KR20200136809A - 개선된 색 일관성 및 색 변화에 대한 저항성을 갖는 티타늄 표면들 - Google Patents

개선된 색 일관성 및 색 변화에 대한 저항성을 갖는 티타늄 표면들 Download PDF

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제임스 에이. 커란
토드 에스. 민츠
다니엘 티. 맥도날드
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Abstract

본 출원은 휴대용 전자 디바이스용 인클로저를 형성하는 방법에 관한 것이다. 인클로저는 제1 b* 값을 갖는 금속 기판을 포함한다. 방법은 금속 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 형성하는 단계를 포함하고, 양극산화된 층은 제1 b* 값의 0.3 이하이고 제1 *b 값보다 0.3 이상 적은 제2 b* 값을 갖는다.

Description

개선된 색 일관성 및 색 변화에 대한 저항성을 갖는 티타늄 표면들{TITANIUM SURFACES WITH IMPROVED COLOR CONSISTENCY AND RESISTANCE TO COLOR CHANGE}
설명된 실시예들은 일반적으로 색 변화를 겪는 것에 대한 증가된 저항성을 갖는 양극산화된 부분에 관한 것이다. 더 구체적으로, 설명된 실시예들은 티타늄 기판 위에 놓이는 공학적 양극산화 층을 형성하기 위해 제어된 양극산화 공정을 사용하는 기술들에 관한 것이다.
휴대용 전자 디바이스용 인클로저들은 소비자 흥미를 증가시키기 위해 다양한 상이한 색들로 처리될 수 있다. 그러나, 이들 인클로저가 환경에 노출될 때, 노출은 이들 인클로저의 색들을 변화시키고 이들 인클로저를 상당한 착색에 민감하게 남길 수 있다. 더욱이, 티타늄 및 이의 합금들과 같은 소정의 금속들은 가혹한 환경들에서 산화될 때 착색에 훨씬 더 민감하다. 따라서, 이들 인클로저의 외관의 이러한 제어되지 않는 변화는 일반적으로 소비자 전자 산업에서 바람직하지 않다.
본 문서는 색 변화를 겪는 것에 대한 증가된 저항성을 갖는 양극산화된 부분에 관한 다양한 실시예들을 설명한다. 더 구체적으로, 설명된 실시예들은 티타늄 기판 위에 놓이는 공학적 양극산화 층을 형성하기 위해 제어된 양극산화 공정을 사용하는 기술에 관한 것이다.
일부 실시예들에 따르면, 휴대용 전자 디바이스용의 제1 b* 값을 갖는 금속 기판을 포함하는 인클로저를 형성하는 방법이 설명된다. 방법은 금속 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 형성하는 단계를 포함하고, 양극산화된 층은 제1 b* 값의 0.3 이하이고 제1 *b 값보다 0.3 이상 적은 제2 b* 값을 갖는다.
일부 실시예들에 따르면, 금속 기판을 처리하는 방법이 설명된다. 방법은 전해 양극산화 공정을 사용하여 금속 기판 위에 놓이는 양극산화된 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 양극산화된 층의 색이 미리 결정된 b* 값을 초과한다고 결정한 것에 응답하여: 양극산화된 층의 수정된 색의 b* 값이 3 내지 8이 되도록 전해 양극산화 공정과 연관된 양극산화 전압을 사용함으로써 양극산화된 층의 색을 수정하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 인클로저는 티타늄을 포함하는 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 포함하고, 여기서 양극산화된 층은 3 내지 8인 b* 값을 갖는다.
본 발명의 내용은 단지 본 명세서에 설명되는 주제의 일부 양태들에 대한 기본적인 이해를 제공하도록 일부 예시적인 실시예들을 요약하기 위한 목적으로 제공될 뿐이다. 따라서, 전술된 특징들은 단지 예시일 뿐이고 본 명세서에 설명된 주제의 범주 또는 기술적 사상을 어떤 방식으로든 한정하도록 해석되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명된 주제의 다른 특징들, 양태들 및 이점들은 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 도면들 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 개시내용은 첨부 도면들과 함께 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 의해 용이하게 이해될 것이며, 도면에서 유사한 도면 부호들은 유사한 구조적 요소들을 지정한다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 본 명세서에 설명된 기술들을 사용하여 처리될 수 있는 인클로저들을 갖는 다양한 휴대용 전자 디바이스들의 사시도들을 도시한다.
도 2a 내지 도 2h는 일부 실시예들에 따른, 공학적 양극산화된 부분을 형성하는 공정의 단면도들을 도시한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 광 간섭 효과를 부여하는 공학적 양극산화된 부분의 단면도를 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른, 공학적 양극산화된 부분을 형성하는 방법을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 공학적 양극산화된 부분을 형성하는 방법을 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 공학적 양극산화된 부분을 형성하는 방법을 도시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 양극산화 전압의 함수로서 L*와 b* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 양극산화 전압의 함수로서 Δa*와 Δb* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 환경 노출의 시간의 함수로서의 Δb* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
본 출원에 따른 방법들 및 장치의 대표적인 응용예들이 이 섹션에 설명된다. 이 예들은 단지 맥락을 부가하고 설명된 실시예들의 이해에 도움을 주기 위해 제공되어 있다. 따라서, 설명된 실시예들이 이들의 구체적인 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 공정 단계들은 설명된 실시예들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않았다. 다른 응용예들도 가능하며, 따라서 이하의 예들은 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서는, 설명의 일부를 형성하고 설명된 실시예들에 따른 특정 실시예들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면들이 참조된다. 이러한 실시예들은 본 기술 분야의 통상의 기술자가 설명된 실시예들을 실행할 수 있게 하도록 충분히 상세하게 설명되지만, 이러한 예들은 제한하는 것이 아니어서, 다른 실시예들이 사용될 수 있으며 설명된 실시예들의 기술적 사상 및 범주를 벗어남이 없이 변경이 이루어질 수 있음이 이해된다.
휴대용 전자 디바이스용 인클로저들은 소비자 흥미를 증가시키기 위해 다양한 상이한 색들로 처리될 수 있다. 그러나, 이들 인클로저가 일상 환경 조건들에 처해질 때, 노출은 이들 인클로저의 색들을 변경하고 상당한 착색 및 색 변화에 민감하게 이들 인클로저를 남길 수 있다. 예를 들어, 이들 인클로저는 사용자에 의해 착용되고 사용자가 서핑하고 있는 동안 염수에 처해질 수 있고, 사용자가 수영하고 있는 동안 염소화된 물에 노출되고, 사용자가 뛰고 있는 동안 땀에 묻을 수 있다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스의 수명 전체에 걸친 이들 환경 조건들에 대한 장기간 노출은 일반적으로 바람직하지 않은 외관의 제어되지 않는 변화를 야기할 수 있다.
