)值。涂覆的钛 部件的所得表面是相对高光泽度光洁度，在20℃下具有约7.1的光泽度值、在60°度下具有约50的光泽度值。
图6D示出了纹理化钛部件。根据一些示例，纹理化钛部件经由电化 学氧化工艺在钛部件上形成金属氧化物层，并且随后去除金属氧化物层来 处理。根据一些示例，纹理化钛部件具有约0.76μm的(Sq)值和约8μm的 (Sal)值。纹理化钛部件的所得表面是相对哑光的低光泽度光洁度，在 20℃下具有约1.7的光泽度值、在60°度下具有约9.1的光泽度值。
相比之下，阳极化铝具有约0.70μm的((Sq)值、约17μm的(Sal) 值，以及约0.15μm的(Sdq)值。另外，阳极化铝在20°度下具有约4.3的 光泽度值、在60°度下具有约9.2的光泽度值。
图7A-图7C示出了根据一些实施方案的金属部件的金属氧化物层的顶 视图的示例性电子显微镜图像。具体地，图7A-图7C示出了作为处理时间 量的函数的金属氧化物层的顶视图。在一些示例中，处理时间可指电化学 氧化工艺。处理金属部件(例如，钛等)的时间量可控制覆盖金属衬底的 金属氧化物层(例如，金属氧化物层206)的表面的纹理。一般来讲，外表 面的粗糙度在处理的前几分钟(例如，2-10分钟等)期间快速增加，然后 随着金属氧化物层的厚度的增加而更缓慢地增加。通常，约5nm-20nm的 金属氧化物层厚度将在1nm-3nm的尺度上产生界面粗糙度。
图7A示出了暴露于电化学氧化工艺持续约2分钟的金属部件的金属氧 化物层的示例性顶视图。金属氧化物层具有约0.33μm的(Sq)值。
图7B示出了暴露于电化学氧化工艺持续约4分钟的金属部件的金属氧 化物层的示例性顶视图。金属氧化物层具有约0.63μm的(Sq)值。
图7C示出了暴露于电化学氧化工艺持续约7分钟的金属部件的金属氧 化物层的示例性顶视图。金属氧化物层具有约0.66μm的(Sq)值。
图8示出了根据一些实施方案的能够赋予可见光的漫反射的纹理化金 属部件的横截面图的示例性图像。如图8所示，纹理化金属部件800包括 金属衬底802。在一些示例中，金属衬底802由钛或钛合金形成。纹理化金 属部件800包括被纹理化成包括峰和谷的外表面804。如图8所示，峰的顶 点(Pt)与谷的谷底(Vb)分开一个分开距离(X1)。在一些示例中，分 开距离在3μm—4μm之间。
如图8所示，当可见光820入射到纹理化金属部件800的外表面804 上时，峰和谷能够将可见光线漫反射成具有不同反射方向的多个光线。
纹理化金属部件800的外表面由于可见光的漫射反射而具有相对低光 泽度光洁度。在一些示例中，纹理化金属部件800在20°度下具有约0.2的 光泽度值、在60°度下具有约1.7的光泽度值，并且在85°度下具有约9的 光泽度值。此外，纹理化钛衬底412的表面光洁度在可见光的所有入射角 处提供漫射、低光泽度的反射。
图9A-图9B示出了根据一些实施方案的分别具有非纹理化表面和纹理 化表面的焊接金属部件的示例性横截面图。在一些实施方案中，金属衬底 (例如，金属衬底202)可由多个区段902、904和906形成。在一些示例 中，区段902、904和906可由钛或钛合金形成。如图9A所示，焊接的金 属部件900可由可激光焊接或摩擦搅拌焊接在一起的多个区段902，904和 906形成。焊接的金属部件900可包括焊线(Wm1,Wm2)，其表示区段 902、904和906焊接在一起的位置。指示部分902、904和906焊接在一起 的其它可见物理特征包括晶粒结变化和晶体结构变化。虽然可能需要焊接 不同的金属区段来形成具有复杂形状几何形状的便携式电子器件的外壳， 但是可能期望隐藏或掩饰焊线(Wm1,Wm2)的存在，使得外壳看起来是无 缝的。然而，仅对焊接的金属部件900的外表面908进行喷砂可能不足以 隐藏这些焊线。
