本出願による方法及び装置の代表的な適用例を、本セクションで説明する。これらの例は、更なる前後関係を提供し、説明する実施形態の理解を助けることのみを目的として提供される。それゆえ、説明される実施形態は、これらの具体的な詳細の一部又はすべてを伴わずに実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の実例では、説明される実施形態を不必要に不明瞭化することを回避するために、周知のプロセスステップは、詳細には説明されていない。他の適用例が可能であり、それゆえ以下の実施例は、限定的なものとして解釈されるべきではない。
以下の「発明を実施するための形態」では、説明の一部を成し、記載された実施形態による具体的な実施形態が例示として示される添付の図面が参照される。これらの実施形態は、説明する実施形態を当業者が実施し得る程度に詳細に説明されるが、これらの実施例は限定するものとして理解されず、したがって、他の実施形態を使用してもよく、説明する実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく変更を行ってもよい。
本明細書で説明される実施形態は、非金属材料(たとえば、ポリマー材料など)を金属部分に取り付けるのを容易にするために、金属部分の表面においてインターロッキング構造体を形成する技法を記載する。特に、ポータブル電子デバイス用のエンクロージャは、これらのエンクロージャに構造的改善及び/又は装飾的改善の組み合わせを提供するために、金属材料と非金属材料の組み合わせを利用することができる。しかしながら、金属は、非金属材料(たとえば、ポリマー、ガラス、セラミックなど)に付着する自然の能力を欠いている可能性がある。たとえば、ステンレス鋼及び陽極酸化アルミニウムなどの特定の材料は、金属基板と、金属基板を覆う金属酸化物層とを含むことができる。特に、金属酸化物層は、一般に、そうでなければ金属部分の耐用年数を短縮する液体及び他の汚染物質によって引き起こされる基礎をなす金属基板の腐食を防止する。金属酸化物層は、基礎をなす金属基板の腐食を抑制するのに有益であり得るが、金属/酸化物は、非金属材料を外部面に取り付ける際に困難に寄与する可能性がある、平滑かつ平坦な外部面仕上げを有するものとして特徴付けられ得る。
非金属材料を金属部分に取り付ける他の技法は、金属部分の外部面にノッチを機械加工することを含むことができる。しかしながら、この機械加工プロセスは、機械加工プロセスがかなりの時間、費用及び労力を伴う可能性があるので、大量のエンクロージャを製造することに依存するとき、欠点を有する場合がある。更に、金属部分の外部面において形成されたノッチは、概ね平滑な表面を有するものとして特徴付けられ得る。しかしながら、これらの平滑な表面は、湿気及び他の汚染物質が金属部分の基礎をなす金属基板に達するのを抑制することができる水密シールを欠いている可能性がある。特に、これらの平滑な表面は、金属部分の外部面から基礎をなす金属基板への直接的な漏れ経路を画定する。更に、射出成形プロセスなどによってこれらのノッチにポリマー材料を充填することは、ポリマー材料の形状がこれらのノッチの平滑な表面を単純に反映するので、一般にこの問題を取り除くことができない。
本明細書で説明される実施形態は、金属部分の外部面において別々に個別インターロッキング構造体を形成する技法を記載する。特に、これらの個別インターロッキング構造体のそれぞれは、非金属材料のアタッチメント特徴部を受け入れることができる。一部の例では、これらの別々のインターロッキング構造体は、金属部分をエッチングプロセスに曝す結果として形成されたエッチングされたインターロッキング構造体と呼ばれる場合がある。一部の例では、これらのインターロッキング構造体のそれぞれは、アタッチメント特徴部を補足するアンダーカット領域を含むことができる。一部の例では、これらのインターロッキング構造体のそれぞれは、引張り強度を更に増加させ、耐湿性を増加させるために、金属酸化物層によって覆われ得る。
一部の実施形態によれば、非金属材料が金属部分から強く引き離されることを防止するためなど、非金属材料のアタッチメント特徴部に対してかなりの量の取り付け強度及ぼすことができることが好ましい。たとえば、ポータブルデバイスのエンクロージャが床に落とされるか、又は物理的な損傷を受けた場合、非金属材料は、金属部分から分離しようとする可能性がある。有益なことには、これらのインターロッキング構造体の取り付け強度(たとえば、引張り強度)が大きいほど、非金属材料が金属部分から分離する可能性は低くなる。
本明細書で説明される実施形態における技法は、インターロッキング構造体を有する金属部分の外部面のオーバエッチングを防止することができることに留意されたい。特に、外部面におけるインターロッキング構造体のオーバエッチングは、適量のエッチングを有する外面に対して、金属部分と非金属材料との間の取り付け強度を実際に大幅に低下させる可能性があるという点で望ましくない可能性がある。本明細書で説明するように、外部面のオーバエッチングは、外部面の総表面積の約80%〜約100%をカバーするインターロッキング構造体の形成を指すことができる。対照的に、外部面の適量のエッチングは、外部面の総表面積の約25%〜約70%をカバーするインターロッキング構造体の形成を指すことができる。特に、外部面のオーバエッチングは、単一の領域における単一の千鳥状インターロッキング構造体の形成をもたらす、単一の領域において互いに重畳する複数の空所によって特徴付けられる。千鳥状インターロッキング構造体は、千鳥状インターロッキング構造体が、開口部の下に併置された捕獲領域によりも大きいサイズ(たとえば、直径)を有する開口部を含むという点で、インターロッキング構造体とは対照的である。一部の例では、外部面のオーバエッチングが、外部面から離れるのではなく、外部面に近づく金属部分の材料の大部分をエッチング除去するので、千鳥状インターロッキング構造体の開口部は、捕獲領域よりも大きい。実際に、オーバエッチングされた外部面は、粗くかつ不均一な外部面を有するものとして特徴付けられる。更に、外部面のオーバエッチングは、複数のインターロッキング構造体を互いの上に部分的に形成させる可能性があり、それは、これらのインターロッキング構造体間の分離距離の減少、単一の領域における空所形成密度の増加、並びに各インターロッキング構造体の明確に画定された形状及びサイズの毀損につながる可能性がある。たとえば、外部面のオーバエッチングの結果として形成された千鳥状インターロッキング構造体は、互いに隣接又は重畳して配置される。結果として、これらの千鳥状インターロッキング構造体が非金属材料への取り付けを維持する能力は、大きく影響を受ける。特に、金属部分のオーバエッチングに関連付けられた千鳥状インターロッキング構造体は、金属部分の構造的完全性を損ない、非金属材料を金属部分に取り付ける不均一な取り付け面を形成する可能性がある。加えて、オーバエッチングは、金属部分の幾何学的形状又は寸法を変更する可能性もあり、それは、結果として、金属部分を指定された製造公差レベル外にする。更に、オーバエッチングは、金属部分の隙間及び構造を変える可能性がある。隙間のサイズ及びアンテナスプリットの構造を変えることは、エンクロージャのキャビティ内に含まれる無線アンテナの性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、これは、アンテナスプリット又はラインを有するエンクロージャの金属部分において特に重要である。たとえば、スプリットにおいて形成されたエッチングされたインターロッキング構造体は、非金属材料(たとえば、射出成形プラスチック)を受け入れることができる。しかしながら、インターロッキング構造体がこれらのスプリットにおいてオーバエッチングされた場合、金属部分と非金属材料との間の接合強度の低下につながる可能性がある。
一部の実施形態によれば、インターロッキング構造体は、適量のエッチング(たとえば、外部面の総表面積の約25%〜約70%)を有する外部面に関連付けられ得る。互いに重畳して又は接触して形成された千鳥状インターロッキング構造体とは対照的に、インターロッキング構造体は、一般に各インターロッキング構造体のそれぞれの取り付け強度におけるいかなる妥協も防止する十分な量の分離距離によって一般に分離される。加えて、適量のエッチングを有する外部面は、オーバエッチングされた外部面に対して低下したピット密度を示す。更に、インターロッキング構造体は、開口部の下に配置されたアンダーカット領域よりも小さいサイズ(たとえば、直径)を有する開口部を有するものとしても特徴付けられる。一部の実施形態では、インターロッキング構造体のアンダーカット領域は、金属部分の材料(たとえば、金属酸化物、金属基板など)がオーバハングし、アンダーカット領域を画定するので、そのように呼ばれる場合がある。一部の例では、インターロッキング構造体の開口部のサイズは、表面における金属部分の材料の大部分が元のままであるので、アンダーカット領域のサイズよりもはるかに小さい。実際に、インターロッキング構造体を有する適度にエッチングされた表面は、概して平滑な表面を示し、場合によっては、開口部を画定する金属部分の側は、概して均一な厚さを有する。
アルミニウムは、家庭用グレードのポータブル電子デバイスのための選択材料として頻繁に引用されている。実際に、アルミニウムは、高い比強度及び剛性などの望ましい属性を有し、機械加工が比較的容易である。更に、アルミニウムは、毎日の取り扱いによる劣化に耐える広い範囲の耐久性のある美的な仕上げをもたらすために陽極酸化され得る。アルミニウムは、ガラス及びポリマーなどの非金属材料と組み合わせて使用され得る。たとえば、ポータブル電子デバイスのディスプレイは、エンクロージャ用のアルミニウムフレームに接合され得る。アルミニウムフレームは、しばしば、エンクロージャ内に担持されるアンテナの電磁干渉を防止するなどのために、様々な電気的に分離された部分に細分される。たとえば、アルミニウムは、ディスプレイが一方の面に接合され、ガラスが対向する面に接合されるように、エンクロージャの縁の周りに構造的バンドを形成するために使用される。更に、電気的分離スプリットは、エンクロージャの周辺部のあたりに形成され得る。
構造的バンドがエンクロージャにその有効期間にわたり十分な構造的強度、ロバスト性、剛性、並びに耐熱性及び耐湿性を付与するために、エンクロージャは、金属(たとえば、アルミニウム)と非金属材料(たとえば、ポリマー)との間に強い接着接合が形成されることを必要とする。実際に、これらの要件は、(改善されたアンテナ性能のための)追加の絶縁スプリット及び更により小さい接着の領域(重量及びスペースを最小限に抑えるため)に直面して満足するための更により技術的な課題である。更に、耐水性エンクロージャの必要性の高まりは、エンクロージャが多くの歪みサイクルを受けた後であっても、これらの接着接合が、強度を維持するだけでなく、湿気の漏れを防ぐ必要もあることを要求する。更に、航空宇宙産業では、機械的締め具(たとえば、リベット)などの金属を非金属材料に固定する既存の機構は、金属部分間の電気的分離の必要性のために、ポータブル電子デバイスでは使用することができないことに留意すべきである。たとえば、非金属材料(たとえば、ポリマー)は、一緒に取り付けられた異なる金属部分を電気的に分離するために使用される。たとえば、クロム酸陽極酸化及び硫酸陽極酸化等の代替物は、一般に劣った接着性能を示す。実際に、これらのプロセスは、一般に、軽いスカロップ状の構造を生成し、それは、厳しい環境における家庭での使用に耐えるために必要な取り付け強度、耐水性及び引張り強度を提供することができない。実際に、ポータブル電子デバイス用のエンクロージャがより小さくなるにつれて及び/又はこれらのエンクロージャの設計が単なる周辺部の金属バンドに変わるにつれて、金属と非金属との間の接合が可能になる領域は、大幅に縮小される。したがって、よりロバストな金属対非金属の接合の重要性が増している。本明細書でより詳細に説明されているように、金属を非金属に取り付ける本明細書で説明される実施形態は、既存の機構に対して少なくとも50%の改善を与える。
本明細書で使用される場合、陽極皮膜、陽極酸化膜、陽極層、陽極酸化層、陽極酸化物コーティング、陽極層、陽極酸化層、金属酸化物層、酸化物皮膜、酸化層、パッシベーション層、パッシベーション皮膜、及び酸化物層という用語は、交換可能に使用されることが可能であり、任意の適切な酸化物層を指すことができる。酸化物層は、金属基板の金属表面上に形成される。金属基板はいくつかの好適な金属又は金属合金のうちの任意のものを含むことができる。一部の実施形態では、金属基板は、鋼合金(たとえば、ステンレス鋼)を含むことができる。ステンレス鋼のタイプは、316Lタイプのステンレス鋼などの任意の数の例を含むことができる。一部の実施形態では、金属基板は、アルミニウムを含むことができ、アルミニウムは、酸化されたときにアルミニウム酸化物を形成することができる。一部の実施形態では、金属基板は、アルミニウム合金を含むことができる。一部の実施形態では、金属基板は、チタン又はチタン合金を含むことができる。一部の実施形態では、非金属層は、非金属層が大部分非金属材料からなるように、金属材料と混合されるか、又は金属材料と組み合わせた大部分の非金属材料を含むことができる。他の実施形態では、金属からなる部分も、本明細書で説明されるのと同じプロセス及び技法を利用して金属部分に取り付けられ得る。本明細書で使用される場合、部分、層、セグメント及びセクションという用語は、必要に応じて交換可能に使用され得る。
これら及び他の実施形態は、図1、図2A〜図2G、図3、図4〜図5、図6A〜図6B、図7A〜図7B、図8〜図11、図12A〜図12E、図13A〜図13C、図14A〜図14C、図15A〜図15B及び図16〜図21を参照して以下で議論される。しかしながら、これらの図に関して本明細書に記載される詳細な説明は、説明を目的とするものに過ぎず、限定するものとして解釈するべきではないことが、当業者には容易に理解されるであろう。
図1は、本明細書で説明される技法を使用して処理され得る様々なポータブルデバイスを示す。本明細書で説明される技法は、家庭での使用のためのポータブルデバイスのエンクロージャの金属表面(たとえば、金属酸化物層など)を処理するために使用され得る。図1は、スマートフォン102と、タブレットコンピュータ104と、スマートウォッチ106と、ポータブルコンピュータ108とを示す。一部の実施形態によれば、金属表面は、金属酸化物層によって覆われた金属基板を指すことができる。一部の例では、金属酸化物層は、金属基板から形成され得る。特に、金属酸化物層は、たとえば、これらのポータブルデバイスが落とされるか、引っかかれるか、欠けるか、又は摩耗させられるとき、金属基板を保護するための追加の保護コーティングとして機能することができる。
金属基板がアルミニウム又はアルミニウム合金を含む場合などの一部の例では、金属酸化物層は、金属基板の上に形成され得、細孔構造体を含むことができ、細孔構造は、金属酸化物層を貫通して形成され、金属酸化物層の外部面から、金属酸化物層を、基礎をなす金属基板から分離するバリア層まで延びることができる。加えて、一部の実施形態によれば、金属酸化物層の細孔構造のそれぞれは、染料粒子に関連付けられた特定の色で金属酸化物層を染めることができる染料粒子を受け入れることができる。一部の例では、金属酸化物層は、複数の異なる染料色を含むことができる。