더욱이, 티타늄 및 이의 합금들과 같은 소정의 금속들은 가혹한 환경들에서 산화될 때 착색 및 색 변화를 겪는 것에 훨씬 더 민감하다. 티타늄은 저밀도 및 내부식성의 티타늄의 조합으로 인해 금속 인클로저들을 위한 스테인리스 강에 비해 매력적인 후보이다. 더욱이, 티타늄은 임의의 금속의 최고 강도: 중량 비를 갖는다. 금속 인클로저들에 티타늄을 이용함으로써, 더 얇은 인클로저들이 내부에 더 많은 소자들을 보유하는 데 이용될 수 있다. 그러나, 이들 이점에도 불구하고, 티타늄은 환경 노출에 훨씬 더 민감하다. 특히, 티타늄 표면의 색은 자연 은색으로부터 황색의 색조, 이어서 갈색으로 점진적으로 변경될 수 있고, 다음에 산화될 때 심지어 자주색 및 청색일 수 있다. 더욱이, 티타늄 표면들은 피지와 같은 일반적인 화학물질들 및 분비물들에 노출될 때 비가역적으로 착색될 수 있다. 결과적으로, 이들 티타늄 표면들은 착색된 영구 갈색 또는 자주색일 수 있다.
환경 노출에 대한 티타늄의 높은 민감성의 이유들 중 하나는 티타늄이 그것의 표면 상에 쉽게 형성되는 자연 금속 산화물 층을 갖는다는 것이다. 실제로, 자연 금속 산화물 층은 티타늄의 산소에의 임의의 노출시 즉각적으로 형성된다. 전형적으로, 자연 금속 산화물 층은 자연 금속 산화물 층을 산소에 매우 화학적으로 반응성으로 하게 하는 변화된 두께 및 밀도를 갖는다. 또한, 자연 금속 산화물 층은 산소에 대해 상대적으로 투과성이어서, 자연 금속 산화물 층을 두껍게 하는 산화물-금속 계면에서의 계속되는 산화를 야기한다. 자연 금속 산화물 층은 계속되는 산화 노출에 의해 두꺼워지고, 그럼으로써 자연 금속 산화물 층의 색이 현저하게 더 황색으로 되게 한다. 자연 금속 산화물 층의 변색은 박막 간섭 착색에 기인할 수 있으며, 이에 의해, 자연 금속 산화물 층의 외부 표면으로부터 반사된 광과 자연 금속 산화물 층의 하부 표면으로부터 반사된 광 사이의 간섭은 가시광 스펙트럼의 최단 단부에서 상쇄 간섭을 초래하고, 이는 일부 청색을 제거하고, 대신에 대응하는 황색을 남긴다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 자연 금속 산화물 층은 티타늄이 산화될 때 티타늄 표면 상에서 즉각적으로 성장한다. 두꺼워지는 속도는 시간이 지남에 따라 느려지지만, 온도, 습도, 환경 pH, 두께, 자연 금속 산화물 층의 조성 및 컴팩트성(compactness), 티타늄 기판의 조성, 및 자연 금속 산화물 층 상에 존재하는 임의의 표면 오염물들의 성질을 포함하는 요인들로 인해 중지되지 않는다. 티타늄은 물, 탄화수소들, 및 다른 화합물들과 쉽게 상호작용하기 때문에, 이들 티타늄 부분이 장기간 저장될 수 있는 제조 또는 저장 환경에서 티타늄의 색 변화를 제어하고 방지하는 것은 극히 어렵다. 예를 들어, 자연 금속 산화물 층이 없는 새로 가공된 티타늄 부분은 주간 황변(~b* 1 - 2)에서 상당한 가변성을 나타낸다. 또한, 휴대용 전자 디바이스용 인클로저의 상이한 부분들 및 소자들은 상이한 환경 노출들, 저장 조건들 등에 처해질 수 있다. 예를 들어, 동일한 야금 티타늄 조성 및 가공 직후에 동일한 외관을 갖는 버튼과 케이스를 갖는 갖는 스마트 워치용 인클로저는 그들의 상이한 저장 환경들의 결과로서 결국 상이한 색 외관들을 가지게 될 수 있다. 추가적으로, 자연 금속 산화물 층의 형성의 이력은 그것의 구조 및 조성에, 그리고 그에 따른 추가의 산화에 대한 그것의 화학적 반응성 및 민감성에 영향을 준다. 따라서, 동일한 환경에 노출될 때 버튼과 케이스는 또한 스마트 워치의 수명에 걸쳐 속성, 두께, 및 외관이 달라질 수 있다. 결과적으로, 버튼과 케이스 사이의 변화된 외관은 스마트 워치의 외관으로부터 상당히 벗어난다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스용 인클로저들에 대한 부분들이 색-정합되는 것을 보장하는 데 상당한 주의가 요망되는 소비자 전자 산업에서, 색의 변화가 1 b*보다 적은 것이 바람직하고, 색의 변화가 < 0.5 b*보다 적은 것이 훨씬 더 바람직하다.
따라서, 본 명세서에 설명된 기술들은 공학적 양극산화된 층의 두께(예를 들어, ~1nm - 2nm 두께) 및 색이 정밀하게 제어되는 것을 보장함으로써 티타늄의 "자연" 색을 정밀하게 제어하는 수단을 제시하고 또한 공학적 양극산화된 층의 밀도 및 화학량론(stoichiometry)의 임의의 가변성을 제거한다. 자연 금속 산화물 층은 유사한 두께 및 외관을 갖지만, 더 주의깊게 공학적 조작 제어된 외관 및 조성을 갖는 공학적 양극산화된 층으로 대체된다. 결과적으로, 공학적 양극산화된 층은 색 변화 및 추가의 산화에 훨씬 덜 민감하다. 유익하게는, 이러한 기술은 부분-대-부분 가변성을 감소시킨다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어들, 양극 막, 양극산화된 막, 양극 층, 양극산화된 층, 양극 산화물 코팅, 양극 층, 양극 산화된 층이 상호교환하여 사용될 수 있고, 임의의 적절한 양극산화된 층들을 지칭한다. 추가적으로, 용어들, 산화물 층, 금속 산화물 층, 및 산화된 층은 상호교환하여 사용될 수 있으며, 임의의 적절한 금속 산화물 층들을 지칭한다. 일부 예들에서, 용어 금속 산화물 층은 양극산화된 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극산화된 층은 전해 양극산화 공정의 결과로서 형성될 수 있다. 추가적으로, 용어들 패시베이션 층, 패시베이션 막, 패시베이션 산화물 층, 자연 산화물 층은 상호교환하여 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 용어 금속 산화물 층은 패시베이션 층을 포함할 수 있다. 특히, 패시베이션 층은, 예컨대 금속 기판을 공기 또는 수분에 노출시켜 자발적 산화 공정을 통해 자연 금속 산화물 층을 형성함으로써, 비전해 패시베이션 공정의 결과로서 형성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 금속 산화물 층들은 기판의 금속 표면들 상에 형성될 수 있다. 기판은 여러 적합한 금속들 또는 금속 합금들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 티타늄 또는 티타늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 금속 및 비금속 재료들을 포함한다. 비금속 재료들은 중합체 또는 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어들 부분, 층, 세그먼트, 일부 및 섹션은 또한 적절한 경우에 상호교환하여 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 금속 산화물 층 및 양극산화된 층의 색은 CIE L*a*b* 색-대립 치수 값들에 따라 특징지어질 수 있다. L* 색 대립 치수 값은 L*a*b* 색 공간 내의 하나의 변수이다. 일반적으로, L*는 명도(lightness)의 양에 대응한다. L* = 0은 극단적인 흑색을 나타내는 반면, L* = 100은 백색을 나타낸다. 일반적으로, a*는 샘플 내의 적색 및 녹색의 양들을 나타낸다. 음의 a* 값은 녹색을 나타내는 반면, 양의 a* 값은 적색을 나타낸다. 따라서, 양의 a* 값을 갖는 샘플들은 녹색보다 더 많은 적색이 존재함을 나타낼 것이다. 일반적으로, b*는 샘플 내의 청색 및 황색의 양들을 나타낸다. 음의 b* 값은 청색을 나타내는 반면, 양의 b* 값은 황색을 나타낸다. 따라서, 양의 b* 값을 갖는 샘플들은 청색보다 더 많은 황색이 존재함을 나타낼 것이다.