图9B示出了在纹理化工艺之后的纹理化焊接金属部件910，如参照图 2A-2E所描述的。纹理化焊接金属部件910包括峰和谷，其中峰的顶点或 顶部(Pt)与谷的底部(Vb)分开一个分开距离，该分开距离足以在可见光 入射到外表面908上时赋予低光泽度光洁度。峰和谷由基准线(Lr)限定。 在一些示例中，平均来讲，峰的顶部(Pt)相对于基准线(Lr)的竖直距离 可大于谷的底部(b)相对于基准线(Lr)的竖直距离。
如图9B所示，峰(P1)覆盖焊线(Wm1)以掩饰焊线(Wm1)的存 在，同时峰(P2)覆盖焊线(Wm2)以掩饰焊线(Wm2)的存在。此外， 纹理化焊接金属部件910的峰和谷赋予低光泽度光洁度，这也有利于隐藏 焊线的存在和晶体晶粒结构的差异。
图10A-图10B示出了根据一些实施方案的具有纹理化表面的焊接金属 部件的示例性视图。具体地，图10A示出了纹理化焊接金属部件910的横 截面图，如参照图9B所描述的。图10B示出了纹理化焊接金属部件910的 外表面908的顶视图。纹理化焊接金属部件910包括峰和谷，其中峰的顶 部(Pt)与谷的底部(Vb)分开一个分开距离，该分开距离足以在可见光入 射到外表面908上时赋予低光泽度光洁度。
具有喷砂的表面的蚀刻金属部件
图11A-图11E示出了根据一些实施方案的经历用于形成金属部件的喷 砂的表面的工艺的金属部件的横截面图。图11A示出了在经历用于形成喷 砂的表面的工艺之前的金属部件1100。在一些示例中，金属部件1100包括 能够被阳极化的金属衬底1102。金属衬底1102包括钛、钛合金、铪、铌或 钽中的至少一者。在一些示例中，金属衬底1102是硬质金属(例如， 100HV和更大的维氏硬度)。
在一些实施方案中，金属衬底1102具有适于阳极化的任何厚度，由此 金属部件1102暴露于电化学氧化工艺，如参考图11B所详述的。在一些实 施方案中，金属部件1100具有近净形成品部件，诸如便携式电子设备 102、104、106和108的外壳。在一些示例中，金属部件1102具有特征在 于具有平面形状或大致平面形状的外表面1104。
根据一些实施方案，在表面纹理化工艺之前，金属衬底1102可经受机 械加工工艺以便赋予金属衬底1102最终形状。然后，将金属衬底1102湿 磨以去除任何机械加工标记，以便赋予外表面1104细小、均匀、平滑的光 洁度。根据一些实施方案，在表面纹理化工艺之前，金属衬底1102可经受 喷砂操作以便实现外表面1104的均匀的粗糙度并且增加高光泽度的表面光 洁度。在一些示例中，可能期望蚀刻金属衬底1102的外表面1104以实现 与其他金属和/或复合部件的更大粘结，同时仍保持高光泽度的表面光洁 度，如将结合图11B-图11D所描述的。
图11B示出了在经历电化学氧化工艺以便使金属衬底1102的外表面 1104粗糙化和/或纹理化之后的氧化的金属部件1110。根据一些实施方案， 金属衬底1102经受也称为等离子体电解氧化(PEO)或微弧氧化(MAO) 的高压阳极化工艺。等离子体放电事件在整个氧化物层1106中发生，这修 改了氧化物层1106的结构，从而形成金属氧化物层1106。金属氧化物层 1106的特征在于具有结晶微结构。在一些示例中，金属氧化物层1106包括 以下中的至少一者的组合物：氧化物、磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐或钛酸 盐、钒酸盐、钨酸盐或钼酸盐涂层。在一些示例中，金属氧化物层1106具 有约1nm至约50nm之间的厚度。
作为电化学氧化工艺的结果，金属衬底1102的外表面1104可具有表 面粗糙度，该表面粗糙度被限定为在指定长度表面上与标称表面的平均竖 直偏差。更具体地讲，与标称表面的竖直偏差可包括呈峰形式的正竖直偏 差，其与呈谷(也称为谷底)形式的负竖直偏差交替。在一些示例中，交 替的峰(P)和谷(V)可彼此随机分布或均匀地分布。电化学氧化工艺致 使微米尺度的等离子体放电事件在邻近外表面1104的整个金属氧化物层 1106中形成。每个等离子体放电事件以受控方式使外表面1104粗糙化，这 导致形成交替的峰(P)和谷(P)的外表面1104的小尺度粗糙度。在一些 示例中，粗糙界面1108设置在金属氧化物层1106与金属衬底1102之间。 根据一些示例，粗糙界面1108具有在约1μm至约10μm之间的表面粗糙 度。如图11B所示，峰的顶点或顶部(Pt)和谷的底部(Vb)的特征在于 具有幅度范围(Y1)。在一些示例中，幅度范围(Y1)在约3μm至约7μm 之间。根据一些示例，峰的顶部(Pt)可以是圆形的(即，不是尖的)，这 是由于在电化学氧化工艺期间相对于谷峰的优先阳极化结合形成金属氧化 物层1106而造成的。