一部の実施形態によれば、非金属材料(又はバルク層)は、金属表面の外部面に取り付けられ得る。特に、金属材料と非金属材料の組み合わせを含むこれらのポータブルデバイスの多層エンクロージャは、改善された構造的干渉及び電磁干渉の低減の利点をこれらのポータブルデバイスの機能に提供することができる。一例では、これらのポータブルデバイスは、他の電子デバイスとのデータ信号を受信及び送信することができる無線アンテナ/送受信機を含むことができる。しかしながら、無線アンテナを直接覆う金属表面は、これらのデータ信号を受信及び/又は送信するポータブルデバイスの能力に影響を与える可能性がある量の望ましくない電磁干渉を引き起こす可能性がある。しかしながら、熱可塑性物質などの非金属材料は、一般に非導電性(すなわち誘電体)であり、したがって、十分な量の構造剛性及び保護品質をポータブルデバイスのエンクロージャに依然として付与しながら、ポータブルデバイスに影響を及ぼす電磁干渉の量を最小限に抑えることができる。一部の例では、非金属材料は、染料粒子に関連付けられた特定の色で非金属材料を染めるなどのために、染料粒子を含むこともできる。一部の例では、非金属材料は、非金属材料を特定の色で染めるため、並びに強化された機械的強度のために、無機顔料と充填材とを含むことができる。
本明細書でより詳細に説明されているように、金属表面は、非金属材料が金属部分から強く引き離される及び/又は分離されることを防ぐなどのために、非金属材料を受け入れ、保持することができるインターロッキング構造体を含むことができる。たとえば、これらのポータブルデバイス102、104、106、108が落とされるか又は物理的損傷を受けた場合、非金属材料は、金属部分から引き離される傾向を示す場合がある。有益なことには、これらのインターロッキング構造体は、非金属材料が金属部分から分離するのを防ぐことができ、したがって、エンクロージャの全体的な構造上の構成を維持することができる。これらのポータブルデバイス102、104、106、108のいずれかの金属表面を形成する技法は、図2A〜図2G、図3、図4〜図5、図6A〜図6B、図7A〜図7B、図8〜図11、図12A〜図12E、図13A〜図13C、図14A〜図14C、図15A〜図15B及び図16〜図21を参照して説明されている様々な実施形態を参照して以下で議論される。
非金属材料を金属部分に接合するエッチング
図2A〜図2Fは、一部の実施形態による、金属部分の外部面においてインターロッキング構造体を形成するプロセスを受ける金属部分の断面図を示す。図2Aは、金属部分200の外部面202においてインターロッキング構造体を形成するプロセスを受ける前の金属部分200を示す。一部の実施形態では、金属部分200は、それによって外部面がエッチング溶液に曝されるその後のエッチングプロセスに適した任意の厚さを有することができる。一部の実施形態では、金属部分200は、ポータブルデバイス102、104、106及び108のエンクロージャなどの最終部品のほぼ正味の形状を有する。外部面202は、金属部分に非金属層を取り付ける取り付け面又は界面に対応することができる。
一部の実施形態によれば、図2Aに示す金属部分200は、非電解パッシベーションプロセスなどの表面処理プロセスに続く金属部分200を表す。特に、金属部分200は、非電解パッシベーションプロセスの結果として金属基板204の上に配置される金属酸化物層206を含むことができる。一部の例では、金属基板204の表面は、パッシベーションプロセスを受ける前に洗浄される。一部の例では、非電解パッシベーションプロセスの間、金属基板204は、金属基板204を空気又は湿気に曝すことによって、自発的プロセスによって自然な金属酸化物層を形成するために酸化され得る。たとえば、金属基板204は、鋼合金(たとえば、ステンレス鋼)を含むことができる。特に、ステンレス鋼は、約72%の鉄と、約16%〜18%のクロムとを含むことができる。ステンレス鋼中に存在するクロム合金要素は、酸素と反応することができ、金属基板204の上に配置された金属酸化物層206(たとえば、クロム酸化物)を形成するなどのために、金属基板204が非電解パッシベーションプロセスの影響を受けやすくなるようにすることができる。一部の例では、金属酸化物層206は、クロム酸化物皮膜を含むことができ、クロム酸化物皮膜は、ステンレス鋼を含む金属基板204の上に形成されたパッシベーション層と呼ばれる場合もある。いくつかの例では、クロム酸化物皮膜は、Cr2O3酸化物を含むことができる。加えて、パッシベーション層の外側に形成された多孔質酸化物は、Ni/Fe酸化物を含むことができる。
一部の例によれば、金属基板204は、高さ、幅及び深さを有する3次元構造であり、金属基板204は、金属酸化物層206を形成し、非金属層を金属部分200に取り付けるのに適した任意のタイプの幾何学的形状を有することができる。一部の例では、金属基板204の幾何学的形状は、矩形、多角形、円形、傾斜端部、角端部、楕円形などを含むことができる。一部の例では、金属基板のテクスチャは、概して平坦又は非平坦面であり得る。
金属酸化物層206がアルミニウム又はアルミニウム合金を含む他の例では、金属酸化物層206は、電解陽極酸化プロセスによって形成され得る。一部の実施形態では、金属基板204の一部は、金属酸化物層206に変換されるか、又は金属酸化物層206への変換によって消費される。他の例では、金属酸化物層206は、任意の適切な陽極酸化プロセスによって形成され得る。
一部の例によれば、金属酸化物層206は、約1ナノメートル〜数百ナノメートルの厚さを有することができる。一部の例では、厚さは、約3ナノメートル〜約500ナノメートルである。一部の例では、金属酸化物層206の厚さは、約10ナノメートル〜約100ナノメートルである。金属酸化物層206の厚さは、金属基板204がパッシベーションプロセスに曝される時間を調整することによって制御され得る。金属酸化物層206がアルミニウム又はアルミニウム合金を含む一部の実施形態によれば、金属酸化物層206は、金属部分200の外部面202の中心面に略垂直な方向に細長い略円柱形状を有するものとして特徴付けられる細孔壁によって画定された細孔構造体を含むことができる。
図2Bは、金属部分210の外部面202において第1のインターロッキング構造体212を形成するプロセスを受けた後の金属部分210の断面図を示す。一部の実施形態によれば、第1のインターロッキング構造体212を形成するプロセスは、金属部分200をエッチング溶液に曝すことなどによって、金属部分200をエッチングすることを含むことができる。一部の実施形態によればエッチング溶液は、塩化第二鉄(FeCl3)を含むことができる。一部の例では、エッチング溶液中に存在するFeCl3の濃度は、約150g/L〜約250g/Lである。特に、金属部分210が第1のサイクルの間エッチング溶液に曝されると、エッチング溶液は、金属部分210の外部面202において第1のインターロッキング構造体212を形成させることができる。一部の例では、第1のインターロッキング構造体212は、多角側面又は複数のクラックを有するエッチングされた構造体を指すことができる。
一部の例では、第1のインターロッキング構造体212は、金属酸化物層206内に脆弱性又は欠陥が存在する外部面202の第1の領域211である反応部位において形成される。一部の例では、エッチング溶液は、第1のインターロッキング構造体212を形成するために第1のインターロッキング構造体212の位置に対応する金属酸化物層206の一部を除去させることができる。一部の例では、第1のインターロッキング構造体212は、図2Gを参照してより詳細に説明されているように、金属酸化物層206の複数の弱化領域において形成されたいくつかのインターロッキング構造体を指すことができることに留意されたい。たとえば、FeCl3中に存在する塩化物は、金属酸化物層206中に存在する金属酸化物と相互作用し、したがって、金属酸化物接合を溶解し、金属基板204を露出させることができる。
一部の例によれば、エッチングプロセスの各エッチングサイクルは、約30秒〜約300秒の持続時間を有する。他の例では、各エッチングサイクルは、約60秒〜約150秒の持続時間である。特に、エッチングサイクルの持続時間を調整することは、外部面202において形成されたインターロッキング構造体のそれぞれのサイズ(たとえば、直径、幅など)に直接影響を及ぼすことができる。加えて、エッチング溶液の化学的性質も、インターロッキング構造体のそれぞれのサイズに直接影響を及ぼすことができる。たとえば、より高い濃度のエッチング溶液(たとえば、FeCl3)は、インターロッキング構造体のそれぞれのサイズを増加させることに直接寄与することができる。
図2Cに示されているように、金属部分220は、第1のインターロッキング構造体212の上に形成されたパッシベーション酸化物層222を形成することができる。第1のエッチングサイクルを完了した後、金属部分210は、第1のインターロッキング構造体212に対応する露出された金属基板204の上のパッシベーション酸化物層の形成を促進するために、エッチング溶液から除去され、空気中の酸素に曝され得る。一部の例では、金属部分210は、約10秒の持続時間の間酸素に曝され得る。他の例では、曝露の持続時間は、約1分〜約5分である。加えて、金属部分210の外部面202は、第1のインターロッキング構造体212の露出された金属基板204の上のパッシベーション酸化物層の形成を更に促進するために、存在し得る任意の液体又は汚染物質を除去するように洗浄され得る。たとえば、外部面202は、FeCl3の任意の残留物を除去するために、水道水又は脱イオン水で洗浄及びリンスされ得る。加えて、FeCl3の任意の残留物を除去するために、逆浸透水も使用され得る。一部の例では、外部面202の洗浄は、外部面202の他の領域における追加のインターロッキング構造体の形成及び成長を促進するために、第1のインターロッキング構造体212の成長を抑制又は停止するために好ましい場合がある。加えて、外部面202は、外部面202の新しい領域(すなわち、エッチングされていない領域)の成長及び形成を促進するために、各エッチングサイクル後(すなわち、各インターロッキング構造体の形成に続いて)洗浄され得る。
一部の例では、パッシベーション酸化物層222は、約10ナノメートルである。一部の実施形態によれば、パッシベーション酸化物層222は、金属基板204を封止し、汚染物質が金属基板204に到達するのを防止するのに十分な厚さまで成長する。加えて、パッシベーション酸化物層222は、金属基板204を封止するので、パッシベーション酸化物層222は、基礎をなす金属基板204の金属腐食を防止するためのバリアとして作用することができる。一部の例では、パッシベーション酸化物層222は、再パッシベーションプロセスによって形成された再パッシベーション層と呼ばれる場合もある。再パッシベーションプロセスの間、パッシベーション酸化物層222は、欠陥を有する金属基板204の第1の領域の上に成長する。有益なことには、この第1の領域の上に再パッシベーション層を形成することは、後続のエッチングサイクルの間に同じ領域において別のインターロッキング構造体を開始又は形成することをより困難にすることができる。有益なことには、このようにして、金属部分220が後続のエッチングサイクルの間にエッチング溶液に再曝露されたとき、第1の領域211は、もはや最も化学的にエッチングされやすくはないので、エッチング溶液は、第1の領域211とは異なる他の領域にインターロッキング構造体を形成させることができる。一部の実施形態ではあるが、エッチング溶液への金属部分220の再曝露は、第1の領域211において補助的なインターロッキング構造体を形成することができる。しかしながら、これらの補助的なインターロッキング構造体は、第1のインターロッキング構造体212のサイズよりもかなり小さいサイズを有し、一般に、第1のインターロッキング構造体212の構造的完全性に影響を及ぼさない。
第1のインターロッキング構造体212の上にパッシベーション酸化物層222形成した後、金属部分220は、図2Dを参照して説明されているように、後続のエッチングプロセス(第2のエッチングサイクル)に曝される。図2Dは、金属部分230がエッチング溶液に再び曝される次のエッチングプロセスを受けた後の金属部分230の断面図を示す。パッシベーション酸化物層222が第1のインターロッキング構造体212の上に形成されると、第1のインターロッキング構造体212は、第1の領域211において後続のインターロッキング構造体を成長させること、又は既存の第1のインターロッキング構造体212のサイズを増加させることにはるかにより影響されにくい。一部の例では、低下した感受性は、第1のインターロッキング構造体212の上に形成されたパッシベーション酸化物層222が腐食に対してより耐性があり得ることに起因し得る。一部の例では、低下した感受性は、図2Fを参照してより詳細に説明されるように、第1の領域における電気化学的電位の低下に起因し得る。代わりに、エッチング溶液は、第2のインターロッキング構造体232を外部面202の第2の領域233において形成させることができる。一部の例では、第2のインターロッキング構造体232は、図2Gを参照してより詳細に説明されているように、金属酸化物層206の複数の弱化領域において形成されたいくつかのインターロッキング構造体を指すことができる。一部の例であるが、第1のインターロッキング構造体212上に追加の空隙を追加することによって、金属部分220をエッチング溶液に再曝露したとき、既存の第1のインターロッキング構造体212を更に成長させることが好ましい場合がある。一部の例では、二次/補助インターロッキング構造体が第1のインターロッキング構造体212から成長し形成され得る。しかしながら、第1のインターロッキング構造体212の構造は、このシナリオでは概してそのまま残ることに留意すべきである。
一部の例では、エッチング溶液は、金属酸化物層206における欠陥又は脆弱性を有する領域に対応する第2の領域233をエッチング除去する。たとえば、領域内の欠陥は、金属酸化物層206中に存在するクロムの量の不足を指すことができる。別の例では、領域内の欠陥は、結晶粒界の上に形成された高応力下のパッシベーション酸化物層、たとえば、222を指すことができる。別の例では、領域内の欠陥は、高応力下の縁部を指すことができる。一部の実施形態によれば、金属酸化物層206は、インターロッキング構造体を形成することができるいくつかの反応部位(たとえば、エッチングされるのに役立つ)を含むことができる。図2Gを参照して本明細書で説明されているように、反応部位、たとえば、第1の領域211は、インターロッキング構造体212、232を形成するためにエッチングされるのに役立つことができる。加えて、反応部位、たとえば、第2の領域233は、インターロッキング構造体242、244を形成するためにエッチングされるのに役立つことができる。更に、反応部位、たとえば、第3の領域255は、インターロッキング構造体246を形成するためにエッチングされるのに役立つことができる。第2のエッチングサイクルに続いて、金属部分230は、金属部分230がもう一度空気に曝されるように、エッチング溶液から除去され、第2のインターロッキング構造体232が非電解パッシベーションプロセスを受ける。非電解パッシベーションプロセスの結果として、パッシベーション酸化物層234が、第2のインターロッキング構造体232の上に形成される。