일부 실시예들에 따르면, 휴대용 전자 디바이스용의 제1 b* 값을 갖는 금속 기판을 포함하는 인클로저를 형성하는 방법이 설명된다. 이 방법은 금속 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 형성하는 단계를 포함하고, 양극산화된 층은 제1 b* 값의 0.3 이하이고 제1 *b 값보다 0.3 이상 적은 제2 b* 값을 갖는다.
이들 및 다른 실시예들이 도 1 내지 도 9를 참조하여 아래에 논의된다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 이러한 도면들에 대하여 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명이 단지 설명의 목적을 위한 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
도 1은 본 명세서에 설명된 바와 같은 기술들을 사용하여 처리될 수 있는 다양한 휴대용 전자 디바이스들을 도시한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 기술들은 휴대용 전자 디바이스들의 인클로저들의 금속성 표면들을 처리하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 이들 인클로저의 금속성 표면들의 색은 전해 양극산화 공정의 결과로서 조정될 수 있으며, 이는 본 명세서에 더 상세히 설명된다.
도 1은 스마트폰(102), 태블릿 컴퓨터(104), 스마트워치(106), 및 휴대용 컴퓨터(108)를 포함하는, 본 명세서에 설명된 기술들을 사용하여 처리될 수 있는 예시적인 휴대용 전자 디바이스들을 도시한다. 이들 예시적인 휴대용 전자 디바이스는 한 명 이상의 사용자와 연관된 개인적으로 식별가능한 정보를 사용할 수 있다. 개인적으로 식별가능한 정보의 사용은 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 산업 또는 정부 요건들을 충족하거나 초과하는 것으로 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 하는 것이 잘 이해된다. 특히, 개인적으로 식별가능한 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 허가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험성들을 최소화하도록 관리되고 처리되어야 하며, 허가된 사용의 성질은 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
도 2a 내지 도 2h는 일부 실시예들에 따른, 공학적 양극산화된 것을 형성하는 공정을 겪은 금속 부분의 단면도들을 도시한다. 도 2a는 기판(204)을 갖는 부분(200)을 도시한다. 부분(200)은 임의의 후속 산화 공정, 에칭 공정, 및/또는 전해 양극산화 공정에 적합한 임의의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 부분(200)은 최종 부분, 예컨대 휴대용 디바이스들(102, 104, 106, 108)의 인클로저들과 같은 거의 최종적인 형상(near net shape)을 갖는다. 일부 예들에 따르면, 금속 기판(204)은 높이, 폭, 및 깊이를 갖는 3차원 구조이며, 금속 기판(204)은 금속 산화물 층을 형성하기에 그리고 비금속 층을 금속 부분(200)에 부착하기에 적합한 임의의 유형의 기하학적 구조를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 기판(204)의 기하학적 구조는 직사각형, 다각형, 원형, 경사진 에지들, 각이 진 에지들, 타원형 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판(204)의 텍스처는 일반적으로 평평하거나 또는 고르지 않은 표면일 수 있다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, 비전해 패시베이션 공정에 후속하는 산화된 부분(210)을 도시한다. 특히, 산화된 부분(210)은 비전해 패시베이션 공정의 결과로서 기판(204) 위에 배치된 금속 산화물 층(212)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 패시베이션 공정을 거치기 전에 기판(204)의 표면이 세정될 수 있다. 일부 예들에서, 비전해 패시베이션 공정 동안, 기판(204)은, 기판(204)을 공기 또는 수분에 노출시킴으로써 자발적 공정을 통해 산화되어 자연 금속 산화물 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(204)은 티타늄 또는 티타늄 합금을 포함할 수 있다. 특히, 기판(204) 내에 존재하는 티타늄 이온은 물 및/또는 공기 중에 존재하는 산소와 쉽게 반응할 수 있어서, 산화티타늄을 형성한다. 산화티타늄을 포함하는 금속 산화물 층(212)은 패시베이션 층으로 또한 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 금속 산화물 층(212)은 두께가 약 3nm 내지 약 9nm인 두께 및/또는 밀도로 성장할 수 있다. 그러나, 금속 산화물 층(212)이 두께가 증가함에 따라, 금속 산화물 층(212)의 외부 표면은 색을 계속 변화시키며 현저하게 더 황색으로 된다. 예를 들어, CIE L*a*b* 색 공간을 사용하여, 측정된 것과 같은, 약 3nm 내지 약 9nm의 두께를 갖는 금속 산화물 층(212)의 색은 약 3 내지 약 8의 b* 값을 갖는다.
도 2c는 도 2b의 산화된 부분의 섹션 A를 참조하여 산화된 부분(210)의 확대도를 도시한다. 특히, 확대도는 금속 산화물 층(212)의 상이한 영역들(PT1, PT2)을 도시한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 금속 산화물 층(212)은 그것의 부정확한 패시베이션 산화 공정으로 인해 두께의 변화를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 층(212)의 영역(PT1)은 두께(T1)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 영역(PT1)에 인접한 금속 산화물 층(212)의 영역(PT2)은 실질적으로 상이한 두께(T2)를 갖는다. 예를 들어, 도 2c는 (T2) > (T1)인 것을 도시한다. 금속 산화물 층(212)의 색이 금속 산화물 층(212)의 두께와 상관될 수 있기 때문에, 이들 영역(PT1, PT2)은 상이한 색들을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다.