如图11B所示，金属氧化物层1106包括孔结构1116。孔结构1116由 冲击区1118限定，并且冲击区1118是大致细长球形形状的，其延伸穿过 金属氧化物层1106的一部分并朝向金属衬底1102。具体地，孔结构1116 具有约5μm-10μm之间的直径。与阳极化金属(例如阳极化铝等)的大致 柱状和/或平行孔结构相比，冲击区1118具有大致细长的球形形状。在一些 示例中，孔结构1116的特征也可在于非晶态。具体地，冲击区1118是由 于熔化的陶瓷材料而形成的。如本文所用，术语“细长的球形形状”可指 具有比宽度大的高度的细长形状。另外，细长的球形形状具有沿着细长的 球形形状的中心向外弯曲的大致弯曲的侧面。
如本领域的普通技术人员所理解的，金属衬底1102可以是硬的、阳极 化的金属，诸如钛或其合金。应当指出的是，通常不可能使用钛或其合金 的常规机械加工和/或化学蚀刻工艺来实现交替的峰和谷。实际上，大多数 机加工操作是大规模操作，其最多以数十微米的尺度处理金属表面。
如11B所示，金属氧化物层1106由电化学氧化工艺形成。具体地，电 化学氧化工艺涉及产生等离子体放电事件，该等离子体放电事件导致将由 氧化工艺形成的任何金属氧化物材料转换为具有结晶结构的陶瓷材料。金 属氧化物层1106的陶瓷材料的特征可在于具有约2000HV的维氏硬度值的 不透明颜色。虽然便携式电子设备102、104、106、108的表面可能对金属 氧化物层1106感兴趣，但是金属氧化物层1106的特征可在于易碎以及易 受磨损、破碎和玷污。此外，与其他金属(例如阳极化铝等)不同，所得 金属氧化物层206的颜色范围和控制通常受到限制。
图11C示出了根据一些实施方案的在应用化学剥离工艺之后并且在应 用喷砂工艺之前的纹理化金属部件1120的横截面图。如本领域的普通技术 人员所理解的，虽然金属氧化物层1106可附着到金属衬底1102，但是金属 氧化物层1106可使用化学剥离工艺去除。根据一些实施方案，化学剥离工 艺包括将氧化的金属部件1110暴露于剥离溶液以形成纹理化金属部件 1120。
具体地，剥离溶液包括热硫酸溶液(在70℃至50℃下的70％-90％浓 度)或热磷酸溶液(在70℃–90℃下的50％–80％浓度)。在一些示例中， 应用剥离溶液持续约5-15分钟。由于化学剥离工艺，金属氧化物层1106从 金属衬底1102的表面完全去除，以便显示交替的峰和谷。纹理化金属部件 1120的底层表面光洁度对于电化学氧化工艺是独特的，并且特征在于低光 泽度、哑光的表面光洁度。
如图11C所示，谷的顶部(Pt)和谷的底部(Vb)的特征在于具有幅 度范围(Y1)。在一些示例中，幅度范围(Y1)在约3μm至约7μm之间。 换句话讲，化学剥离工艺通常不影响峰和谷的形状和/或大小。
图11D示出了根据一些实施方案的在喷砂工艺之后的喷砂的金属部件 1130的横截面图。图11D示出了去除线(SL)，其表示在喷砂工艺之后机 械去除的峰和谷的不同区域。在一些示例中，根据去除线(SL)去除的峰 和谷的区域的量是基于在喷砂工艺期间使用的喷砂颗粒的持续时间、强 度、大小中的至少一者。在一些情况下，可能期望相对于谷去除更大量的 峰，以便实现具有较高光泽度光洁度的更光滑的表面。在一些示例中，喷 砂工艺包括用二氧化锆(ZrO2)颗粒对纹理化金属部件1120的外表面1104 进行喷砂。在一些示例中，喷砂工艺涉及在60秒-90秒之间的持续时间内 用二氧化锆颗粒进行喷砂。