一部の実施形態によれば、インターロッキング構造体、たとえば、212、232の全体的なサイズは、それらのそれぞれの引張り強度(たとえば、金属部分と非金属層との間の取り付け強度)に直接影響を及ぼすことができる。一部の例では、金属部分がエッチングサイクル(たとえば、第1のエッチングサイクル、第2のエッチングサイクルなど)に曝される持続時間は、インターロッキング構造体の全体的なサイズに直接影響を及ぼすことができる。たとえば、あるシナリオでは、約45秒の持続時間の第1のエッチングサイクルに金属部分200を曝すことは、第1のインターロッキング構造体212に、約30秒の持続時間の第2のエッチングサイクルに曝される第2のインターロッキング構造体232よりも大きい引張り強度を持たせることができる。
一部の実施形態によれば、金属部分、たとえば、230内への侵入深さの量は、各それぞれのインターロッキング構造体、たとえば、212、232の全体的なサイズの特性とみなされ得る。一部の例では、インターロッキング構造体212、232は、約25マイクロメートル〜約200マイクロメートルである金属部分230内への侵入の深さを有することができる。これらのインターロッキング構造体のそれぞれの全体的な侵入の深さは、インターロッキング構造体を形成する役割を果たすエッチングサイクルの持続時間に直接起因することができることに留意すべきである。
一部の実施形態によれば、金属部分230の第1のインターロッキング構造体212は、図2Fを参照してより詳細に説明されているように、非金属材料のアタッチメント特徴部(又は微細部分)を受け入れることができる。一部の実施形態によれば、金属部分230の第1のインターロッキング構造体212は、アンダーカット領域(Wu1)に通じる開口部(Wo1)を有するものとして特徴付けられ得る。一部の例では、第1のインターロッキング構造体212は、金属基板204内に延びる凹状構造体として特徴付けられ得、アンダーカット領域は、アンダーカットの幾何学的形状を有する。開口部(Wo1)のサイズは、アンダーカット領域(Wu1)のサイズよりも小さい幅又は直径を有するものとして特徴付けられ得る。一部の例では、アンダーカット領域(Wu1)の幅に対する開口部(Wo1)の幅の比は、0.5:1以上である。一部の例では、比は、少なくとも0.5:1〜約1:6である。しかしながら、開口部及びアンダーカット領域の幅は、開口部のサイズがアンダーカット領域のサイズ未満である限り、金属部分上にその後に配置される非金属材料の一部を捕獲し保持するのに十分な任意のサイズであることに留意すべきである。
図2Dに更に示されているように、金属部分230の第2のインターロッキング構造体232も、非金属材料のアタッチメント特徴部を受け入れることができる。一部の例では、第1及び第2のインターロッキング構造体212、232は、同等の持続時間のそれぞれのエッチングサイクルに曝された結果として、同様の全体的なサイズ(たとえば、侵入の深さ、幅など)を有することができる。
その後、金属部分230は、外部面202の異なる領域において追加のインターロッキング構造体を形成するために、必要に応じて追加のエッチングサイクルを受けることができる。金属部分のそれぞれの反復をエッチング溶液に曝した後、金属部分230は、エッチング溶液から除去され、エッチング溶液をリンスされ、最近形成されたインターロッキング構造体内にパッシベーション酸化物層を形成するために空気に曝され得る。たとえば、図2Eに示されているように、金属部分230は、追加のインターロッキング構造体を形成するために追加のプロセスを更に受けることができる。図2Eに示されているように、金属部分240は、追加のインターロッキング構造体、たとえば、第3のインターロッキング構造体242、第4のインターロッキング構造体244及び第5のインターロッキング構造体246を含むことができる。一部の実施形態では、任意の単一のエッチングサイクルが、図2Gを参照してより詳細に説明されるように、欠陥を有する金属酸化物層206の領域においていくつかの又は多数のインターロッキング構造体を生成することができる。これらの追加のインターロッキング構造体が空気に曝され、エッチング溶液をリンスされると、これらのインターロッキング構造体に対応する金属基板204の露出された部分の上にパッシベーション酸化物層が形成され得る。露出された部分の上に形成されたパッシベーション酸化物層は、金属酸化物層206と少なくとも同じ品質であることに留意すべきである。たとえば、それぞれのインターロッキング構造体のパッシベーション酸化物層は、インターロッキング構造体の位置に対応する以前に形成された金属酸化物層206と実質的に同じ厚さであり得る。一部の例では、インターロッキング構造体の上に形成されたそれぞれのパッシベーション酸化物層は、基礎をなす金属基板204を汚染物質への曝露から保護することができる。加えて、一部の例では、それぞれのパッシベーション酸化物層は、対応するインターロッキング構造体の形状に概ね対応する形状(たとえば、境界)をとる。1以上の以前に形成されたインターロッキング構造体212、232のそれぞれのパッシベーション酸化物層は、金属部分、たとえば、金属部分230がエッチング溶液から除去され、空気に曝されると、更に成長/増加することができることにも留意すべきである。
図2Eに示されているように、インターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246の開口部は、最小分離距離よりも大きい分離距離だけ互いに分離され得る。一部の例では、最小分離距離は、隣接するインターロッキング構造体の開口部が互いに重なり合わず、隣接するインターロッキング構造体のそれぞれのエッチングされた壁の不安定化をもたらさないように、数十〜数百マイクロメートル程度である。いくつかの例では、最小分離距離は、略完全なアンダーカット領域を画定するエッチングされた壁に対応する。たとえば、図2Eを参照すると、インターロッキング構造体242及び244の開口部は、それぞれのインターロッキング構造体のそれぞれのアンダーカット領域を画定する壁が隣接するインターロッキング構造体によって不安定化されないように、分離距離(Sd3)だけ分離される。このようにして、アンダーカット領域の形状及びサイズは、概して維持される。一部の例では、任意の数のインターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246が、互いに離散的かつ独立して形成され得る。加えて、図2Eは、金属酸化物層206内に欠陥が存在する場所でインターロッキング構造体が形成する可能性があるので、インターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246の開口部間の分離距離が概して変化し得ることを示す。たとえば、インターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246のうちの少なくとも1つは、外部面202全体にわたってランダムに分布し、ランダムに形成される。本明細書で先に説明されているように、インターロッキング構造体のいずれか1つは、欠陥又は脆弱性を有する金属酸化物層206の領域内に形成され得る。しかしながら、他の例では、インターロッキング構造体の開口部間の分離距離は、概して均一であり得る。更に別の例では、インターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246の開口部間の分離距離は、図9を参照してより詳細に説明されるように、外部面202の領域をエッチングされることからマスクすることなどによって、個別に調整及び制御され得る。他の例では、インターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244及び246のそれぞれのそれぞれのサイズは、ランダムであり得る。
一部の実施形態では、図2Eに示されている金属部分240は、適量のエッチングを示し、それによって、金属部分240の外部面202の約25%〜65%がインターロッキング構造体でエッチングされる。他の例では、インターロッキング構造体は、外部面の約40%〜約50%をカバーする。一部の例では、これらのインターロッキング構造体の開口部は、外部面202の約40%〜約60%をカバーする。外部面の適度なエッチングを行うことによって、各インターロッキング構造体のそれぞれの引張り強度が最適になり得る。有益なことには、適度にエッチングされた外部面を有するものとして特徴付けられた金属部分240は、図2Fに示されているように、金属部分240と非金属層(たとえば、ポリマー層など)との間に強力な接着量を付与する。
図2Fは、一部の実施形態による、金属部分240の上に配置された非金属層252を有する多層部品250(たとえば、複合部品)の断面図を示す。一部の実施形態では、非金属層252は、金属部分240に接合又は取り付けられる。一部の例では、非金属層252は、突出特徴部を有するバルク層として特徴付けられ得る。たとえば、非金属層252は、融解状態にある間に金属部分240のインターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244、246に流入させることができるポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate、PBT)、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate、PET)、ポリアリールエーテルケトン(polyaryletherketone、PAEK)又はポリエーテルエーテルケトン(polyether ether ketone、PEEK)などのポリマー材料を指すことができる。一部の例では、非金属層252は、非金属層252が十分でインターロッキング構造体によって受け入れられることができる限り、他の材料(たとえば、金属、非金属など)に加えて非金属材料を含むことができる。一部の例では、非金属層252は、金属部分240の外部面202に付着するのに十分な任意の量の粘度又は表面張力を有することができる。ポリマー材料がこれらのインターロッキング構造体に流入すると、ポリマーは、これらのインターロッキング構造体のアンダーカット領域(Wu)内に侵入し、アンダーカット領域(Wu)、並びにこれらのアンダーカット領域(Wu)を画定する壁の多角側面を満たす。これらのアンダーカット領域(Wu)に流入した後、ポリマー材料は、硬化されて突出部分又はアタッチメント特徴部256にされ得る。したがって、ポリマー材料は、溶融状態から固体状態にされ得る。固体状態に変化すると、ポリマー材料は、多層部品250を形成するために非金属層252が金属部分240に付着又は接合することを可能にすることができる。図2Fに示されているように、固体状態の非金属層252は、金属部分240の外部面202と比較的同一平面になるように配置され得る。結果として形成された多層部品250は、ポータブルデバイス、たとえば、102、104、106及び108の外部面に対応することができる外部面254を有することができる。
図2Fに示されているように、非金属層252のアタッチメント特徴部256を受け入れ、それに取り付けられたときの金属部分240のインターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244、246は、非金属層252を金属部分240に捕獲し保持することができるアンカー部分、たとえば、Ap1〜5を画定することができる。一部の例では、アンダーカット領域(Wu)を有するインターロッキング構造体を有する多層部分250の特徴は、従来のプロセスによって形成された千鳥状インターロッキング構造体を有する金属部分に対して、非金属層252を金属部分240から引き離すか又は分離することをはるかにより困難にすることである。
図2Gに示されているように、単一のエッチングサイクルの結果として、金属酸化物層206において複数のインターロッキング構造体が形成され得る。特に、単一のエッチングサイクルは、欠陥を有する金属酸化物層206の領域において多数のインターロッキング構造体を生成することができる。たとえば、図2Gは、第1のエッチングサイクル後に金属酸化物層206の第1の領域211においてインターロッキング構造体、たとえば、212、232が形成され得ることを示す。加えて、図2Gは、第2のエッチングサイクル後に金属酸化物層206の第2の領域233においてインターロッキング構造体、たとえば、242、244が形成され得ることを示す。更に、図2Gは、第3のエッチングサイクル後に金属酸化物層206の第3の領域255においてインターロッキング構造体、たとえば、246が形成され得ることを示す。一部の例では、インターロッキング構造体246は、第2の領域233のインターロッキング構造体、たとえば、242、244の間に形成され得る。エッチングサイクル後に欠陥を有する金属酸化物層206の領域において任意の数のインターロッキング構造体が形成され得るが、単一のエッチングサイクルの結果として形成されるインターロッキング構造体の数は、金属酸化物層206の総表面積の大部分(たとえば、>65%)を超過してカバーしない。特に、金属酸化物層206の構造剛性を犠牲にすることなく、金属酸化物層206の外部面(たとえば、25%〜約65%)をカバーするのに十分な追加のインターロッキング構造体を形成するために、後続のエッチングサイクルが必要とされ得る。特に、後続のエッチングサイクルは、各インターロッキング構造体をそのそれぞれの隣接するインターロッキング構造体に成長させることなく、かつ隣接するインターロッキング構造体の壁の不安定化を引き起こすことなく、外部面をカバーするためにできるだけ多くの追加のインターロッキング構造体を形成することができる。
一部の実施形態によれば、エッチング溶液は、1つ以上の異なるタイプの化学物質を含むことができる。特に、金属部分200をエッチングするために、金属部分200の外部面202上に形成されたパッシベーション酸化物層を弱化又は破壊するステップを必要とすることがある。第1に、エッチング溶液は、金属部分200の外部面202上に形成されたパッシベーション酸化物層を弱化するために塩化物(Cl−)を含むことができる。エッチング溶液中の塩化物は、塩化第二鉄(FeCl3)若しくは塩酸(HCl)のいずれか、又はそれらの陰イオンとしてClを有する任意の他の塩及び酸によって提供され得る。一部の例では、第二鉄イオンは、インターロッキング構造体の形成を促進するために金属部分200を酸化することができる。たとえば、ステンレス鋼中に存在するより高いクロム濃度(たとえば、通常は13%よりも高い)は、パッシベーション酸化物層の形成をもたらすことができる。特に、パッシベーション酸化物層の存在は、ステンレス鋼をエッチングすることを困難にすることができる。加えて、ステンレス鋼は、高い電気化学的電位を有するので、金属部分200の外部面202におけるエッチングされたインターロッキング構造体の形成を促進するために、パッシベーション酸化物層をエッチングすることができる化学物質(すなわち、酸化剤)は、ほとんどない。第2に、パッシベーション酸化物層が高温(たとえば、約70℃〜約85℃)において塩化物(Cl−)によって十分に弱化又は破壊されると、基礎をなす金属基板204は、エッチング溶液に曝され得る。一部の例では、ステンレス鋼の真の電気化学的電位は、約−0.46V(パッシベーションなし)である。この場合、−0.46Vよりも高い電気化学的電位を有する任意の酸化剤が、エッチングを生じさせるためにアノードとして使用され得るステンレス鋼を有する電気化学セル(又はバッテリ)を形成するためにカソードとして使用され得る。