또한, 도 2c는 금속 산화물 층(212)이 일반적으로 비정질 구조, 금속 산화물 재료의 가변 화학량론, 랜덤 플레이크들, 상이한 수준들의 다공성 및 투과율, 및 금속 산화물 재료의 불균일한 밀도를 갖는 것을 도시한다. 결과적으로, 이들 특징은 금속 산화물 층(212)에 전체적으로 일관성 없는 색 외관 및 불균일한 양의 경도를 부여한다. 예를 들어, 상이한 영역들(PT1, PT2) 사이의 색의 변화들은 1 b*를 초과할 수 있으며, 그러므로 변화들은 사람의 눈으로 인지될 수 있다.
도 2d는 일부 실시예들에 따른, 산화된 부분(210)으로부터 금속 산화물 층(212)의 적어도 일부를 제거하는 공정에 후속하는 수정된 부분(220)을 도시한다. 특히, 금속 산화물 층(212)은 금속 산화물 층(212)을 화학적 에칭 공정에 노출시킴으로써 제거될 수 있다. 한 예에서, 금속 산화물 층(212)은 인산, 황산, 및/또는 옥살산 또는 이들의 혼합물들을 사용하여 열산 에칭된다. 일부 예들에서, 부분은 산화된 부분(210)의 나머지 부분(예컨대, 기판(204))을 노출시키도록 산화된 부분(210)으로부터 제거되는 금속 산화물 층(212)의 대부분을 지칭할 수 있다. 일부 예들에서, 부분은 산화된 부분(210)의 나머지 부분을 노출시키도록 산화된 부분(210)으로부터 제거될 금속 산화물 층(212)의 실질적으로 모두를 지칭할 수 있다. 일부 예들에서, 금속 산화물 층(212)의 모두는 산화된 부분(210)의 나머지 부분을 노출시키도록 산화된 부분(210)으로부터 제거될 수 있다.
금속 산화물 층(212)의 적어도 일부를 제거하는 것은 수정된 부분(220)의 b* 값을 끌어내린다. 실제로, 제거되는 금속 산화물 재료가 많을수록 b* 값이 더 낮아진다. 일부 예들에서, b* 값은 수정된 부분(220)이 자연 티타늄 색에 가능한 한 가깝게 가정되도록 끌어내려진다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 자연 티타늄 색은 b* 값이 3 이하인 것으로 특징지어질 수 있다. 수정된 부분(220)의 자연 티타늄 색은 패시베이션 산화물 층이 기판(204) 위에 신속하게 재형성될 수 있음에 따라 오래가지 못한다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 패시베이션 산화물 층이 신속하게 재형성되는 것을 방지하기 위해, 수정된 부분(220)은, 수정된 부분(220)이 임의의 상당한 색 변화에 저항하도록 제어된 양극산화 공정을 즉시 겪어야 한다.
도 2e는 일부 실시예들에 따른, 전해 양극산화 공정에 후속하는 양극산화된 부분(230)을 도시한다. 특히, 수정된 부분(220)은 공학적 양극산화된 층(232)을 형성하기 위한 것과 같은 제어된 전해 양극산화 공정을 겪는다. 일부 실시예들에서, 기판(204)의 일부 또는 실질적으로 모두가 공학적 양극산화된 층(232)으로의 전환에 의해 전환 또는 소비된다.
전해 양극산화 공정 동안, 공학적 양극산화된 층(232)의 두께는 전해 양극산화 공정과 연관된 인가된 양극산화 전압을 제어함으로써 정밀하게 제어될 수 있다. 특히, 공학적 양극산화된 층(212)의 두께는 인가된 양극산화 전압의 함수이다. 예를 들어, 인가된 전압의 추가의 0.5V는 약 1.5nm 두께의 성장 및 ~1.7의 b* 값의 대응하는 증가를 야기한다. 따라서, 공학적 양극산화된 층(232)의 두께 및/또는 색을 보다 정밀하게 제어하기 위해, 전해 양극산화 공정 동안 고전압을 인가하지 않도록 주의깊은 제어가 구현되어야 한다. 실제로, 본 명세서에 설명된 양극산화 기술들은 저전압(예를 들어, ~1V 내지 ~2V)에서 동작하여 요구되는 정확한 양의 두께 및 색 제어를 제공할 수 있는 특수화된 정류기들을 이용할 수 있다. 대조적으로, 종래의 양극산화 장비는 고전압(~100V 내지 200V)에서 동작하는 정류기들을 이용할 수 있으며, 이는 본 명세서에 설명된 기술에 필요한 정확한 양의 전압 제어를 제공할 수 없다.
특히, 도 2e는 산화된 부분(210)의 금속 산화물 층(212)의 상이한 영역들(PT1, PT2)에 대응하는 위치들을 갖는 공학적 양극산화된 층(232)의 상이한 영역들(PT1, PT2)을 도시한다. 금속 산화물 층(212)과는 대조적으로, 공학적 양극산화된 층(232)은 전체에 걸쳐 더 균일한 두께를 갖는다. 결과적으로, 공학적 양극산화된 층(232)의 영역(PT1, PT2)은 대체로 동등한 두께(T3)를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 공학적 양극산화된 층(232)의 색이 공학적 양극산화된 층(232)의 두께와 상관될 수 있기 때문에, 이들 영역(PT1, PT2)은 실질적으로 균일한 색을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 이들 영역(PT1, PT2)은 b* 값의 차이가 ±0.3 이내일 수 있다. 이해되는 바와 같이, b*가 1 미만인 색의 변화들은 일반적으로 사람의 눈으로 인지될 수 없다.
일부 예들에 따르면, 공학적 양극산화된 층(232)은 두께가 약 2나노미터 내지 약 6나노미터일 수 있다. 공학적 양극산화된 층(232)의 색이 두께의 함수이기 때문에, 공학적 양극산화된 층(232)은 약 5 내지 8의 b* 값을 갖도록 조정될 수 있다.
또한, 도 2e는 공학적 양극산화된 층(232)이 금속 산화물 재료의 대체로 균일한 밀도를 갖는 것을 도시한다. 일부 예들에 따르면, 공학적 양극산화된 층(232)은 금속 산화물 층(212)의 두께 이하인 두께(예컨대, T3)를 가질 수 있다. 특히, 공학적 양극산화된 층(232)의 두께는, 본 명세서에 설명될 바와 같이, 소유성 층 및/또는 소수성 층이 공학적 양극산화된 층(232)의 외부 표면에 도포될 수 있도록 금속 산화물 층(212)의 두께보다 의도적으로 작을 수 있다. 유익하게는, 공학적 양극산화된 층(232)의 두께를 금속 산화물 층(212)의 두께보다 작도록 제어하는 경우, 공학적 양극산화된 층(232)의 색은 자연 티타늄의 색과 실질적으로 유사하게 보일 수 있다(즉, b* 값은 ~5 내지 ~8임). 또한, 공학적 양극산화된 층(232)은 금속 산화물 층(212)에 비해 감소된 두께를 가져서, 공학적 양극산화된 층(232)은 색 변화들을 겪지 않고서 저장 환경에서 휴지 상태에 놓일 수 있다.