如图11D所示，在喷砂工艺之后去除峰和谷的区域，从而形成去除的 峰(Pr)和去除的谷(Vr)。换句话讲，在喷砂工艺之后，峰的顶部与谷的 底部之间的分开距离减小。在一些实施方案中，对外表面1104进行喷砂可 减少表面粗糙度，这趋于有利于相对于纹理化金属部件1120的谷减小更大 量的峰。因此，纹理化金属部件1120的外表面1104变得更平坦。如11D 所示，峰的顶部(Pt)和谷的底部(Vb)的特征在于具有幅度范围 (Y2)。在一些示例中，幅度范围(Y2)在约2μm至约3μm之间。喷砂的 金属部件1130具有幅度范围(Y2)<(Y1)。如本文所述，幅度范围也可 指平均厚度值或最大厚度值。
有利的是，对纹理化金属部件1120的外表面1104进行重新喷砂可恢 复光泽度并实现更光滑的表面纹理，该更光滑的表面纹理接近未经受本文 所描述的化学剥离工艺和纹理化工艺的喷砂的钛部件的表面纹理。
在一些方面，喷砂的金属部件1130的表面光洁度与喷砂的阳极化铝部 件的表面光洁度相当。相对于未经历本文所描述的化学剥离工艺的常规喷 砂的钛部件，喷砂的金属部件1130实现几乎相同的光泽度值，同时具有更 深、更小尺度的裂隙。例如，常规的喷砂的钛部件在20°度下具有约28的 光泽度值、在60°度下具有约120的光泽度值，并且在85°度下具有约85的 光泽度值。喷砂的金属部件1130在20°度下具有约28的光泽度值、在60° 度下具有约100的光泽度值，以及在85°度下具有约80的光泽度值。在一 些示例中，外表面1104在20°度下具有x<30的光泽度值、在60°度下具有 x<100的光泽度值，并且在85°度下具有x<80的光泽度值。因此，当可见 光入射在外表面1104处时，外表面1104赋予可见光的更多镜面反射。在 一些示例中，当用20度光泽计测量时，外表面1104具有大于20光泽单位 的光泽度值。在一些示例中，当用60度光泽计测量时，外表面1104具有 大于90光泽单位的光泽度值。
根据一些实施方案，喷砂的金属部件1130具有被定量为外表面1104 的“均方根高度”(Sq值)的表面光洁度。Sq值表示高度相对于喷砂的金 属部件1130的峰的顶部(Pt)和谷的底部(Vb)的标准偏差。在一些示例 中，Sq值表示外表面1104的粗糙度的竖直尺度。根据一些示例，外表面 1104为1μm>Sq>0.5μm。在一些示例中，Sq值为0.4μm。
根据一些实施方案，喷砂的金属部件1130具有被定量为外表面1104 的“均方根梯度”(Sdq值)的表面光洁度。Sdq值是与表面的反射率和光泽 度成反比相关的表面纹理参数。换句话讲，Sdq值越高，光泽度的表面光洁 度越低。在一些示例中，Sdq值为约0.2μm。在一些示例中，外表面1104具 有0.1μm>Sdq>0.25μm的Sdq值。
根据一些实施方案，喷砂的金属部件1130具有被定量为外表面1104 的“自动相关长度”(Sal值)的表面光洁度。Sal值是表示峰和谷的横向尺 度的表面纹理参数。在一些示例中，Sal值为6μm。应当指出的是，纹理化 金属部件230的表面光洁度的Sq、Sal和Sdq值与喷砂的钛部件(例如，用 二氧化锆喷砂等)的表面光洁度紧密对应。然而，使用化学剥离工艺处理 的喷砂的金属部件1130之间的区别在于，喷砂的金属部件1130具有更深 的谷(例如，2μm-3μm深度)和更小尺度的特征。
图11E示出了根据一些实施方案的相对于纹理化金属部件800能够赋 予可见光的更多镜面反射的喷砂的金属部件1130的横截面图的示例性图 像。如11E所示，当可见光1140入射到喷砂的金属部件1130的外表面 1104上时，峰和谷能够将可见光1140的更多的漫射的、非角度反射赋予到 具有不同反射方向的多个光线中。
尽管未参照图11A—图11E示出，喷砂的金属部件1130还能够隐藏和 隐蔽通过焊接金属区段形成的焊线。例如，尽管峰的大小减小，但是喷砂 的金属部件1130仍保持峰和谷，该峰和谷可覆盖焊线以掩饰焊线的存在和 晶体晶粒结构的差异。