一部の例では、パッシベーション酸化物層のエッチングは、電解プロセスによって生じることができる。たとえば、電解エッチング溶液は、HCl、H2SO4、HNO3、又はH3PO4のうちの少なくとも1つを含むことができる。一部の例では、パッシベーション酸化物層のエッチングは、無電解プロセスによって生じることができる。一部の例では、無電解エッチング溶液は、HCl、FeCl3、H2O2、CuCl2、H2SO4、HF、又はHNO3のうちの少なくとも1つを含むことができる。特に、フッ化物の使用は、パッシベーション酸化物層を溶解することができる。一部の例では、酸化剤は、約0V〜約2.4Vの電気化学的電位を有する。したがって、これらの上述した酸化剤のいずれかは、ステンレス鋼のアノードを有する電気化学セルを形成するためにカソードとして使用され得る。
一部の例によれば、エッチング溶液は、複数のインターロッキング構造体、たとえば、212、232、242、244、246の形成を促進するために、少なくとも≧150g/Lの濃度のFeCl3を含むことができる。更に、複数のインターロッキング構造体の形成を促進するために、エッチング溶液の温度は、約50℃〜約90℃であり得る。更に、本明細書で上述されているように、複数のインターロッキング構造体のそれぞれの全体的なサイズ(たとえば、侵入深さ、幅など)は、各それぞれのエッチングサイクルの持続時間に直接依存することができる。したがって、インターロッキング構造体のそれぞれの形成及び成長を慎重に制御するために、これらの要因は、エッチングサイクルのそれぞれの間慎重に監視されるべきであることが好ましいことに留意されたい。たとえば、エッチング溶液が高すぎる(たとえば、>300g/L)場合、得られるインターロッキング構造体は、平滑な壁面を有する(すなわち、複数のクラックがない)。その結果、これらのインターロッキング構造体のアンダーカット領域(Wu)を画定する壁に沿った表面起伏の欠如は、非金属層252と金属部分、たとえば、240との間の接着量を著しく損なう可能性がある。加えて、FeCl3の濃度が高すぎる場合、隣接するインターロッキング構造体が互いに成長し、エッチングされた壁の不安定化を招くように多すぎるインターロッキング構造体を形成することにつながる可能性があることに留意すべきである。加えて、エッチングサイクルの持続時間が長すぎる(たとえば、>150秒)場合、インターロッキング構造体は、もはや非金属層252を捕獲し保持するために有効又は有用ではない全体的なサイズ(たとえば、>150マイクロメートル)まで成長する可能性がある。その結果、インターロッキング構造体212を画定する壁は、もはや互いに明確に分離されず、インターロッキング構造体は、代わりに千鳥状インターロッキング構造体として特徴付けられる。
千鳥状インターロッキング構造体は、千鳥状インターロッキング構造体が、開口部の下に配置された捕獲領域よりも大きいサイズ(たとえば、幅など)を有する開口部を含む点で、インターロッキング構造体とは対照的である。一部の例では、外部面のオーバエッチングが、外部面から離れるのではなく、外部面に近づく金属部分の材料の大部分をエッチング除去するので、千鳥状インターロッキング構造体の開口部は、捕獲領域よりも大きい。実際に、千鳥状インターロッキング構造体は、一般に、約150マイクロメートルよりも大きい侵入の深さを有し、一般に、たとえば、>150秒を超えるエッチングサイクルの兆候である。更に、外部面のオーバエッチングは、長い持続時間(たとえば、>150秒)の間の単一のサイクルのためのエッチングプロセスに曝される金属部分の兆候であり得る。その結果、千鳥状インターロッキング構造体を形成するように、外部面の同じ領域において複数の空所が互いの上に形成される。
加えて、エッチング溶液は、第1のインターロッキング構造体212の成長をそれが最初に形成された後に促進することができる塩酸(HCl)、又は硫酸を含む塩酸などの酸を含むことができる。一部の実施形態では、第1のインターロッキング構造体212は、非金属層252の一部を捕獲し保持するのに十分なサイズ及び形状を有するように成長することができる。特に、酸の存在は、実際に壁を平滑化することができ、それによって、第1のインターロッキング構造体212の開口部及びアンダーカット領域を画定する壁に沿った複数のクラック又は多角側面の形成を低減する。一般に、インターロッキング構造体は、外部面202における酸の存在が洗浄プロセスによって除去されたとき、成長を停止する。
図3は、一部の実施形態による、多層部品、たとえば、多層部品250の拡大断面図300を示す。各エッチングサイクルの間、エッチング溶液は、一般に、エッチングの影響を受けやすい金属酸化物層206の部分(たとえば、クロムの欠乏、結晶粒界の上のパッシベーション皮膜、高応力下の縁部などを有する)のみに影響を及ぼす。図3は、多層部品250が、外部面202から金属基板204に向かって延びるインターロッキング構造体212を含むことができることを示す。インターロッキング構造体212は、金属基板204の一部内へと延び、したがって、エッチングサイクル後に金属基板204の一部を空気に曝すことができる。続いて、金属基板204の露出部分は、金属酸化物層206と品質において略同様であり得るパッシベーション酸化層306を形成するために酸化され得る。一部の例では、パッシベーション酸化層306は、インターロッキング構造体212の形状に略対応する形状をとることができる。
一部の実施形態では、インターロッキング構造体212は、非金属層252のアタッチメント特徴部256を捕獲し保持することができるアンダーカット領域(Wu)に通じる開口部(Wo)を含むことができる。アンダーカット領域(Wu)はまた、概ね曲線状又は三角形状の形状を有し、開口部(Wo)をアンダーカット領域(Wu)から分離するオーバハング304によって画定され得る。一部の実施形態では、開口部(Wo)及びアンダーカット領域(Wu)は、多角側面326a〜b(又は複数のクラック)を有する壁によって画定される。特に、多角側面326a〜bは、非金属層252と金属部分240との間のより大きい接着強度を促進するために溶融状態にある間、非金属層252で充填され得る複数のポケットを独自に画定することができる。特に、非金属層252の材料は、多角側面326a〜bによって画定されたポケットを充填するので、アタッチメント特徴部256をインターロッキング構造体212から分離する空隙又は間隔がない場合がある。したがって、非金属層252の材料は、多角側面326a〜bと同一平面であり得る。加えて、多角側面326a〜bは、湿気が金属基板204に到達することを阻止することができる漏れ防止経路328を画定することができる。特に、多角側面326a〜bは、非金属層252で充填され得る複数のポケットを画定するので、漏れ防止経路328は、不均一な幅を有し、開口部(Wo)経由で入る湿気が金属基板204に到達するようにアンダーカット領域(Wu)をバイパスすることを防止することができる曲がりくねった鋭いターン、ねじれ、角度の劇的な変化、及び鋭い合流点を有するものとして特徴付けられる。一部の実施形態では、漏れ防止経路328は、湿気が金属基板204に到達することを防止する蛇行経路であるものとして特徴付けられる。
一部の実施形態によれば、エッチングサイクル後にインターロッキング構造体212から1つ以上の二次インターロッキング構造体(Ws)が形成され得る。一部の例では、二次インターロッキング構造体(Ws)は、インターロッキング構造体212よりも小さいサイズを有する。一部の例では、二次インターロッキング構造体(Ws)も、湿気が金属基板204に到達することを防止する蛇行経路を画定する多角側面を有するものとして特徴付けられる。加えて、二次インターロッキング構造体(Ws)は、アンダーカット領域(Wu)の総面積を更に拡張するために、インターロッキング構造体212の下、オフセット、又は隣接のうちの少なくとも1つである金属基板204の基礎をなす領域を露出させることによって形成され得る。この二次インターロッキング構造体を形成した後、金属基板204の露出部分を封止し、汚染物質が金属基板204に到達することを防止するために、二次パッシベーション酸化物層308も形成され得る。一部の例では、これらの二次インターロッキング構造体(Ws)は、金属部分、たとえば、金属部分240をエッチング溶液に再曝露することによって形成され得る。たとえば、パッシベーション酸化物層306内の欠陥は、インターロッキング構造体212を依然として更にエッチングされることに影響されやすくすることができる。しかし、異なる領域において別のインターロッキング構造体、たとえば、インターロッキング構造体232を形成することに対して、以前に形成されたインターロッキング構造体212上に二次インターロッキング構造体(Ws)を形成することは、より困難であり得る。一部の例では、既存の第1のインターロッキング構造体212内に成長することが好ましい場合がある。しかしながら、このシナリオでは、第1のインターロッキング構造体212の形状は、概して完全なままであり、多角側面326a〜bも概して完全であることに留意すべきである。
図4〜図5は、一部の実施形態による、部分400の外部面において配置された複数のインターロッキング構造体を有するエンクロージャの部分400の異なる斜視図を示す。図4は、部分400の外部面404の複数の領域にエッチングされたインターロッキング構造体410a〜cを有する部分400の上面図を示す。一部の例では、これらのインターロッキング構造体410a〜cは、各インターロッキング構造体410が別の構造と物理的に干渉しないように、互いに独立しているか又は離散的に形成されているものとして特徴付けられ得る。一部の例では、これらのインターロッキング構造体410a〜cの開口部のそれぞれは、隣接するインターロッキング構造体410が互いに重なり合うか又は不安定化する壁を持たない(たとえば、アンダーカット領域の形状又はサイズに影響を及ぼさない)ように、最小分離距離よりも長い分離距離だけ分離され得る。一部の例では、少なくともインターロッキング構造体410a、b、cは、外部面404全体にわたってランダムに分布し、ランダムに形成される。
一部の例では、インターロッキング構造体410a〜cのそれぞれは、個々のエッチングサイクルの結果として形成される。一部の例では、エッチングサイクルは、約30秒〜約300秒の持続時間を有する。各インターロッキング構造体の形成に続いて、部分400は、エッチング溶液から除去され、洗浄され、別の画定されたインターロッキング領域が新しい領域(すなわち、エッチングされていない領域)において形成されるように、エッチング溶液に再曝露され得る。結果として、複数のインターロッキング構造体410a〜cが外部面404の複数の領域において形成される。一部の例では、部分400は、外部面404の総表面積の約25%〜約65%をカバーするインターロッキング構造体410を備える適度にエッチングされた表面を有するものとして特徴付けられ得る。他の例では、部分400は、過度にエッチングされた部分のピット密度値よりも低いピット密度値を有するものとして特徴付けられ得る。
適度にエッチングされた表面を有する部分400とは対照的に、既存のプロセスは、千鳥状インターロッキング構造体を有するものとして特徴付けられる過度にエッチングされた部分をもたらし得る。過度にエッチングされた部分は、千鳥状インターロッキング構造体を構成する空所でカバーされた外部面の総表面積の約80%〜約100%を有するものとして特徴付けられる。特に、千鳥状インターロッキング構造体は、単一のエッチングサイクルの結果として外部面にエッチングされた複数の個々の空所を含むことができ、これらの複数の個々の空所は、互いの上に成長し/互いに重なり合う。言い換えれば、これらの空所のそれぞれの間には分離距離がない。加えて、過度にエッチングされた部分の千鳥状インターロッキング構造体は、約150〜約400マイクロメートルの侵入深さを有する。
図5は、図5中の基準線407によって示された部分400の斜視断面図を示す。図5に示されているように、部分400は、明確なアンダーカット領域(Wu)を有する複数のインターロッキング構造体410a〜cを有する。言い換えれば、インターロッキング構造体410の明確なアンダーカット領域は、同じインターロッキング構造体410の開口部(Wo)よりも大きいサイズ(Wu)を有するものとして特徴付けられる。言い換えれば、開口部(Wo)とアンダーカット領域(Wu)との間のサイズの比は、0.5:1以上である。一部の例では、比は、約0.5:1〜約1:6である。有益なことには、インターロッキング構造体410は、千鳥状インターロッキング構造体に対して著しく増加した引張り強度を有する。
対照的に、過度にエッチングされた部分は、捕獲領域のサイズに少なくとも等しいか又はそれよりも大きいサイズ(たとえば、幅、直径)を有する千鳥状インターロッキング構造体を有する。言い換えれば、開口部と捕獲領域との間のサイズの比は、0.5:1以上である。したがって、千鳥状インターロッキング構造体は、インターロッキング構造体、たとえば、212、232に対して減少した引張り強度を有する。加えて、千鳥状インターロッキング構造体は、平滑な側面を有する壁を有し(すなわち、多角の欠如)、したがって、開口部と捕獲領域との間のサイズの違いの一般的な欠如に寄与する。加えて、千鳥状インターロッキング構造体を構成する空所の壁は、不安定化されているか及び/又は壁が欠如していることに留意されたい。その結果、平滑な側面は、バルク層と壁との間の接合部に沿って空隙が存在するようにバルク層に完全に取り付けられるか又は接合されることが不可能であり、その結果、湿気及び他の汚染物質が金属基板に容易に到達することを可能にする可能性がある。加えて、オーバエッチングされた表面の外部面は、互いに重なり合う複数の空所により概して不均一である(すなわち、全体的に平坦な表面を欠く)。その結果、過度にエッチングされた部分がバルク層との密封シールを形成することは困難である。
加えて、図5は、インターロッキング構造体410が約25〜約200マイクロメートルの侵入深さ(H2)を有することを示す。各インターロッキング構造体410の低減した侵入深さのため、インターロッキング構造体410のそれぞれと、それらのそれぞれの壁412との間の離散的な分離が存在し得る(すなわち、壁412は、完全である)。更に、図6Aを参照してより詳細に説明されるように、インターロッキング構造体410は、多角側面又は複数のクラックを有する壁412を有し、したがって、開口部(Wo)とアンダーカット領域(Wu)との間のサイズの優位な差に寄与する。本明細書で説明されているように、インターロッキング構造体410のアンダーカット領域という用語は、開口部(Wo)をアンダーカット領域(Wu)から分離するオーバハングを形成する壁412を有する金属部分又はエンクロージャの内部領域を指すことができる。