또한, 공학적 양극산화된 층(232)은 수분, 오염 물질들 등에 노출될 때 색 변화(예를 들어, 더 황색으로 보임)에 실질적으로 저항한다. 특히, 공학적 양극산화된 층(232)은 금속 산화물 층(212)보다 더 균일한 조성, 구조, 및 화학량론을 갖는다. 공학적 양극산화된 층(232)의 대체로 균일한 구조는 공학적 양극산화된 층(232)이 자연 금속 산화물 층(212)보다 산화에 대해 훨씬 더 저항성인 것에 기여한다. 따라서, 공학적 양극산화된 층(232)은 추가 변색 및 착색에 대해 훨씬 더 강건한 물리적 장벽을 제공한다.
도 2f는 도 2e의 양극산화된 부분(230)의 평면도를 도시한다. 전해 양극산화 공정의 결과로서, 기판(204) 위에 놓이는 공학적 양극산화된 층(232)이 형성된다. 공학적 양극산화된 층(232)은 양극산화된 부분(230)의 외부 표면(202)의 중심 평면에 대체로 수직인 방향으로 가늘고 긴 대체로 원주형인 형상들을 갖는 것으로 특징지어지는 기공 벽들(237)에 의해 한정되는 기공 구조들(236)을 포함할 수 있다. 각각의 기공 구조들(236)은 종단부 내로 연장하는 개구(238)를 포함할 수 있다. 공학적 양극산화된 층(232)은 장벽 층에 의해 기판(204)으로부터 분리된다.
도 2g는 일부 실시예들에 따른, 열수 밀봉 공정을 겪은 후의 밀봉된 부분(240)을 도시한다. 일부 실시예들에 따르면, 양극산화된 부분(230)은 밀봉 공정에 노출된다. 밀봉 공정은 비정질 티타늄 재료가 팽창하여 기공 구조들(236)의 개구(238)를 폐쇄시키도록 기공 벽들(237)의 비정질 티타니아 표면을 수화시키는 것을 포함한다. 일부 예들에서, 열수 밀봉 공정은 증기, 온수(예를 들어, 스머팅(smutting)을 감소시키기 위해 비등 온도 또는 그 근처)에서, 또는 약 70℃만큼 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 공학적 양극산화된 층(232)의 산화티타늄의 팽창은 개구들(238)을 좁아지게 하여, 외부 요소들이 기공 구조들(236) 내로 확산하는 것을 최소화한다.
일부 실시예들에 따르면, 색 입자들(예를 들어, 수용성 염료 색소들 등)이 기공 구조들(236) 내로 주입되어 공학적 양극산화된 층(232)에 색을 부여할 수 있다. 열수 밀봉 공정의 결과로서, 개구들(238)은 밀봉재(242)로 밀봉된다. 밀봉재(242)는 수화된 재료로 구성된다. 열수 밀봉 공정은 기공 구조들(236) 내에 색 입자들을 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 기공 구조들(236)을 얼룩들, 먼지, 외부 오염물들 등으로부터 보호할 수 있다.
일부 예들에서, 공학적 양극산화된 층(232)을 밀봉하는 것은 금속 산화물 재료의 구조를 수정하여, 예를 들어, 밀봉된 부분(240)의 공학적 양극산화된 층(232)의 두께를 실질적으로 증가시키지 않고서 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값을 약 10% 내지 약 20%만큼 상승시키도록 금속 산화물 재료의 밀도를 증가시킬 수 있다. 유익하게는, 밀봉된 부분(240)은 산소에 노출될 때 공학적 양극산화된 층(232)의 추가 두꺼워짐에 덜 민감하다.
도 2h는 일부 실시예들에 따른, 퇴적 공정을 겪은 밀봉된 부분(240)에 후속하는 층이 진 부분(250)을 도시한다. 퇴적 공정을 겪기 전에, 밀봉된 부분(240)은 플라즈마 세정 또는 이온 빔 세정을 사용하여 세정될 수 있다. 그 후에, 접착 층(252)(예컨대, SiO2)이 공학적 양극산화된 층(232) 상에 퇴적될 수 있다(예를 들어, 물리적 증착 등). 접착 층(252)은 약 3nm 내지 약 10nm일 수 있다. 접착 층(252)은 공학적 양극산화된 층(232)과 플루오로중합체 층(254) 사이의 접착을 촉진할 수 있다. 플루오로중합체 층(254)은 약 3nm 내지 약 10nm일 수 있고, 공학적 양극산화된 층(232)의 외부 표면(202)의 표면의 자국을 방지하기 위해 소수성 및/또는 소유성 코팅을 제공할 수 있다. 플루오로중합체 층(254)은 접착 층(252) 상에 퇴적될 수 있다. 유익하게는, 접착 층(252)과 플루오로중합체 층(254)의 조합은 공학적 양극산화된 층(232)의 추가의 산화 및 색 착색에 대한 최대 가능한 저항성을 나타낸다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 박막 간섭 효과를 부여할 수 있는 부분의 단면도를 도시한다. 부분(300)은 양극산화된 부분(230), 밀봉된 부분(240), 또는 층이 진 부분(250)을 지칭할 수 있다. 부분(300)은 기판(304) 위에 놓이는 양극산화된 층(306)을 포함할 수 있다. 양극산화된 층(306)은 양극산화된 층(306)의 외부 표면(302)에 입사하는 가시 광선들(310)이 양극산화된 층(306)의 외부 표면(302) 및 하부 표면(308)에 의해 반사되게 하는 광 반사 매체로서 작용할 수 있다. 외부 표면(302)은 제1 반사 표면을 지칭할 수 있고, 하부 표면(308)은 제2 반사 표면을 지칭할 수 있다. 가시 광선들(310)이 외부 표면(302)에 입사할 때, 가시 광선(310)의 양은 반사된 광선(312)으로서 외부 표면(302)에 의해 반사되는 반면, 나머지 양의 가시 광선들(310)이 반사된 광선(314)으로서 하부 표면(308)에 의해 반사되기 전에 양극산화된 층(306)을 통과한다.
막 간섭 효과에 의해 부여되는 색은 양극산화된 층(306)의 굴절률에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 굴절률은 양극산화된 층(306)의 금속 산화물 재료의 밀도 및 구조에 기초한다. 일부 예들에서, 양극산화된 층(306)의 색은 양극산화된 층(306)의 두께의 함수이다. 양극산화된 층(306)이 황색으로 보이면, 반사된 광선들(312, 314) 사이의 상쇄 간섭의 발견이 있을 수 있다. 또한, 양극산화된 층(306)의 색은 박막 간섭 효과로 인해 변화할 것이다. 예를 들어, 양극산화된 층(306)의 색은 양극산화 전압의 진폭에 대한 단서를 제공할 수 있다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 양극산화된 부분을 형성하는 방법(400)을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 방법(400)은 단계 402에서 시작하며, 여기서 기판, 예를 들어, 기판(204)이 패시베이션 공정에 노출되어 금속 산화물 층(212)을 갖는 산화된 부분(210)을 형성한다. 패시베이션 공정은 자연 금속 산화물 층이 기판(204)을 산소에 노출시킴으로써 자발적인 공정을 통해 형성되게 하는 비전해 공정이다.