图12A-图12E示出了根据一些实施方案的用于形成具有阳极层的金属 部件的工艺的横截面图。根据一些实施方案，用于形成阳极层的方法可结 合形成如参照图2A-图2E所描述的纹理化金属部件和形成如参照图11A-图 11E所描述的喷砂的金属部件来执行。图12A示出了在化学剥离工艺之后 的纹理化金属部件1200的横截面图，如结合图11C所描述的。如图12A所 示，纹理化金属部件1200包括具有峰和谷的金属衬底1102，其中峰的顶部(Pt)与谷的底部(Vb)分开一个分开距离(Y1)。
图12B示出了根据一些实施方案的在阳极化工艺之后的阳极化的金属 部件1210的横截面图。纹理化金属部件1200可暴露于阳极化工艺(例 如，在25V–35V之间)，该阳极化工艺使得致使阳极化层1212由金属衬 底1102形成并且覆盖纹理化金属部件1200的外表面1104。如图12B所 示，阳极化层1212覆盖峰和谷；从而增加峰的顶部(Pt)与谷的底部 (Vb)之间的分开距离。
在一些示例中，阳极化层1212包括从金属衬底1102形成的氧化钛或 混合金属氧化物材料。阳极化层1212表现出取决于厚度的颜色，并且厚度 在约20nm至约200nm之间。换句话讲，阳极化层1212表现出薄膜干涉 色。在一些示例中，对金属衬底1102进行阳极化以实现具有期望颜色的阳 极化层1212。
图12C示出了根据一些实施方案的在喷砂工艺之前的阳极化金属部件 1210的横截面视图。尽管阳极化层1212包括具有薄膜干涉色的阳极化层 1212，但应当指出的是，阳极化层1212可由于紫外线辐射暴露而经受破碎 或褪色。为了改善阳极化层的颜色保持，阳极化金属部件1210可经受喷砂 工艺。值得注意的是，喷砂工艺可机械地剥离阳极化层1212的覆盖峰区域 的部分，同时保持阳极化层1212的覆盖谷的谷底的部分。此外，应当指出 的是，在常规阳极化部件上执行的喷砂工艺将完全去除阳极化层；并由此 去除薄膜干涉色。因此，在峰和谷上方形成阳极化层确保了由于喷砂工艺 造成的对颜色损失的更大阻力。根据一些示例，阳极化层1212的部分可被 设置在外表面1104的谷的深处，并且难以或不可能经由化学品或机械装置 去除。例如，二氧化锆珠不能够足够深地穿透到谷中以到达阳极化层1212 的覆盖谷的部分。二氧化锆珠的大小为约100μm，其大于谷的大小。谷自 身具有小尺度粗糙度(例如，μms的10s)。
如图12C所示，去除线(SL)表示在喷砂工艺之后可机械去除的峰和 谷的不同区域。在一些示例中，根据去除线(SL)去除的峰和谷的区域的 量是基于在喷砂工艺期间使用的喷砂颗粒的持续时间、强度、大小中的至 少一者。在一些情况下，可能期望相对于谷去除更大量的峰，以便实现具 有较高光泽度光洁度的更光滑的表面。在一些情况下，从峰和谷中去除的 材料的量旨在实现对应于L*a*b*色彩空间模型的期望的薄膜干涉色。例 如，显著去除覆盖峰和谷的阳极化层1212可降低薄膜干涉色的感知饱和 度。
在一些示例中，喷砂工艺包括用二氧化锆(ZrO2)颗粒对纹理化金属 部件1120的外表面1104进行喷砂。在一些示例中，喷砂工艺涉及在60秒- 90秒之间的持续时间内用二氧化锆颗粒进行喷砂。
图12D示出了根据一些实施方案的在喷砂工艺之后的喷砂的阳极化部 件1220的横截面图。如图12D所示，在喷砂工艺之后去除峰和谷的区域， 从而形成去除的峰(Ra)和去除的谷(Rv)。喷砂工艺可在细小长度尺度 (μm的10s)下实现特定颜色。
在一些实施方案中，对外表面1104进行喷砂可减少表面粗糙度，这趋 于有利于相对于喷砂的阳极化部件1220的谷减小更大量的峰。因此，喷砂 的阳极化部件1220的外表面1104变得更平坦，使得峰的顶部(Pt)和谷的 底部(Vb)的特征在于具有幅度范围(Y4)。在一些示例中，幅度范围 (Y4)在约2μm至约3μm之间。如本文所述，幅度范围也可指平均厚度值或最大厚度值。