図6Aは、一部の実施形態による、インターロッキング構造体612を有する金属部分610の断面図を示す。一部の例では、金属部分610は、適度にエッチングされた外部面(たとえば、約25%〜約65%)を有するものとして特徴付けられる。インターロッキング構造体612は、アンダーカット領域(Wu)を画定する壁616を含むオーバハング613を有するものとして特徴付けられる。インターロッキング構造体612は、アンダーカット領域(Wu)のサイズよりも小さいサイズ(たとえば、幅、直径など)を有する開口部(Wo)を有するものとして特徴付けられる。特に、アンダーカット領域(Wu)は、オーバハング613と、壁616に沿って形成された多角側面及びクラックとの存在により、不均一な幅を有するものとして特徴付けられる。アンダーカット領域(Wu)及びこれらの複数のクラックは、湿気が金属基板204に到達するのを防止する漏れ防止経路を画定するために基板608で充填され得る。
加えて、金属部分610の外部面603は、適度にエッチングされた金属部分610内に形成された空所の欠如のため、略平坦であるものとして特徴付けられることに留意されたい。有益なことには、湿気が金属基板204に到達するのを更に防止するために、金属部分610に取り付けられた層608の間に密封シールが形成され得る。
図6Bは、一部の実施形態による、架橋されたインターロッキング構造体622を有する金属部分620の断面図を示す。架橋されたインターロッキング構造体622は、架橋領域(Wb)につながる複数の開口部Wo1、Wo2を含むことができる。一部の例では、架橋領域(Wb)は、架橋されたインターロッキング構造体212及び232の合計幅がそれらのそれぞれの開口部Wo1、Wo2の合計サイズよりも大きくなるように、隣接して形成されたインターロッキング構造体、たとえば、インターロッキング構造体212、232を一緒に接続又は架橋することができる。開口部Wo1及びWo2は、金属部分620の金属酸化物層206又は金属基板204の一部によって分離され得る。一部の例では、金属部分620は、適度にエッチングされたものとして特徴付けられ得る。一部の例では、金属部分620は、略平坦な外部面603を有すものとして特徴付けられ得る。
加えて、架橋領域(Wb)を画定する水平壁626は、水平壁626に沿って形成された多角側面及びクラックを含むことができる。これらの複数のクラックは、湿気が金属基板204に到達するのを防止する漏れ防止経路を画定するために層608で充填され得る。金属部分620は、本明細書で説明されているプロセスのいずれか1つによって形成され得ることに留意されたい。
一部の例では、架橋されたインターロッキング構造体622は、隣接するインターロッキング構造体212、232が、それらのそれぞれのアンダーカット領域(Wu1、Wu2)が互いに接続するように互いに近接して形成されたときに形成され得る。図6Bに示されているこのシナリオは、図3を参照して説明されているように、二次インターロッキング構造体(Ws)を形成する技法の変形例を示すこともできる。一緒に架橋されたインターロッキング構造体212、232のそれぞれの全体的な形状は維持されることに留意されたい。しかしながら、多角側面を画定する壁616の一部が露出される。これらのインターロッキング構造体212、232の間の最小分離距離も維持されることにも留意すべきである。
図7A〜図7Bは、一部の実施形態による、エッチングプロセス後の金属部分の例示的な電子顕微鏡画像を示す。図7Aは、金属部分700の外部面704の上面図を示し、金属部分700は、適度にエッチングされた外部面を有するものとして特徴付けられ得る。図7Aに示されているように、複数のインターロッキング構造体702a〜cは、外部面704の異なる領域において形成され、隣接するインターロッキング構造体702a〜cの開口部が互いに概ね重なり合わないように、最小分離距離よりも大きい分離距離(Sd)だけ分離されたそれぞれの開口部を有する。一部の例では、隣接するインターロッキング構造体702a〜c間の分離距離は、約10マイクロメートル〜約500マイクロメートルである。他の例では、インターロッキング構造体702aと702bとの間の分離距離は、約150マイクロメートルである。
図7Bは、金属部分700の外部面704の10倍拡大された領域706の上面図を示す。特に、図7Bは、拡大領域706のインターロッキング構造体702b〜cが、これらのインターロッキング構造体の開口部を、それをアンダーカット領域にする複数のクラック及び多角側面と共に画定する粗くされた側面を有することを示す。
図8は、一部の実施形態による、金属部分の外部面においてインターロッキング構造体を形成する方法800を示す。図8に示されているように、方法800は、ステップ802において任意選択的に開始することができ、部分、たとえば、金属基板204が、金属基板204の上に配置された金属酸化物層206を形成するために、金属基板204の一部を酸化することによって任意選択的に処理される。一部の例では、金属酸化物層206は、非電解パッシベーションプロセス又は電解陽極酸化プロセスのうちの少なくとも1つによって形成され得る。他の例では、金属基板204の外部面はまた、金属基板204に洗浄処理又はテクスチャ化プロセスを受けさせることによって任意選択的に処理され得る。特に、テクスチャ化プロセスは、これらの粗くされた領域における金属酸化物層206の成長を促進することができる粗くされた外部面を提供するのに有益であり得る。
ステップ804において、インターロッキング構造体、たとえば、第1のインターロッキング構造体212が、金属部分200をエッチング溶液に曝すことによって金属部分200の外部面202の第1の領域において形成され得る。特に、エッチング溶液は、パッシベーション酸化物層を弱化又は破壊する塩化物(Cl−)と、弱化されたパッシベーション酸化物層をエッチングする酸化剤(たとえば、FeCl3、HClなど)の組み合わせを含み、それによって、外部面202において第1のインターロッキング構造体212を形成することができる。
続いて、ステップ806において、金属部分210は、エッチング溶液から除去される。一部の例では、外部面202上に存在するエッチング溶液からの任意の残存する酸(HCl)が、第1のインターロッキング構造体212のサイズを増加させることに更に寄与することができる。金属部分210がエッチング溶液から除去されると、第1のインターロッキング構造体212が形成された金属基板204の露出部分は、酸化され得る。特に、形成されたパッシベーション酸化物層222は、エッチング溶液の金属部分210をリンスし、空気に曝露することによって生じることができ、それは、金属基板204の露出部分を湿気及び汚染物質から封止するように作用することができる。
ステップ808において、金属部分220は、金属部分220の外部面202からエッチング溶液のいずれかを除去するように、任意選択的に洗浄され得る。たとえば、洗浄プロセスは、脱イオン水で外部面202をリンスすることを含むことができる。事実上、洗浄プロセスは、第1のインターロッキング構造体212の成長を停止させることもできる。
ステップ810において、別のインターロッキング構造体、たとえば、第2のインターロッキング構造体232が、金属部分220をエッチング溶液に再曝露することによって、金属部分220の外部面202の第2の領域において形成され得る。
続いて、ステップ812において、プロセス(たとえば、ユーザ、コンピューティングデバイスなど)は、金属部分230の外部面202において形成されたインターロッキング構造体、たとえば、212、232の量が、外部面202の表面積をカバーするインターロッキング構造体の閾値を満たすかどうかを判定することを含むことができる。たとえば、閾値は、適度にエッチングされた表面に対応することができる、総表面積の約25%〜約65%である。閾値量は、金属部分230の著しく損なわれた引張り強度をもたらす可能性があるので、80%未満であることが好ましいことに留意すべきである。一部の例では、インターロッキング構造体の量が閾値量を満たすかどうかを判定するために、電子顕微鏡又は任意の適切な3−D画像走査システムが利用され得る。
ステップ814において、インターロッキング構造体の量が閾値量を満たすと判定したことに応答して、方法は、金属部分230に対して仕上げ加工プロセスを実行することに進むことができる。一部の実施形態では、仕上げ加工プロセスは、非金属層252を金属部分230に取り付けることを含むことができる。特に、非金属層252は、金属部分230に接合又は付着され得る。たとえば、非金属層252が高温下で溶融状態にある間、金属部分230のインターロッキング構造体、たとえば、212、232に流れ込ませることが可能である。ポリマー材料がこれらのインターロッキング構造体に流れ込むと、ポリマーは、これらのインターロッキング構造体のアンダーカット領域(Wu)内に侵入し、これらのアンダーカット領域を画定する壁の多角側面内を満たすことができる。これらのアンダーカット領域(Wu)に流れ込んだ後、ポリマー材料は、硬化されて突出部分又はアタッチメント特徴部256にされ得る。固体状態に変化すると、非金属層252は、多層部分250を形成するために金属部分240に物理的に付着又は接合する。他の例では、仕上げ加工プロセスは、金属部分230の外部面202に対して仕上げ加工プロセス又は洗浄プロセスを実行することを含むことができる。
ここでステップ812に戻ると、インターロッキング構造体の量が閾値量を満たさない場合、追加のインターロッキング構造体が金属部分230の外部面202において形成され得る。追加のインターロッキング構造体の形成に続いて、十分な量のインターロッキング構造体が外部面をカバーするかどうかを判定するために、3−Dマッピングが実行され得る。これらのステップは、インターロッキング構造体の量が閾値量を満たすまで繰り返され得る。
図9は、一部の実施形態による、金属部分の外部面においてインターロッキング構造体を形成する方法900を示す。図9に示されているように、方法900は、ステップ902において開始することができ、金属部分200の外部面202が、3−D画像走査システム、電子顕微鏡、又は他の適切なシステムを使用して走査される。ステップ904において、一部の例では、金属部分200の外部面202は、これらの領域を後続のエッチングプロセスの間にエッチングされやすくすることができる欠陥(たとえば、存在するクロムの欠乏、高応力下のパッシベーション酸化物皮膜など)を有する金属酸化物層206の領域を決定するために走査され得る。他の例では、外部面202は、それらの領域が多層エンクロージャ又は複合部品を有する外部面の一部に対応する場合など、非金属層252が金属部分200のそれらの特定の領域に取り付けられることが望まれる領域を識別するために走査され得る。たとえば、外部面202は、非金属層252を受け入れる領域を決定するために走査され得る。
ステップ906において、外部面202の領域のうちの1つ以上が、エッチングされやすい金属酸化物層206内の欠陥又は脆弱性を作成するために、1つ以上の特定の領域に対してテクスチャ化プロセスを実行することなどによって、任意選択的に変更され得る。たとえば、金属基板204の上に配置された金属酸化物層206は、金属酸化物層206の領域内に存在するクロムの量に影響を及ぼすために、意図的にテクスチャ化され得る。このようにして、ユーザは、インターロッキング構造体を形成するために外部面202のどの領域がエッチングされるのかを制御することができる。他の例では、エッチング溶液は、機械加工欠陥、結晶粒界脆弱性、又は金属酸化物層206内に存在する粒子の脆弱性を有する金属酸化物層206の領域を攻撃することができる。他の例では、これらの1つ以上の領域は、レーザエッチングされ得る。他の例では、他の領域がエッチングされやすくされ得るように、これらの他の領域よりも多い量のクロムを有するより厚い金属酸化物層206を形成するために、特定の領域が意図的に誘発され得る。
加えて、ステップ908において、エッチングプロセスを受けやすいものとして識別された領域のうちの1つ以上が、フォトリソグラフィプロセスを使用することなどによって、任意選択的にマスクされ得る。これらの1つ以上の領域をマスクすることによって、それらは、それらの1つ以上の化学的又は冶金学的特性にかかわらず、カバーされ、一般にエッチングプロセスに曝されることから防止される。これらの1つ以上の領域は、エッチングプロセスの結果としてエッチングされたインターロッキング構造体を形成されやすいものとして識別された領域を含むことができることに留意されたい。
ステップ910において、マスクされた領域がエッチングされることを防止しながら、マスクされていない外部面202のそれらの領域をエッチングプロセスに曝すことによって、外部面202の1つ以上の異なる領域においてインターロッキング構造体、たとえば、212、232が最初に形成され得る。ステップ912において、金属部分230は、エッチングプロセスを停止するためにエッチング溶液から除去され得る。一部の例では、インターロッキング構造体が更に成長することを防止するために、外部面202上に存在する任意の残存するエッチング溶液が、脱イオン水を使用することによって洗浄され得る。
ステップ914において、インターロッキング構造体の量が閾値量を満たすと判定したことに応答して、方法は、金属部分230に対して仕上げ加工プロセスを実行することに進むことができる。一部の実施形態では、仕上げ加工プロセスは、非金属層252を金属部分230に取り付けることを含むことができる。特に、非金属層252は、金属部分230に接合又は付着され得る。他の例では、仕上げ加工プロセスは、金属部分230の外部面202に対して仕上げ加工プロセス又は洗浄プロセスを実行することを含むことができる。
図10は、一部の実施形態による、アンダーカット比の関数としての引張り強度の関係を示すグラフを示す。特に、グラフは、アンダーカット比(すなわち、アンダーカット領域(Wu)と開口部(Wo)との間の比)と、金属部分の引張り強度(MPa)に対する影響との間の因果関係を示す。一部の例示的な試みによれば、金属部分がインターロッキング構造体を形成するためにエッチングされた。エッチングされたインターロッキング構造体は、約0.7〜約0.95のアンダーカット比の範囲を示した。約0.7のアンダーカット比を有するエッチングされたインターロッキング構造体を有する金属部分の試料は、約7MPaの引張り強度を示した。約0.75〜約0.85のアンダーカット比を有するエッチングされたインターロッキング構造体を有する金属部分の試料は、約12〜13MPaの引張り強度を示した。約0.92のアンダーカット比を有するエッチングされたインターロッキング構造体を有する金属部分の試料は、約20の引張り強度を示した。引張り強度における増加は、特に、金属部分が物理的酷使を受けたとき、金属部分と非金属材料との間の付着を維持する上で有益であることに留意すべきである。