단계 404에서, 금속 산화물 층(212)의 적어도 일부가 산화된 부분(210)으로부터 제거되어 수정된 부분(220)을 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 금속 산화물 층(212)의 일부는 금속 산화물 층(212)의 소수, 금속 산화물 층(212)의 대부분, 또는 일반적으로 금속 산화물 층(212)의 모두를 지칭할 수 있다. 금속 산화물 층(212)의 일부를 제거하면 기판(204)의 일부가 노출될 수 있다. 기판(204)의 일부가 산소에 노출될 수 있기 때문에, 수정된 부분(220)을 전해 양극산화 공정을 즉시 받게 하여 추가의 색 변화를 방지하는 것이 바람직할 수 있다.
단계 406에서, 수정된 부분(220)은 양극산화된 부분(230)을 형성하기 위해 전해 양극산화 공정에 노출된다. 양극산화된 부분(230)은 기판(204) 위에 놓이는 공학적 양극산화된 층(232)을 포함한다. 공학적 양극산화된 층(232)은 "공학적" 양극산화된 층으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 공학적 양극산화된 층(232)의 두께가 전해 양극산화 공정과 연관된 양극산화 전압을 조정함으로써 제어되기 때문이다. 특히, 공학적 양극산화된 층(212)의 두께는 인가된 양극산화 전압의 함수이다. 따라서, 공학적 양극산화된 층(232)의 두께 및/또는 색을 보다 정밀하게 제어하기 위해, 전해 양극산화 공정 동안 고전압을 인가하지 않도록 주의깊은 제어가 구현되어야 한다. 그러므로, 본 명세서에 설명된 양극산화 기술들은 저전압(예를 들어, ~1V 내지 ~2V)에서 동작하여 요구되는 정확한 양의 두께 및 색 제어를 제공할 수 있는 특수화된 정류기들을 이용할 수 있다.
일부 예들에 따르면, 공학적 양극산화된 층(232)의 색은 자연 티타늄의 색 범위(L*a*b 값들) 내의 임의의 원하는 점에 대응하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 자연 티타늄은 b* 값이 약 3 내지 약 8일 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 자연 티타늄은 금속 산화물 층이 없는 티타늄 또는 이의 합금을 지칭한다. 더 구체적으로, 공학적 양극산화된 층(232)의 색은 수정된 부분(220)의 b* 값의 ±0.3 내에 있는 b* 값을 갖도록 조정될 수 있다.
그 후에, 단계 408에서, 양극산화된 부분(230)은 선택적으로 처리 단계를 거친다. 일부 예들에서, 처리 단계는 플라즈마 세정 또는 이온 빔 세정으로 공학적 양극산화된 층(232)을 세정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 처리 단계는 공학적 양극산화된 층(232)을 염색하는 것을 포함할 수 있다.
단계 410에서, 기공 구조들(236)의 개구들(238)이 밀봉 공정에 선택적으로 노출되어 밀봉된 부분(240)을 형성한다. 밀봉 공정은 비정질 티타늄 재료가 팽창하여 개구(238)를 폐쇄시키도록 기공 벽들(237)의 비정질 티타니아 표면을 수화시키는 것을 포함한다. 공학적 양극산화된 층(232)의 산화티타늄의 팽창은 개구들(238)을 좁아지게 하여, 외부 요소들이 기공 구조들(236) 내로 확산하는 것을 최소화한다.
단계 412에서, 일부 실시예들에 따른, 밀봉된 부분(240)은 선택적으로 퇴적 공정에 노출되어 층이 진 부분(250)을 형성한다. 퇴적 공정은 공학적 양극산화된 층(232) 상에 접착 층(252) 및 플루오로중합체 층(254)을 퇴적하는 것을 포함한다. 접착 층(252)은 공학적 양극산화된 층(232)과 플루오로중합체 층(254) 사이의 접착을 촉진할 수 있다. 플루오로중합체 층(254)은 공학적 양극산화된 층(232)의 외부 표면(202)의 표면의 자국을 방지하기 위해 소수성 및/또는 소유성 코팅을 제공할 수 있다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 양극산화된 부분을 형성하는 방법(500)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 방법(500)은 광학 검출 시스템에 의해 구현되는 폐쇄 피드백 루프와 함께 구현될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 방법은 단계 502에서 시작하며, 여기서 부분, 예를 들어, 수정된 부분(220)은 양극산화된 부분(230)을 형성하기 위해 양극산화 전압을 사용하여 양극산화 공정에 노출된다. 일부 예들에서, 양극산화 전압은 양극산화된 부분(230)의 두께 및 색을 더 정밀하게 제어하기 위해 저전압(예를 들어, ~1V 내지 ~2V)에서 동작하도록 제한된다.
단계 504에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 색을 모니터하고, 공학적 양극산화된 층(232)이 미리 결정된 색 값 및/또는 범위를 초과하는 색을 갖는지 여부를 결정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광학 검출 시스템은 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 수정된 부분(220)의 b* 값보다 0.3 초과로 더 큰지 여부를 결정할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전해 양극산화 공정의 목적들 중 하나는 가능한 한 자연 티타늄 색과 많이 유사한 색을 달성하는 것이다. 따라서, 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 (i) 수정된 부분(220)의 b* 값보다 0.3 b* 초과로 더 크든 (ii) 수정된 부분(220)의 b* 값보다 0.3 b* 초과로 더 적든 둘 중 적어도 하나이면, 광학 검출 시스템은 대응하는 검출 신호를 제어기에 제공할 수 있다.
단계 506에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 수정된 부분(220)의 b* 값보다 > 0.3 b*로 크다고 결정하면, 제어기는 전해 양극산화 공정과 관련하여 양극산화 전압을 감소시킬 수 있다. 따라서, 양극산화 전압을 감소시키는 것은 공학적 양극산화된 층(232)의 성장 속도를 감소시킴으로써 공학적 양극산화된 층(232)의 황변을 감소시킬 수 있다(그리고 b* 값을 감소시킬 수 있다).
대안적으로, 단계 508에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 수정된 부분(220)의 b* 값보다 > 0.3 b*로 적다고 결정하면, 제어기는 전해 양극산화 공정과 관련하여 양극산화 전압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 양극산화 전압을 증가시키는 것은 공학적 양극산화된 층(232)의 성장 속도를 증가시킴으로써 공학적 양극산화된 층(232)의 황변을 증가시킬 수 있다(그리고 b* 값을 증가시킬 수 있다).