值得注意的是，尽管对外表面1104进行喷砂可相对于谷不成比例地减 小更大量的峰，单是在喷砂工艺之前，外表面1104仍基本上保持薄膜干涉 色。实际上，阳极化层1212的各部分以非常小尺度的比例保留在谷内。换 句话讲，可存在相对于峰覆盖谷的更大量的阳极化层1212。在一些示例 中，阳极化层1212具有小于外表面1104的表面积的表面积。有利的是， 在磨损暴露期间，对外表面1104进行喷砂可改善表面可靠性。另外，对阳 极化层1212的选择性区域进行喷砂可使得制造商能够形成比使用常规阳极 化工艺可能形成的阳极化层1212的更复杂的图案。
喷砂的阳极化部件1104的外表面1220的特征在于通常为高光泽度的 表面光洁度。在一些示例中，外表面1104在20°度下具有20<x<30的光泽 度值、在60°度下具有90<x<100的光泽度值，并且在85°度下具有70<x<80 的光泽度值。因此，当可见光入射在外表面1104处时，外表面1104赋予 可见光的更多镜面反射。
图12E示出了根据一些实施方案的在另外的阳极化工艺之后的多阳极 氧化部件1230的横截面图。如图12E所示，喷砂的阳极化部件1220可经 受另外的阳极化工艺以形成更复杂的阳极化图案。具体地，对应于去除的 峰(Ra)和去除的谷(Rv)的金属衬底1102的区域可经受另外的阳极化工 艺以形成另外的阳极化层1232。在一些示例中，另外的阳极化层1232可具 有与阳极化层1212不同的厚度；从而赋予不同的薄膜干涉色。因此，多阳 极化部件1230的外表面1104重新获得峰的顶部(Pt)和谷的底部(Vb)中 的一些，并且特征在于具有幅度范围(Y5)。
根据一些实施方案，光掩模可用于在外表面1104的不同部分处实现不 同的薄膜干涉色。例如，可使用掩模来形成徽标或其他标记。根据一些实 施方案，可利用掩模来掩蔽旨在形成另外的阳极化层1232的外表面1104 的区域。
此外，喷砂的阳极化部件1220和多阳极化部件1230还能够隐藏或伪 装沿着金属衬底1102形成的焊线。具体地，阳极化层1212和另外的阳极 化层1232的生长对焊线的存在不敏感。另外，喷砂工艺可赋予也用于隐藏 焊线的高光泽度光洁度。
图13示出了根据一些实施方案的用于形成喷砂的金属部件和喷砂的阳 极化部件的方法的流程图。在一些示例中，喷砂的金属部件对应于喷砂的 金属部件1130，并且喷砂的阳极化部件对应于喷砂的阳极化部件1220或多 阳极化部件1230，其可对应于本文所描述的便携式电子设备102、104、 106或108中的任一者的金属表面。
如图13所示，方法1300在步骤1302处开始，其中金属衬底1102(例 如钛或其合金等)经受处理步骤。在一些示例中，处理步骤包括对金属衬 底1102的外表面1104进行喷砂以形成糙面表面光洁度和/或抛光外表面 1104以形成高光泽度的表面光洁度。应当指出的是，糙面表面光洁度在光 泽度上仍然相对较高。此外，高光泽度表面光洁度在美容上不适用于消费 工业中的便携式电子设备。
在步骤1304处，通过应用电化学氧化工艺(例如，微弧氧化等)在金 属衬底1102的表面上形成金属氧化物层1106。结合执行电化学氧化工艺， 将金属衬底1102的外表面1104粗糙化以形成具有交替的峰和谷的纹理化 表面。根据一些示例，电化学氧化工艺包括将高压阳极化工艺应用到引起 等离子体放电事件的金属氧化物层1106。等离子体放电事件致使金属氧化 物层1106的部分熔融，从而得到结晶结构。金属氧化物层206可具有约 2000HV的维氏硬度值。
随后，在步骤1306处，去除金属氧化物层206并将其与金属衬底1102 的表面分开。具体地，在自限制性移除过程中，金属氧化物层1106暴露于 化学剥离溶液(例如磷酸等)，该化学剥离溶液取决于金属衬底1102耐化 学蚀刻的金属。化学剥离溶液完全侵蚀掉金属氧化物层1106，但不影响 (即侵蚀)金属衬底1102的交替的峰和谷。通过去除金属氧化物层1106， 金属衬底1102的交替的峰和谷被暴露。