図11は、一部の例による、エッチング時間の関数としてのエッチング深さの関係を示すグラフを示す。特に、グラフは、エッチング時間(秒)と、金属部分のエッチング深さ(マイクロメートル)に対する影響との間の因果関係を示す。一部の例示的な試みによれば、金属部分が、30秒又は60秒のいずれかの持続時間の間エッチングされた。30秒の持続時間の間エッチングされた金属部分は、約29〜約31マイクロメートルのエッチング侵入深さを示した。60秒の持続時間の間エッチングされた金属部分は、約39マイクロメートルのエッチング侵入深さを示した。したがって、これらの例示的な試みは、これらのインターロッキング構造体のそれぞれの全体的な侵入の深さがエッチングサイクルの持続時間に直接起因し得ることを支持する。
加えて、本明細書で説明されているように、エッチングされた金属部分に対して他の実験的な試みが実行された。一部の例示的な試みでは、エッチングされた金属部分の境界領域のクーポン引張り強度試験が実行された。エッチングされた金属部分と非金属材料との間の境界領域位(又は接着領域)は、50mm2又は0.5cm2であった。非金属材料は、ポリアリールエーテルケトン(polyaryletherketone、PAEK)であるプラスチック樹脂AV651を含む。例示的な試みでは、エッチングされたインターロッキング構造体のないエッチングされていない金属部分は、0のクーポン引張り強度を示した。言い換えれば、0のクーポン引張り強度は、金属部分と非金属材料との間の接着(又は接合)の欠如を示す。対照的に、エッチングされたインターロッキング構造体を有するエッチングされた金属部分は、37kgf又は74kgf/cm2のクーポン引張り強度を示した。加えて、エッチングされたインターロッキング構造体を有するエッチングされた金属部分は、60〜100kgf/cm2のクーポン引張り強度範囲を示した。
一部の例示的な試みでは、バンド引張り強度試験が実行された。一部の例では、バンド引張り強度試験は、本明細書で説明されているように、エッチングされたインターロッキング構造体を有する金属部分を含む電子デバイス(たとえば、スマートフォン102)の略矩形の内部フレームに対して実行された。内部フレームは、それぞれ個別にスプリットと呼ばれ得る4つの角を含むことができる。これらのスプリットは、成形されたプラスチックを受け入れることができ、したがって、境界領域と呼ばれ得る。内部フレームの4つの角のそれぞれは、エッチングプロセスの前に内部フレームと一体的に形成された機械加工されたインターロッキング構造体を含むことができる。続いて、内部フレームの角のうちのいくつかは、エッチングされたインターロッキング構造体を形成するためにエッチングプロセスに曝された。加えて、成形されたプラスチック(たとえば、AV651)が、機械加工されたインターロッキング構造体及びエッチングされたインターロッキング構造体に挿入された。例示的な試みでは、(エッチングされたインターロッキング構造体のない)左上角を有する内部フレームの試料は、約28kgfのバンド引張り強度(TL)を示した。対照的に、エッチングされたインターロッキング構造体を有する左上角を有する内部フレームの試料は、約101kgfのバンド引張り強度(TL)を示した。したがって、これらの例示的な試みは、エッチングされたインターロッキング構造体の存在が、機械加工されたインターロッキング構造体に対する非金属材料への取り付けを維持する優れた能力を示すことを支持する。
一部の例示的な試みでは、電子デバイス(たとえば、スマートフォン102)のエッチングされた金属部分に対して空気漏れ試験が実行された。特に、空気漏れ試験は、本明細書で説明されているように、エッチングされたインターロッキング構造体を有する金属部分を含む電子デバイスの略矩形の内部フレームのスプリットに対して実行された。空気漏れ試験は、スプリットの封止能力を判定するために使用され得る。内部フレームのスプリットは、一般に、エッチングされたインターロッキング構造体を形成するためにエッチングされた内部フレームの唯一の領域であるので、これは、特に注目に値する。一部の例では、内部フレームのスプリットは、エッチングされたインターロッキング構造体に注入された成形されたプラスチック間のシーラントとして作用するPUコーティングを含む。試みでは、エッチングされたインターロッキング構造体を有するスプリットを有する内部フレームの試料は、−0.5バールの試験圧力を受け、0.05標準毎分立方センチメートル(standard cubic centimeter per minute、sccm)の漏れ率を示した。他の試料では、エッチングされたインターロッキング構造体を有するスプリットを有する内部フレームは、約0.05sccm〜0.2sccmの漏れ率を示した。対照的に、エッチングされたインターロッキング構造体のないスプリット(たとえば、機械加工されたインターロッキング構造体)を有する内部フレームの試料は、1.0sccmよりも大きい漏れ率を示した。電子デバイスは、一般に0.2sccmの許容可能な許容限界を有することに留意すべきである。したがって、エッチングされたインターロッキング構造体のない内部フレームの試料は、0.2sccmの許容可能な許容限界内の許容可能な漏れ率を付与することができなかった。その結果、エッチングされたインターロッキング構造体のない内部フレームは、エッチングされたインターロッキング構造体を有する内部フレームに対して劣った水シーラント品質を証明している。
非金属材料を陽極酸化金属部分に接合するエッチング
図12A〜図12Eは、一部の実施形態による、金属部分の外部面においてインターロッキング構造体を形成するプロセスを受ける金属部分の断面図を示す。図12Aは、インターロッキング構造体を形成する電気化学エッチングプロセスを受ける前の金属部分1200を示す。一部の例では、金属部分1200は、ポータブルデバイス102、104、106及び108のエンクロージャなどの最終部品のニアネットシェイプを有する。一部の例では、金属部分1200は、ポータブルデバイス102、104、106及び108のエンクロージャなどの最終部品を成すために非金属部分に接合され得る。本明細書で説明されている技法は、非金属材料を陽極酸化金属部分に接合するエッチングに限定されず、ステンレス鋼などの金属部分の一般的なエッチングにも利用され得ることに更に留意すべきである。
図12Aに示されているように、金属部分1200は、金属基板1204を含む。金属基板1204は、電気化学エッチング処理の後に非金属材料基板で形成されたバルク部分を受け入れることができる外部面1202を含む。一部の例では、金属基板1204は、アルミニウムからなるか、又はアルミニウム合金である。加えて、金属基板1204は、マグネシウム、亜鉛、シリコン、鉄、ジルコニウム、銅などの合金元素を含むことができる。一部の実施形態によれば、金属基板1204は、金属酸化物層を形成し、非金属層を金属部分1200に取り付けるのに適した幾何学的形状を有する3次元構造である。一部の例では、金属基板1204は、矩形、多角形、円形、傾斜端部、非線形、角端部、楕円形などであるものとして特徴付けられる幾何学的形状を有する。
一部の実施形態によれば、図12Bは、電気化学エッチングプロセスなどの表面処理プロセスの後のエッチングされた金属部分1210を表す。特に、図12Bは、電気化学エッチングプロセスに続いて、エッチングされた金属部分1210の外部面1202が、第1のインターロッキング構造体1214−1、第2のインターロッキング構造体1214−2、第3のインターロッキング構造体1214−3及び第4のインターロッキング構造体1214−4の開口部を含むことを示す。一部の実施形態によれば、インターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4のそれぞれは、単一の電気化学エッチングプロセス又は複数の電気化学エッチングプロセスの結果として形成され得る。たとえば、第1及び第2のインターロッキング構造体1214−1、2は、第1の電気化学エッチングプロセスへの金属基板1204の曝露の結果として形成される。その後、第2の電気化学エッチングプロセスが金属基板1204に対して実行され、それによって、第3及び第4のインターロッキング構造体1214−3、4を形成する。
一部の実施形態によれば、エッチングされた金属部分1210へのインターロッキング構造体1214−1、2、3、4の侵入深さの量は、インターロッキング構造体1214のそれぞれのそれぞれのサイズに基づく。一部の例では、インターロッキング構造体1214−1、2、3、4は、5マイクロメートルよりも大きい外部面202内への長さ(すなわち、侵入の深さ)を有する。好ましくは、インターロッキング構造体1214−1、2、3、4は、非金属層への取り付けを容易にするために、少なくとも50マイクロメートルの深さを有する。これらのインターロッキング構造体1214−1、2、3、4のそれぞれの全体的な侵入の深さは、電気化学エッチングプロセスのパラメータ(たとえば、持続時間、電流密度、溶液の濃度など)に直接起因することができることに留意すべきである。一部の実施形態によれば、インターロッキング構造体1214−1、2、3、4は、直径約20マイクロメートル〜約70マイクロメートルの直径を有する。
一部の実施形態によれば、エッチングされた金属部分1210のインターロッキング構造体1214−1、2、3、4のそれぞれは、図12Dを参照してより詳細に説明されているように、非金属材料のアタッチメント特徴部(又は微細部分)を受け入れることができる。一部の実施形態によれば、インターロッキング構造体、たとえば、第1のインターロッキング構造体1214−1は、アンダーカット領域(Wu1)に通じる開口部(Wo1)を有するものとして特徴付けられる。一部の例では、第1のインターロッキング構造体1214−1の開口部(Wo1)は、金属基板1204のアンダーカット領域(Wu1)内に延びる。インターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4は、アンダーカットの幾何学的形状を有するものとして特徴付けられ得る。アンダーカットの幾何学的形状は、アンダーカット領域(Wu1)の幅よりも小さい開口部(Wo1)の幅として画定される。加えて、アンダーカットの幾何学的形状は、インターロッキング構造体の深さ(D)が開口部(Wo1)よりも大きいこととして画定もされ得る。一部の例では、アンダーカット領域(Wu1)の幅に対する開口部(Wo1)の幅の比は、約1:1.1〜1:1.3であり、一部の例では、アンダーカット領域(Wu1)の幅に対する開口部(Wo1)の幅の比は、1:2である。Wo1:Wu1の比が1:1未満である限り、Wo1及びWu1の幅は、非金属層の一部を捕獲し保持するのに十分な任意のサイズであり得ることに留意すべきである。
加えて、開口部(Wo)とアンダーカット領域(Wu)とを画定する金属基板1204は、多角側面とクラックとを含むことができる。続いて、これらのインターロッキング構造体に非金属材料を充填しながら、これらの多角側面は、外部の湿気が金属基板204に到達するのを防ぐように、非金属材料で充填及び/又は裏打ちされる。
図12Bに示されているように、インターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4の開口部(Wo)は、最小分離距離(Sd)だけ分離され得る。一部の例では、開口部は、これらの開口部の間に略均一な分離距離が存在するように、互いに略均等に分布している。たとえば、図12Bは、開口部(Wo2)は、開口部(Wo1)及び開口部(Wo3)に均等に分布していることを示す。しかしながら、他の例では、開口部は、互いにランダムに分布してもよい。実際には、電気化学エッチングプロセスの間、外部面1202の一部は、インターロッキング構造体1214の所定のパターンが金属部分1210において形成され得るように、インターロッキング構造体の形成を防止するためにマスクされ得ることに留意すべきである。
一部の例では、最小分離距離は、隣接するインターロッキング構造体の開口部が互いに重なり合わず、隣接するインターロッキング構造体のそれぞれのエッチングされた壁1216の不安定化をもたらさないように、数十〜数百マイクロメートル程度である。いくつかの例では、最小分離距離は、略完全なアンダーカット領域(Wu)を画定するエッチングされた壁に対応する。たとえば、図12Bを参照すると、インターロッキング構造体1214−3及び1214−4の開口部(Wo)は、それぞれのインターロッキング構造体1214−3、4のそれぞれのアンダーカット領域(Wu)を画定する壁1216が隣接するインターロッキング構造体によって不安定化されないように、分離距離(Sd3)だけ分離される。このようにして、アンダーカット領域(Wu)の形状及びサイズは、概して維持される。一部の例では、任意の数のインターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4が、互いに離散的かつ独立して形成され得る。しかしながら、インターロッキング構造体は、外部面2303の約25%〜約70%を構成することに留意すべきである。外部面1202の適度なエッチングを施すことによって、各インターロッキング構造体に関するそれぞれの引張り強度が最適になり得る。有益なことには、エッチングされた金属部分1210は、図12Cを参照してより詳細に説明されているように、エッチングされた金属部分1210と非金属層(たとえば、ポリマー層など)との間に強力な接着量を付与する適度にエッチングされた外部面を有するものとして特徴付けられる。
一部の実施形態によれば、電気化学エッチングプロセスの前に、金属基板1204の外部面1202は、比較的平坦である。電気化学エッチングプロセスに続いて、外部面1202は、金属部分1200の既存の幾何学的形状(たとえば、形状)を維持するために、比較的平坦なままであり得る。
一部の実施形態によれば、電気化学エッチングプロセスは、外部面1202に異なるテクスチャを付与するために、金属基板1204の外部面1202からある量の金属材料を除去することを指す。一部の例では、電気化学エッチングプロセスは、2〜15g/Lの範囲の硝酸ナトリウムを有するアルカリ溶液に金属基板1204を曝すことを含む。硝酸ナトリウムは、脱酸素剤である。金属基板1204は、9〜11の任意のpHレベルにおいて、約20℃〜約50℃の任意の温度範囲において溶液に曝される。加えて、金属基板1204は、1〜15分の任意の持続時間の間、1〜10Amps/dm2のいずれかの陽極電流密度において溶液に曝される。特に、印加される電流密度を調整することは、サイズ(たとえば、インターロッキング構造体の直径など)、インターロッキング構造体の密度、及びインターロッキング構造体の数に直接影響を及ぼすことができる。