어느 경우에나, 양극산화 전압을 조정한 후에, 방법(500)은 단계 510으로 진행하며, 여기서 전해 양극산화 공정은 공학적 양극산화된 층(232)을 형성하는 것으로 종료된다. 공학적 양극산화된 층(232)을 갖는 양극산화된 부분(240)은 미리 결정된 값 및/또는 범위에 대응하는 색 및/또는 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 양극산화된 부분(240)은 수정된 부분(220)의 b* 값의 ±0.3인 b* 값을 갖는다. 일부 실시예들에서, 양극산화된 부분(240)은 자연 티타늄과 유사한 b* 값(즉, 약 3 내지 약 9의 b* 값)을 갖는다.
단계 512에서, 공학적 양극산화된 층(232)이 처리될 수 있다. 일부 예들에서, 처리 단계는 플라즈마 세정 또는 이온 빔 세정으로 공학적 양극산화된 층(232)을 세정하는 것을 포함할 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 양극산화된 부분을 형성하는 방법(600)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 방법(600)은 광학 검출 시스템에 의해 구현되는 폐쇄 피드백 루프와 함께 구현될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 방법은 단계 602에서 시작하며, 여기서 부분, 예를 들어, 수정된 부분(220)은 양극산화된 부분(230)을 형성하기 위해 양극산화 전압을 사용하여 제1 양극산화 공정에 노출된다. 일부 예들에서, 양극산화 전압은 양극산화된 부분(230)의 두께 및 색을 더 정밀하게 제어하기 위해 저전압(예를 들어, ~1V 내지 ~2V)에서 동작하도록 제한된다. 양극산화된 부분(230)은 공학적 양극산화된 층(232)을 포함한다.
단계 604에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 색 및/또는 두께를 모니터하고, 색 또는 두께 중 적어도 하나가 미리 결정된 값 및/또는 범위를 초과하는지 여부를 결정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광학 검출 시스템은 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 2 b*보다 적거나 9 b*보다 큰 b* 값을 갖는지 여부를 결정할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전해 양극산화 공정의 목적들 중 하나는 가능한 한 자연 티타늄 색과 많이 유사한 색을 달성하는 것이다. 따라서, 공학적 양극산화된 층(232)의 b* 값이 2 b*보다 적거나 9 b*보다 크면, 광학 검출 시스템은 대응하는 검출 신호를 제어기에 제공할 수 있다.
단계 606에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 두께 또는 색 중 적어도 하나가 미리 결정된 값 및/또는 범위를 만족시키지 않는다고 결정하면, 제어기는 전해 양극산화 공정을 중지하고 공학적 양극산화된 층(232)의 일부가 제거되게 하는 신호를 제공할 수 있다. 실제로, 공학적 양극산화된 층(232)의 일부를 제거함으로써 공학적 양극산화된 층(232)의 두께를 감소시키는 것은 공학적 양극산화된 층(232)의 색을 조정할 수 있다. 공학적 양극산화된 층(232)을 열산 에칭으로 스트리핑하는 것은 공학적 양극산화된 층(232)의 색 및/또는 두께를 리셋하는 데 이용될 수 있다. 유익하게는, 미세한 제조 공차들이 달성될 수 있다.
그 후에, 단계 608에서, 기판(204)을 제2 양극산화 공정에 거치게 함으로써 추가적인 공학적 양극산화된 층이 기판(204) 위에 재형성될 수 있다. 제1 양극산화 공정과 유사하게, 광학 검출 시스템은 추가적인 공학적 양극산화된 층의 두께 및/또는 색을 결정할 수 있다. 추가적인 공학적 양극산화된 층의 두께 및/또는 색이 미리 결정된 임계값 및/또는 범위를 만족시키지 않는다면, 시스템은 (도 5를 참조하여 설명된 바와 같이) 양극산화 전압을 조정하고/하거나 추가적인 공학적 양극산화된 층을 스트리핑하고 또 다른 공학적 양극산화된 층을 재형성할 수 있다. 두께 및/또는 색을 리셋하기 위해 소량의 공학적 양극산화된 층(232)이 제거될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
대안적으로, 단계 610에서, 광학 검출 시스템이 공학적 양극산화된 층(232)의 두께 또는 색 중 적어도 하나가 미리 결정된 값 및/또는 범위를 만족시킨다고 결정하면, 제어기는 전해 양극산화 공정을 중지하고 공학적 양극산화된 층(232)을 형성하는 것을 완료하는 신호를 제공할 수 있다. 그 후에, 공학적 양극산화된 층(232) 또는 추가적인 공학적 양극산화된 층이 처리될 수 있다(예를 들어, 세정, 버핑, 폴리싱, 밀봉 등).
도 7은 일부 실시예들에 따른, 양극산화 전압의 함수로서 L*와 b* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전해 양극산화 공정 동안 양극산화 전압을 제한하는 것은 공학적 양극산화된 층의 색에 대한 더 정밀한 제어를 제공할 수 있다. 도 7은 자연 티타늄 색에 대한 관심 영역이 약 3 내지 약 9의 b* 값의 범위에 대응하는 것을 도시한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 기술들은 자연 티타늄과 유사한 색을 공학적 양극산화된 층에 부여하는 것에 관한 것이다. 도 7은 양극산화 전압을 약 0V 내지 약 3V의 범위로 제한하는 것이 결과적인 공학적 양극산화된 층의 색을 자연 티타늄 색으로 제한하는 것을 용이하게 할 것임을 도시한다.
대조적으로, 종래의 양극산화 기술들은 일반적으로 양극산화된 층들에 밝은 간섭 색들을 부여하기 위해 더 높은 범위의 양극산화 전압들(즉, 20V 내지 130V)을 이용한다. 결과적으로, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 더 높은 범위의 양극산화 전압들을 이용하는 것은 이들 양극산화된 층의 색이 자연 티타늄 색으로부터 더 멀리 벗어나게 한다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 양극산화 전압의 함수로서 Δa*와 Δb* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 기술들은 공학적 양극산화된 층에 가능한 한 가깝게 자연 티타늄 색과 유사한 색을 부여하는 것에 관한 것이다. 이러한 방식으로, 자연 금속 산화물 층은, 예를 들어, 수정된 부분을 형성하고 수정된 부분의 b*를 가능한 한 많이 감소시키기 위해 산화된 부분으로부터 스트리핑된다. 그 후에, 전해 양극산화 공정 동안, 공학적 양극산화된 층의 색의 b* 값이 수정된 부분의 b* 값의 ±0.3을 초과하는지 여부가 결정된다. 도 8은 인가된 전압과 공학적 양극산화된 층의 색의 b* 값 사이의 양의 함수를 도시한다. 인가된 전압이 0V일 때, 공학적 양극산화된 층의 Δb* 값은 약 0.2이다. 인가된 전압이 1V일 때, 공학적 양극산화된 층의 Δb* 값은 약 0.7이다. 인가된 전압이 2V일 때, 공학적 양극산화된 층의 Δb* 값은 약 2.0이다. 도 8은 Δa* 값이 상당한 변화를 겪지 않은 것을 도시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 환경 노출의 시간의 함수로서의 Δb* 값들 사이의 관계를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다. 도 9는 자연적으로 발생하고 제어되지 않은 자연 금속 산화물 층의 것과 비교하여 공학적 양극산화된 층의 추가의 자연 산화의 속도가 크게 감소된 것을 도시한다. 도 9는 환경에 노출된 부분들의 다양한 샘플들을 도시한다. 특히, 샘플들은 (i) 자연 금속 산화물 층을 갖는 부분, (ii) 공학적 양극산화된 층 및 SiO2 및 플루오로중합체 층들을 갖는 부분, (iii) 1V 양극산화 전압이 가해진 공학적 양극산화된 층을 갖는 부분, (iv) 공학적 양극산화된 층 및 SiO2 층을 갖는 부분, 및 (v) 공학적 양극산화된 층 및 SiO2 및 플루오로중합체 층들을 갖는 부분을 포함한다. 도 9에 나타난 바와 같이, 자연 금속 산화물 층을 갖는 부분은 약 160시간의 환경 노출 후에 2.3의 Δb*를 나타내었다. 대조적으로, 공학적 양극산화된 층을 갖는 부분들은 약 160시간의 환경 노출 후에 0.3 이하의 Δb*를 나타내었다.