然后，在步骤1308处，可任选地在交替的峰和谷上方形成阳极化层 1212。阳极化层1212可赋予金属衬底1102薄膜干涉色。在一些示例中， 可使用光学检测系统来确定阳极化层1212是否具有对应于期望颜色的厚 度。由于确定阳极化层1212的颜色是否匹配期望颜色，因此阳极化工艺可 继续或结束。
在步骤1310处，可任选地去除阳极化层1212的一部分，以使外表面 1104变平坦。随着相对于谷不成比例地减小峰，峰和谷可变平坦。
在步骤1312处，根据一些实施方案，可使用喷砂工艺来处理阳极化金 属部件1210的外表面1104或纹理化金属部件1120的外表面1104。
图14示出了根据一些实施方案的具有喷砂的表面的喷砂的金属部件 1400的顶视图的示例性电子显微镜图像。在一些示例中，金属对应于喷砂 的金属部件1130，如参考图11A-图11E所描述的。如图14所示，在化学 剥离工艺之后，喷砂的金属部件1400保持峰(P)和谷(V)的粗糙度。有 利的是，喷砂的金属的峰和谷可隐藏钛衬底中的缺陷，诸如焊线和晶体结 构差异。应当指出的是，喷砂工艺可隐藏此类缺陷，这些缺陷不能单独通 过喷砂来隐藏。
在一些示例中，喷砂工艺可导致将喷砂的金属部件1400的外表面 1404带到常规喷砂的钛部件的初始光泽度的约50％-70％之间。
图15示出了根据一些实施方案的具有喷砂的表面金属部件的顶视图和 对应的轮廓视图的示例性电子显微镜图像。金属部件的电子显微镜图像的 顶部视图示出了相对于峰的不成比例量的谷，这是喷砂工艺的结果。微弧 氧化工艺致使外表面1104的平均幅度朝更大的平均高度(例如，约 0.4μm)转变，并且喷砂工艺致使喷砂的金属部件(例如，喷砂的金属部件 1400)的纹理化外表面1504的平均高度降低至平均幅度(例如，约0.35μm)。平均幅度的转变由截短且平滑的峰表示，而谷因凹陷而不受到 喷砂工艺的影响。
图16示出了根据一些实施方案的具有阳极层的金属部件的顶视图的示 例性电子显微镜图像。图16示出了根据一些实施方案的喷砂的阳极化部件 1600(例如，喷砂的阳极化部件1220)的示例性电子显微镜图像。喷砂的 阳极化部件1600包括外表面1602，该外表面1602具有覆盖峰(P)的和谷 (V)的各部分的阳极化层1604。如图16所示，存在足够量的阳极化层 1604来赋予喷砂的阳极化部件1600耐磨损的薄膜干涉色。如本领域的普通 技术人员所理解的，通过阳极化层的厚度赋予不同的薄膜干涉色。阳极化 电压的幅度可影响阳极化层1212的厚度。
图17示出了根据一些实施方案的蚀刻金属部件的示例性图。具体地， 蚀刻的金属部件可对应于纹理化金属部件230、喷砂的金属部件1130、喷 砂的阳极化部件1220或多阳极化部件1230中的任何一者。如上所述，这 些蚀刻的金属部件中的任何一者可包括沿着实际表面(AS)的峰和谷，所 述峰和谷可被限定为与蚀刻的金属部件的标称表面(NS)的竖直偏差 (Vd)。标称表面(NS)上的竖直偏差(Vd)在蚀刻的金属部件上的指定 长度(L)上发生。竖直偏差(Vd)可包括在标称表面(NS)上方延伸的 正竖直偏差和在标称表面(NS)下方延伸的负竖直偏差。正竖直偏差呈峰 的形式，并且负竖直偏差呈谷的形式。
本文所引用的任何范围均包括端值在内。本文所用的术语“基本 上”、“大体上”和“约”用于描述和说明小的波动。例如，它们可指小 于或等于±5％，诸如小于或等于±2％、诸如小于或等于±1％、诸如小于或等 于±0.5％、诸如小于或等于±0.1％。
可单独地或以任何组合使用所述实施方案的各个方面、实施方案、具 体实施或特征。可由软件、硬件或硬件与软件的组合来实施所述实施方案 的各个方面。所述实施方案还能够被实施为计算机可读介质上的用于控制 生产操作的计算机可读代码，或者被实施为计算机可读介质上的用于控制 生产线的计算机可读代码。计算机可读介质为可存储数据的任何数据存储 设备，其后该数据可由计算机系统读取。计算机可读介质的示例包括只读 存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带和光学数据存储 设备。计算机可读介质也能够分布在网络耦接的计算机系统中，使得计算 机可读代码以分布的方式被存储和执行。