更に、電気化学エッチングプロセスは、好ましくは塩化物を使用しないプロセスを利用することができることに留意すべきである。実際には、塩酸などの塩化物ベースの溶液の使用は、アルミニウム合金から形成されたそれらの金属基板の腐食に寄与する可能性がある。更に、既存の電解グレーニングプロセス(たとえば、フォトリソグラフィなど)において使用される多くの典型的な強酸(たとえば、塩酸、硝酸など)は、本明細書で説明されているように、インターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4を形成するのに不適当であることに留意すべきである。特に、電解グレーニングプロセスに使用されるこれらの典型的な強酸は、交流処理設備を必要とし、したがって、陽極酸化設備及びプロセスと容易に適合しない。更に、電解グレーニングプロセス用のこれらの強酸が利用されたとしても、それらは、本明細書で説明されているようにインターロッキング構造体の特有の特徴であるアンダーカットの幾何学的形状を生成することができない。代わりに、これらのタイプの強酸(たとえば、硫酸クロム、硫酸第二鉄、硫酸など)は、陽極酸化金属部分のエッチングプロセスの間に、ミクロンスケールの起伏を有する半球状の細孔又は浅い軽いスカロップ状の切れ目を形成する。これらの軽いスカロップ状の切れ目は、必要な防水及び引張り強度を有する構造的なバンドを有するポータブル電子デバイス用のエンクロージャを提供するために必要とされる必要な金属及び非金属の接合強度を提供するには一般に不十分であることに留意すべきである。対照的に、インターロッキング構造体は、アンダーカットの幾何学的形状又は楕円形状を有するものとして特徴付けられる。
いくつかの実施形態によれば、図12Cは、陽極酸化プロセス後の陽極酸化金属部分1220を表す。特に、図12Cは、陽極酸化プロセス後に、金属酸化物層1224が、インターロッキング構造体、たとえば、1214−1、2、3、4を画定する金属基板1204の金属材料を含む、金属基板1204の材料から形成されることを示す。図12Cに示されているように、金属酸化物層1224は、外部面1202の比較的平坦な領域並びに金属基板1204のインターロッキング構造体1214−1、2、3、4を覆う。有益なことには、金属酸化物層1224は、外部汚染物質が基礎をなす金属基板1204に到達することを防止/最小化するバリアとして作用する。実際には、金属酸化物層1224は、陽極酸化金属部分1220に耐腐食性を付与することができる。
加えて、金属酸化物層1224は、インターロッキング構造体のそれぞれの開口部(Wo)及びアンダーカット領域(Wu)を画定する壁1216の上に形成される。金属酸化物層1224は、インターロッキング構造体の基礎をなす形状に対応する形状を有することができる。したがって、金属酸化物層1224は、多角側面及びクラックを含むこともできる。続いて、これらのインターロッキング構造体に非金属材料を充填しながら、これらの多角側面は、外部の湿気が金属基板204に到達するのを防止するように、非金属材料で充填される。
一部の例によれば、金属酸化物層1224は、約500マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する。更に、金属酸化物層1224は、約40ナノメートルの細孔サイズを有する細孔構造(図示せず)を含む。酸化された金属基板1204の材料からの金属酸化物層1224の形成は、開口部(Wo)のサイズ及び/又はアンダーカット領域(Wu)のサイズを減少させる場合があるが、インターロッキング構造体1214は、アンダーカットの幾何学的形状を依然として保持することに留意すべきである。有益なことには、細孔構造は、非金属層を陽極酸化金属部分1220に取り付けることを容易にするためにインターロッキング構造体1214と結合する。
一部の例では、陽極酸化プロセスを受ける前に、エッチングされた金属部分1210は、エッチング溶液(たとえば、硝酸ナトリウムなど)を除去するために2段階逆流リンスを受ける。陽極酸化プロセスの間、エッチングされた金属部分1210は、リン酸などの陽極酸化溶液に曝される。一部の例では、リン酸は、約10重量%〜約12重量%の濃度において使用され得る。加えて、約0.5〜約0.8A/dm2の電流密度がエッチングされた金属部分1210に印加される。エッチングされた金属部分1220は、約20分〜約25分の持続時間の間、約20℃〜約24℃の温度に曝される。特に、リン酸陽極酸化は、数十ナノメートルのスケールの気孔率を有し約500nm〜700nmの厚さを有する金属酸化物層1224を生成する。得られた金属酸化物層1224は、強い接着接合を形成するように非金属材料(たとえば、エポキシ)によって容易に濡らされ得る。他の例では、エッチングされた金属部分1210は、約20分〜約60分の期間の間、約1〜3A/dm2の電流密度において、約20℃の温度において、200g/Lの硫酸などの硫酸陽極酸化溶液に曝される。他の例では、エッチングされた金属部分1210は、ホウ酸−硫酸陽極酸化プロセスに曝される。
一部の実施形態では、陽極酸化プロセスの間、金属部分1210は、非金属層の陽極酸化金属部分1220への接着性を高めるために、結果として生じる金属酸化物層1224に適用され得るエッチングプロセス(たとえば、リン酸への曝露)に曝される。陽極酸化プロセスに続いて、陽極酸化金属部分1220は、陽極酸化溶液をリンス及び乾燥され得る。その後、陽極酸化金属部分1220は、図12Dを参照して説明されているように、非金属層に接合され得る。
図12Dは、一部の実施形態による、陽極酸化金属部分1220に取り付けられた非金属層1232を有する多層部分1230(たとえば、複合部品)の断面図である。一部の例では、非金属層1232は、突出特徴部を有するバルク層として特徴付けられ得る。たとえば、非金属層1232は、溶融状態又は液体状態の間に陽極酸化金属部分1230のインターロッキング構造体1214−1、2、3、4に流れ込ませることができる、ポリエチレンテレフタレート(「PET」)、ポリアリールエーテルケトン(「PAEK」)、又はポリエーテルエーテルケトン(「PEEK」)などのポリマー材料を指すことができる。一部の例では、非金属層1232は、非金属層1232が十分であり、インターロッキング構造体によって受け入れられ得る限り、他の材料(たとえば、金属、非金属など)に加えて非金属材料を含むことができる。一部の例では、非金属層1232は、陽極酸化金属部分1220の外部面1222に付着するのに十分な任意の量の粘度又は表面張力を有することができる。非金属材料がインターロッキング構造体に流入すると、ポリマーは、これらのインターロッキング構造体1214−1、2、3、4のアンダーカット領域(Wu)内に侵入し、アンダーカット領域(Wu)内、並びに金属酸化物層1224の細孔構造内を満たすことができる。これらのアンダーカット領域(Wu)及び細孔構造に流入した後、非金属材料は、硬化されて突出部分又はアタッチメント特徴部1236にされ得る。特に、図12Dは、第1の突出部分1236−1が第1のインターロッキング構造体1214−1に接合され、第2の突出部分1236−2が第2のインターロッキング構造体1214−2に接合され、第3の突出部分1236−3が第3のインターロッキング構造体1214−3に接合され、第4の突出部分1236−4が第4のインターロッキング構造体1214−4に接合されていることを示す。更に、非金属層1234の非金属材料は、金属酸化物層1224の細孔構造(図示せず)内に充填され、それによって保持され得る。その後、非金属材料は、液体状態から固体状態に移行することができる。固体状態に変化すると、非金属層1234は、多層部分1230を形成するために陽極酸化金属部分1220に物理的に付着又は接合される。図12Dに示されているように、固体状態の非金属層1234は、それが陽極酸化金属部分1220の外部面1222と比較的同一平面になるように配置され得る。結果として形成される多層部分1230は、ポータブルデバイス、たとえば、102、104、106及び108のエンクロージャに対応することができる外部面1234を有することができる。多層部分1230は、非金属層1234がエンクロージャの異なる金属セクションの間に電気的分離を付与することができる、エンクロージャを囲む周辺部バンドを指すことができることに留意すべきである。
図12Eは、一部の実施形態による、架橋陽極酸化金属部分1240の断面図を示す。特に、架橋陽極酸化金属部分1240は、架橋インターロッキング構造体1244を含むことを除いて陽極酸化金属部分1220と同様である。架橋インターロッキング構造体1244は、互いに架橋又は接続する複数のインターロッキング構造体1214を含むことができる。一部の例では、架橋インターロッキング構造体1244は、隣接するインターロッキング構造体が、それらのそれぞれのアンダーカット領域(Wu4、Wu5)が接続するように互いに近接して形成されたときに形成される。
図13A〜図13Cは、一部の実施形態による、インターロッキング構造体を有する陽極酸化金属部分の様々な断面図を示す。図13Aは、陽極酸化金属部分1220に対応することができる陽極酸化金属部分1300を示す。図13Aは、陽極酸化金属部分1300が、外部面1302から金属基板1304に向かって延びるインターロッキング構造体1314を含むことを示す。インターロッキング構造体1314は、金属基板1304の一部内へと延び、したがって、金属基板1304の一部を露出させる可能性がある。しかしながら、金属酸化物層1306は、金属基板1304を覆う。金属酸化物層1304は、インターロッキング構造体1314の形状に概ね対応する形状をとることができる。
図13Bは、一部の実施形態による、図13Aのインターロッキング構造体1314の拡大断面図を示す。インターロッキング構造体1314は、本明細書でより詳細に説明されているように、非金属層1232の突出部分、たとえば、1236を捕獲及び保持することができるアンダーカット領域(Wu)に通じる幅(W1)を有する開口部(Wo)を含む。アンダーカット領域(Wu)は、(W1)よりも大きい幅(W2)を有する。アンダーカット領域(Wu)は、開口部(Wo)をアンダーカット領域(Wu)から分離するステップ形状を有するオーバハング1320によって画定される。一部の実施形態では、開口部(Wo)及びアンダーカット領域(Wu)は、多角側面1322を有する壁1324によって画定される。一部の例では、壁1324は、金属酸化物材料で形成される。壁1324は、エッチングされた金属部分1210のエッチングされた壁からの形状をとることができることに留意すべきである。
加えて、図13Bは、インターロッキング構造体1314が開口部(Wo)の幅(W1)よりも大きい深さ(D)を有することを示す。一部の例では、幅:深さの比は、約0.6〜約0.9である。
図13Cは、一部の実施形態による、陽極酸化金属部分1300の外部面1302の拡大断面図を示す。特に、図13Cは、金属酸化物層1306が外部面1302から金属基板1304に向かって延びる細孔構造1312を含むことを示す。細孔構造1312は、陽極酸化金属部分1300の外部面1302の中心面に略垂直な方向において細長い略円柱形の形状である。更に、細孔構造1312は、壁1316によって画定される。加えて、細孔構造1312は、非金属材料で充填され得る下端面1318を含む。細孔構造1312は、少なくとも、インターロッキング構造体1314が電気化学エッチングプロセスの結果として形成される点で、インターロッキング構造体1314と異なることに留意すべきである。
図14A〜図14Cは、一部の実施形態による、インターロッキング構造体を有するマルチピース部品の様々な断面図を示す。図14Aは、マルチピース部品1230に対応することができるマルチピース部品1400を示す。図14Aは、図13A〜図13Cの陽極酸化金属部分1300が、陽極酸化金属部分1300のインターロッキング構造体1314内へと延びそれによって保持される固定特徴部1430を含む非金属層1408に接合されていることを示す。図14Aに示されているように、インターロッキング構造体1314を画定する金属基板1304の材料(たとえば、アルミニウム)は、金属酸化物層1306によって覆われている。
図14Bは、一部の実施形態による、図14Aのインターロッキング構造体1314の拡大断面図を示す。インターロッキング構造体1314は、非金属層1408の固定特徴部1430を捕獲及び保持することができるアンダーカット領域(Wu)内に通じる幅(W1)を有する開口部(Wo)を含む。開口部(Wo)をアンダーカット領域(Wu)から分離するステップ形状は、インターロッキング構造体1314と非金属層1408との間の増大された保持を提供する上で有益である。開口部(Wo)及びアンダーカット領域(Wu)は、多角側面1322を有する壁1324によって画定される。
図14Bは、多角側面1322が、非金属材料、たとえば、固定特徴部1430で充填又は裏打ちされ得ることを示す。有益なことには、非金属材料は、多角側面1322によって形成されたポケット内を満たすので、突出部分と壁1324との間の空隙又は間隔は、存在しない場合がある。加えて、多角側面1322は、湿気が金属基板1304に到達することを防止することができる漏れ防止経路を画定することができることに留意されたい。特に、多角側面1322は、非金属材料で充填することができる複数のポケットを画定するので、漏れ防止経路は、不均一な幅を有し、開口部(Wo)経由で入る湿気が金属基板1304に到達するようにアンダーカット領域(Wu)をバイパスすることを防止することができる曲がりくねった蛇行経路を有するものとして特徴付けられる。
図14Cは、一部の実施形態による、マルチピース部品1400の外部面1402の拡大断面図を示す。特に、図14Cは、金属酸化物層1306の細孔構造1312が非金属材料で充填され得ることを示す。たとえば、細孔構造1312は、非金属層1408の固定特徴部1430で充填され得る。有益なことには、図14A〜図14Cは、非金属層1408が、インターロッキング構造体、たとえば、1314と、細孔構造、たとえば、1312とを介して陽極酸化金属部分1300に取り付けられ、それによって、陽極酸化金属部分1300と非金属層1408との間の保持及び引張りに対する抵抗力を高める。一部の例では、細孔構造1312内を満たし及び/又はその中に保持される非金属層1408の非金属材料は、ナノメートルスケールの化学的接合と呼ばれる場合があり、インターロッキング構造体1314内を満たし及び/又はその中に保持される固定特徴部1430は、マイクロメートルスケールの機械的接合と呼ばれる場合がある。
図15A〜図15Bは、一部の実施形態による、部品1500の外部面を貫通して形成された複数のインターロッキング構造体を有する部品1500の異なる斜視図を示す。図15Aは、部品1500の外部面1502の異なる領域にエッチングされたインターロッキング構造体1514−1、2、3を有する部品1500の上面図を示す。図15Aは、インターロッキング構造体1514−1、2、3が互いに離散的に形成されていることを示しているが、インターロッキング構造体1514は、互いに交差してもよいことに留意すべきである。一部の例では、インターロッキング構造体1514−1、2、3のそれぞれの開口部は、壁が互いに重なり合わず、互いに不安定化しない(たとえば、アンダーカット領域の形状又はサイズに影響を及ぼさない)ように、最小分離距離だけ分離される。
一部の例によれば、インターロッキング構造体1514は、外部面1502の総表面積の約25%〜約70%をカバーすることができる。外部面1502のオーバエッチング(X>70%)は、インターロッキング構造体1514のそれぞれを分離する壁の不安定化を引き起こす可能性があることに留意すべきである。加えて、外部面1502のアンダーエッチング(X<25%)は、非金属層、たとえば、非金属層1232への十分な取り付け点を可能にしない可能性がある。