한 경우에, 1개월의 노출 후, 자연 금속 산화물 층은 약 1 b* 증가를 나타낼 수 있다. 대조적으로, 공학적 양극산화된 층은 < 0.2 b* 증가를 나타낼 수 있다.
또 하나의 경우에, 가속된 노출(예를 들어, ~5 내지 7배만큼 자연적인 변색을 가속시키는 65℃, 95% 상대 습도 환경 노출 챔버) 후에, 공학적 양극산화된 층은 자연적으로 발생하고 제어되지 않은 자연 금속 산화물 층에 비해 약 5배 더 느린 황변율을 나타내었다. 공학적 양극산화된 층의 황변 및 전체 색 변화에 대한 저항성은 공학적 양극산화된 층을 자연 금속 산화물 층보다 더 치밀하게 하는 전해 양극산화 공정 동안 공학적 양극산화된 층의 두께, 구조, 및 조성의 정밀한 제어에 기인할 수 있다.
더욱이, 공학적 양극산화된 층은 자연 금속 산화물 층 상에서 일상적인 사용 중 단지 2주 이내에 영구적인 갈색 착색들을 줄 수 있는, 땀으로부터의 지문들 및 피지에 의한 착색에 저항성이다. 예를 들어, 0.1ml의 피지를 스폿(spot) 내에 도포하고, 닦아내고, 이어서 샘플을 72시간 동안 65℃, 90% RH에 노출시키는 전형적인 가속 재료 표면 신뢰성 시험에서, 자연 금속 산화물 층은 영구적인, 선명한 갈색/자주색 착색을 나타낸 반면, 공학적 양극산화된 층은 가시적인 변색을 나타내지 않았다.
본 명세서에 인용된 모든 범위는 포괄적인 것이다. 본 명세서에 사용되는 용어들 "실질적으로" "일반적으로" 및 "약"은 약간의 변동을 기술하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예를 들어, ±2% 이하, 예를 들어, ±1% 이하, 예를 들어, ±0.5% 이하, 예를 들어, ±0.1% 이하를 지칭할 수 있다.
설명된 실시예들의 다양한 양태들, 실시예들, 구현들 또는 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 설명된 실시예들의 다양한 양태들은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 설명된 실시예들은 또한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 컴퓨터 판독가능 코드로서 구현될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 이후 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 예들은 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, CD-ROM들, HDD들, DVD들, 자기 테이프 및 광학 데이터 저장 디바이스들을 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 컴퓨터 판독가능 코드가 분산된 방식으로 저장 및 실행되도록 네트워크-결합된 컴퓨터 시스템들을 통해 분산될 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적들을 위해, 설명된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 특정 세부사항들은 설명된 실시예들을 실시하기 위해 요구되지는 않는다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되어 있다. 이들은 총망라하고자 하거나 설명된 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 상기 교시 내용들에 비추어 가능하다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 휴대용 전자 디바이스용 인클로저를 형성하는 방법으로서,
    상기 인클로저는 금속 기판을 포함하고, 상기 금속 기판은 제1 b* 값을 갖고, 상기 방법은
    상기 금속 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 양극산화된 층은 상기 제1 b* 값의 0.3 이하이고 상기 제1 *b 값보다 0.3 이상 적은 제2 b* 값을 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 실질적으로 균일한 두께를 갖는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양극산화된 층의 기공들은 밀봉되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양극산화된 층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 양극산화된 층 위에 놓이는 접착 층을 퇴적하는 단계; 및
    상기 접착 층을 통해 상기 양극산화된 층에 접착되는 플루오로중합체 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 약 3nm 내지 약 9nm의 두께를 갖는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 대체로 균일한 배열의 기공들을 갖는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 티타늄을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극산화된 층의 기공들의 개구들을 밀봉하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 금속 기판을 처리하는 방법으로서,
    전해 양극산화 공정을 사용하여 상기 금속 기판 위에 놓이는 양극산화된 층을 형성하는 단계; 및
    상기 양극산화된 층의 색이 미리 결정된 b* 값을 초과한다고 결정한 것에 응답하여:
    상기 양극산화된 층의 수정된 색의 b* 값이 3 내지 8이 되도록 상기 전해 양극산화 공정과 연관된 양극산화 전압을 사용함으로써 상기 양극산화된 층의 상기 색을 수정하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 양극산화 전압은 약 1볼트 내지 약 3볼트인, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 금속 기판은 티타늄을 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 b* 값이 3 내지 8인 상기 양극산화된 층은 약 3nm 내지 약 9nm의 두께를 갖는 것으로 특징지어지는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 양극산화된 층 위에 놓이는 접착 층을 퇴적하는 단계; 및
    상기 접착 층 위에 놓이는 플루오로중합체 층을 퇴적하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 양극산화된 층의 두께는 10나노미터 미만인, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 대체로 균일한 배열의 기공들을 갖는, 방법.
  16. 휴대용 전자 디바이스용 인클로저로서,
    상기 인클로저는 티타늄을 포함하는 기판 위에 놓이고 그로부터 형성되는 양극산화된 층을 포함하고, 상기 양극산화된 층은 3 내지 8인 b* 값을 갖는, 인클로저.
  17. 제16항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 실질적으로 균일한 배열의 기공들을 갖는, 인클로저.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 양극산화된 층 위에 놓이는 접착 층; 및
    상기 접착 층을 통해 상기 양극산화된 층에 접착되는 플루오로중합체 층을 추가로 포함하는, 인클로저.
  19. 제16항에 있어서, 상기 양극산화된 층은 10나노미터 미만인 두께를 갖는, 인클로저.
  20. 제16항에 있어서, 상기 기판은 티타늄 합금인, 인클로저.
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