为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻 底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体 细节即可实践所述实施方案。因此，具体实施方案的前述描述被呈现用于 例示和描述的目的。前述描述不旨在为穷举性的或将所述的实施方案限制 为所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是， 鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种用于便携式电子设备的外壳，所述外壳包括：
钛衬底，所述钛衬底包括纹理化表面，所述纹理化表面具有(i)大于0.2微米的均方根梯度Sdq和(ii)通过光泽计在60度下所测量的大于90光泽单位的光泽度值。
2.根据权利要求1所述的外壳，其中所述纹理化表面包括由谷分开的峰，并且所述峰的顶点与所述谷的谷底之间的分开距离为至少2微米。
3.根据权利要求1所述的外壳，其中所述纹理化表面的特征在于具有通过所述光泽计在20度下所测量的大于20光泽单位的光泽度值。
4.根据权利要求1所述的外壳，其中所述纹理化表面的特征在于具有通过所述光泽计在85度下所测量的大于70光泽单位的光泽度值。
5.根据权利要求1所述的外壳，其中所述纹理化表面的特征在于具有大于0.2微米的均方根高度Sq。
6.根据权利要求1所述的外壳，还包括：
阳极化层，所述阳极化层具有覆盖所述纹理化表面的一部分的介于20纳米至200纳米之间的厚度。
7.根据权利要求1所述的外壳，其中所述钛衬底为焊接的钛部件。
8.一种用于便携式电子设备的外壳，所述外壳包括：
钛衬底，所述钛衬底包括纹理化表面，所述纹理化表面具有由谷分开的峰，其中所述峰的顶点与所述谷的谷底分开至少2微米，并且所述纹理化表面具有通过光泽计在60度下所测量的大于90光泽单位的光泽度值。
9.根据权利要求8所述的外壳，其中所述纹理化表面具有大于0.2微米的均方根梯度Sdq。
10.根据权利要求8所述的外壳，其中所述纹理化表面具有大于0.2微米的均方根高度Sq。
11.根据权利要求8所述的外壳，其中所述纹理化表面具有通过所述光泽计在20度下所测量的大于20光泽单位的光泽度值。
12.根据权利要求8所述的外壳，还包括：
阳极化层，所述阳极化层覆盖所述纹理化表面的一部分。
13.根据权利要求12所述的外壳，其中所述阳极化层具有介于20nm至200nm之间的厚度。
14.一种用于便携式电子设备的外壳，所述外壳包括：
钛衬底，所述钛衬底包括纹理化表面，所述纹理化表面具有由谷分开的峰，其中所述纹理化表面的特征在于具有大于0.2微米的均方根高度Sq；和
阳极化层，所述阳极化层覆盖所述纹理化表面的一部分。
15.根据权利要求14所述的外壳，其中所述阳极化层具有介于20nm至200nm之间的厚度。
16.根据权利要求15所述的外壳，其中所述阳极化层的特征在于具有取决于所述阳极化层的所述厚度的颜色。
17.根据权利要求14所述的外壳，其中使用CIEL*a*b*色彩空间模型，所述阳极化层具有介于-6至10之间的a*值和介于-20至30之间的b*值。
18.根据权利要求14所述的外壳，其中所述峰的顶部与所述谷的底部分开2微米或更大的分开距离。
19.根据权利要求18所述的外壳，其中所述阳极化层覆盖比所述峰多的所述谷。
20.根据权利要求14所述的外壳，其中所述纹理化表面具有大于0.2微米的均方根梯度Sdq。
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