図15Bは、図15Aにおける基準線1510によって示された部品1500の斜視断面図を示す。図15Bに示されているように、部品1500は、複数のインターロッキング構造体1514−1、2、3を有する。インターロッキング構造体1514のそれぞれは、アンダーカット領域(Wu)内に延びる開口部(Wo)を含む。一部の例では、アンダーカット領域(Wu)の幅に対する開口部(Wo)の幅の比は、約1:1.1〜1:1.3であり、一部の例では、アンダーカット領域(Wu)の幅に対する開口部(Wo)の幅の比は、1:2である。実際には、一部の例では、アンダーカット領域(Wu)の幅に対する開口部(Wo)の幅における差異を増加させることは、部品1500と、非金属層、たとえば、非金属層1232との間の引張り強度を増加させることができる。
加えて、図15Bは、インターロッキング構造体1514−1、2、3が金属酸化物層1506によって覆われていることを示す。インターロッキング構造体1514−1、2、3は、約20マイクロメートル〜約70マイクロメートルの直径を有する。インターロッキング構造体1514は、少なくとも5マイクロメートルの厚さを有する。しかし、インターロッキング構造体1514は、インターロッキング構造体1514が、30%のガラス充填材を有するポリブチレンテレフタレート(PBT)などの材料からの、非金属層1232からのガラス繊維を受け入れるために、少なくとも50マイクロメートルの厚さを有することができる。
図16は、一部の実施形態による、ポリマー層を金属部分に接合する方法1600を示す。図16に示されているように、方法1600は、ステップ1602において任意選択的に開始することができ、部品、たとえば、金属基板1204が任意選択的に仕上げ加工プロセスで処理される。一部の例では、仕上げ加工プロセスは、金属基板1204の外部面をバフ研磨すること、研磨すること、成形すること、又はテクスチャ化することのうちの少なくとも1つを含むことができる。一部の例では、仕上げ加工プロセスは、金属基板1204の外部面を化学洗浄(たとえば、脱脂、酸エッチングなど)すること又はリンスすることを含むことができる。
ステップ1604において、金属基板1204を電気化学エッチングプロセスに曝すことによって、ロッキング構造、たとえば、インターロッキング構造体1214が金属部分1200の外部面1202の1つ又は異なる領域において形成され得る。特に、電気化学エッチングプロセスは、金属部分1200をエッチング溶液に曝すことを含む。一部の例では、エッチング溶液は、約2〜15g/Lの濃度における硝酸ナトリウムのアルカリ溶液を含むことができる。しかしながら、他の例では、エッチング溶液は、約150〜250g/Lの濃度における塩化第二鉄(FeCl3)を含むことができる。金属部分1200は、約1〜15分の期間の間、1〜10Amps/dm2の陽極電流密度で9〜11のpHに曝され得る。一部の例では、外部面1202の所定の領域は、電気化学エッチングプロセスの間、ワックス、テープ、又は他の遮蔽技法の組み合わせを使用してマスクされ得る。
一部の例では、金属部分1200は、硝酸塩溶液を使用してエッチングされ得る。たとえば、金属部分1200は、35℃〜45℃の温度において、900秒の曝露時間、約9〜12のpHレベル、及び0.5〜2g/Lの硝酸ナトリウム溶液の電気化学エッチングプロセスに曝され得る。他の例では、金属部分1200は、約1〜10A/dm2の印加電流密度を受けた。
続いて、ステップ1606において、金属酸化物層1224は、陽極酸化金属部分1220を形成するように陽極酸化プロセスの結果として金属基板1204から形成される。金属酸化物層1224は、金属基板1204及びインターロッキング構造体1214を覆う。一部の例では、陽極酸化プロセスは、金属基板1204をリン酸溶液、塩化第二鉄、又は硝酸ナトリウムに曝すことを含む。
ステップ1608において、陽極酸化プロセスに続いて及び/又はその間に、方法1600は、金属基板1204をエッチングプロセスに曝すことを任意選択的に含む。たとえば、金属基板1204は、硝酸ナトリウムに曝され、それは、金属酸化物材料をエッチングし、インターロッキング構造体1314を画定する金属酸化物層1224の壁1324内に多角側面1322を形成することができる。有益なことには、多角側面1322は、湿気が金属基板1304に到達することを防止する蛇行経路を画定することができる。更に、多角側面1322は、非金属層1408の陽極酸化金属部分1300への接着を増加させることができる。
ステップ1610において、ポリマー層、たとえば、非金属層1232は、金属酸化物層1224に取り付けられる。特に、非金属層1232は、液体状態の間に陽極酸化金属部分1220のインターロッキング構造体1214に流入することができる非金属材料を指すことができる。非金属材料がこれらのインターロッキング構造体1214に流入すると、非金属材料は、これらのインターロッキング構造体1214のアンダーカット領域(Wu)内に突出し、アンダーカット領域(Wu)並びに金属酸化物層1224の細孔構造内を満たすことができる。これらのアンダーカット領域(Wu)及び細孔構造に流入した後、非金属材料は、硬化されて突出部分又はアタッチメント特徴部1236にされ得る。
図17は、一部の実施形態による、非金属層を金属部分に接合する方法1700を示す。図17に示されているように、方法1700は、ステップ1702において開始し、部品、たとえば、金属基板1204の外部面が、3−D画像走査システム、電子顕微鏡、又は他の好適なシステムを使用して走査される。
ステップ1704において、外部面1202は、それらの領域が多層エンクロージャ又は複合部品を有する外部面の部分に対応する場合など、非金属層1232が金属基板1204のそれらの特定の領域に取り付けられることが望ましい領域を識別するために走査され得る。
ステップ1706において、外部面1202の領域は、フォトリソグラフィプロセスを使用することなどによってマスクされ得る。これらの1つ以上の領域をマスクすることによって、それらは、カバーされ、一般に、これらの1つ以上の領域の化学的特性又は冶金学的特性にかかわらず、エッチングプロセスに曝されることから防止される。
ステップ1708において、マスクされた領域をエッチングされることから防止しながら、外部面1202のマスクされていない領域を電気化学エッチングプロセスに曝すことによって、外部面1202の1つ以上の選択された領域においてロッキング構造、たとえば、インターロッキング構造体1214が形成され得る。マスキングに加えて、エッチングを必要としない外部面1202の他の領域は、テープ、ワックス、又はポリマーを使用する電解質からの遮蔽を使用して保護され得る。電気化学エッチングプロセスに続いて、インターロッキング構造体1214が更に成長するのを防ぐなどのために、脱イオン水を使用することによって、外部面1202上に存在する任意の残存するエッチング溶液が洗浄され得る。ステップ1708と併せて、外部面1202内に形成されるインターロッキング構造体1214の密度及び/又は数が監視及び制御され得る。加えて、インターロッキング構造体1214の直径及び厚さが監視及び制御され得る。
ステップ1710において、陽極酸化金属部分1220を形成するために、陽極酸化プロセスの結果として、金属酸化物層1224が金属基板1204から形成され得る。金属酸化物層1224は、金属基板1204とインターロッキング構造体1214とを覆う。一部の例では、陽極酸化プロセスは、金属基板1204をリン酸溶液に曝すことを含む。一部の例では、陽極酸化プロセスは、金属基板1204をエッチングプロセスに曝すことを含む。
ステップ1712において、方法1700は、複合部品1230を形成するために、非金属層1232を陽極酸化金属部分1220に任意選択的に取り付けることを含む。特に、非金属層1232は、陽極酸化金属部分1220に接合又は付着され得る。一部の例では、仕上げ加工プロセス又は洗浄プロセスが複合部品1230に対して実行され得る。
図18は、金属部分の処理のタイプの関数としての引張り強度の関係を示すグラフを示す。例示的な試みでは、非金属層に取り付けられた異なる金属部分が引張り強度について個別に試験された。(i)アルミニウム部分と、(ii)陽極酸化アルミニウム部分と、(iii)エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分とを含む異なる金属部分が試験された。アルミニウム部分は、インターロッキング構造体を形成するためにエッチングもされず、陽極酸化もされなかった。例示的な試みでは、アルミニウム部分は、約0kg/Fの引張り力を示した。陽極酸化アルミニウム部分は、リン酸溶液を使用して陽極酸化された。陽極酸化アルミニウム部分は、約78〜135kg/Fの引張り力を示した。エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分は、硝酸塩溶液を使用してインターロッキング構造体を形成するためにエッチングされ、続いてリン酸溶液を使用して陽極酸化された。エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分は、約130〜210kg/Fの引張り力を示した。一部の例では、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分は、特に、157±21kg/Fの引張り力を示した。インターロッキング構造体を形成するために硝酸塩溶液を用いて陽極酸化アルミニウム部分をエッチングするプロセスは、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分と非金属層との間の引張り強度を増加させるのに有益であることに留意すべきである。
図19は、金属部分の処理のタイプの関数としての空気漏れの関係を示すグラフを示す。例示的な試みでは、非金属層に取り付けられた異なる金属部分が空気漏れについて個別に試験された。(i)平坦な表面を有する金属部分と、(ii)陽極酸化アルミニウム部分と、(iii)エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分とを含む異なる金属部分が試験された。平坦な表面を有する金属部分は、エッチングも陽極酸化もされなかった。例示的な試みでは、平坦な表面を有する金属部分のすべては、耐空気漏れに関連付けられた閾値を十分に下回る空気漏れを示した。陽極酸化アルミニウム部分は、リン酸溶液を使用して陽極酸化された。エッチングされた陽極酸化部分のすべては、耐空気漏れに関する閾値を満たす空気漏れ評価を示した。したがって、例示的な試みは、インターロッキング構造体を形成するために硝酸塩溶液で金属部分をエッチングすることが、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分と非金属層との間の空気漏れも減少させることを実証している。これは、陽極酸化アルミニウム部分に対して、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分が、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分と非金属層との間の空気漏れ接合部の数及び/又はサイズを最小にすることを実証することができる。
図20は、金属部分の処理のタイプの関数としての空気漏れの関係を示すグラフを示す。例示的な試みでは、非金属層に取り付けられた異なる金属部分が空気漏れについて個別に試験された。異なる金属部分は、両方共リン酸を用いて陽極酸化された(i)陽極酸化アルミニウム部分と(ii)エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分とを含む。陽極酸化アルミニウム部分の90%は、空気漏れに関連付けられた閾値未満の空気漏れの量を示した。対照的に、エッチングされた陽極酸化アルミニウム部分の97%は、空気漏れに関連付けられた閾値を満たす又は超える空気漏れの量を示した。一部の例では、陽極酸化アルミニウム部分の空気漏れは、0.6バールにおいてX<0.2sccmにおいて測定された。
図21A〜図21Cは、一部の実施形態による、陽極酸化金属部分の例示的な電子顕微鏡画像を示す。図21Aは、陽極酸化金属部分2102の断面図を示す。図21Aに示されているように、陽極酸化金属部分2102は、ガラス強化プラスチックを含むポリマー層2110に取り付けられている。位置Aにおいて、ポリマー層2110は、平坦な表面2104において陽極酸化金属部分2102に取り付けられている。位置Bにおいて、ポリマー層22110は、インターロッキング構造体2106を介して陽極酸化金属部分2102に取り付けられている。
図21Bは、位置Bの拡大断面図を示す。特に、ポリマー層2110のガラス繊維2114及びポリマー材料2112は、インターロッキング構造体2106内を満たしている。一部の例では、インターロッキング構造体2106は、ガラス繊維2114を受け入れるために少なくとも5マイクロメートルの厚さを有する。インターロッキング構造体210のオーバハング2108は、さもなければポリマー材料2110をインターロッキング構造体2106から取り外すために必要とされる引張り強度の量を増加させる。
図21Cは、位置Aの拡大断面図を示す。特に、陽極酸化金属部分2102の金属酸化物層の細孔構造は、ガラス繊維2114を受け入れるのに十分な大きさではない場合がある。しかしながら、細孔構造は、非金属材料(たとえば、ポリマー材料2112)を受け入れ、それで充填されることが可能である。
説明した実施形態の様々な態様、実施形態、実装形態、又は特徴は、個別に又は任意の組み合わせで用いることができる。説明した実施形態の各種の態様をソフトウェア、ハードウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより実施することができる。説明された実施形態はまた、製造作業を制御するための、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして、又は製造ラインを制御するための、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして、具現化することもできる。このコンピュータ可読媒体は、後でコンピュータシステムによって読み込むことが可能なデータを記憶することができる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ可読媒体の例としては、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、CD−ROM、HDD、DVD、磁気テープ、及び光学的データ記憶装置が挙げられる。コンピュータ可読コードが分散形式で記憶及び実行されるように、コンピュータ可読媒体をネットワークに結合されたコンピュータシステムにわたって分散させることもできる。
前述の記載では、記載した実施形態について十分な理解をもたらすため、説明のために特定の専門用語を用いた。しかしながら、記載した実施形態を実施するために、特定の詳細は必要でないことが、当業者には明らかであろう。それゆえ、上述の具体的な実施形態の説明は、例示及び説明の目的のために提示される。それらの説明は、網羅的であることも、又は開示される厳密な形態に、説明した実施形態を限定することも意図するものではない。上記の教示を考慮すれば、多くの変更及び変形が可能であることが、当業者には明らかであろう。