TW201239109A - Metal housing and surface treating method - Google Patents

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Samfuel Fu
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Description

201239109 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種殼體及表面處理方法，尤其係一種金屬 殼體及其表面處理方法。 【先前技術】 [0002] 隨著電子產品之快速發展，攜帶式電子裝置（如手機、音 樂播放器、個人數位助理）之使用已非常普遍。為使攜帶 式電子裝置具有金屬外觀，通常會於該攜帶式電子裝置 殼體表面形成金屬層或直接採用金屬殼體。然而，鍍膜 ^ 金屬層或殼體金屬外表面長久暴露於空氣中時，容易被 腐蝕、刮傷、磨損及氧化，從而影響電子裝置之外觀。 [0003] 為避免金屬表面被腐蝕、刮傷、磨損及氧化，習知技術 係採用於鍍膜層上塗佈面漆以形成外覆層來保護金屬表 面。外覆層雖可對金屬表面起到一定保護作用，但於使 用一段時間後，外覆層仍可能發生腐蝕、脫落，致使產 品產生斑驳之外觀。其次，藉由塗’佈外覆層的金屬表面 Q 處理，其外覆層與金屬表面之間的強度不足，仍無法滿 足抗磨耐到且不影響金屬質感體現的需求。 [0004] 據此，如何提供一種可提高殼體表面特性之金屬殼體及 表面處理方法實為必要。 【發明内容】 [0005] 本發明提供一種可提高殼體表面特性之金屬殼體及表面 處理方法。 [0006] 本發明之金屬殼體的表面處理方法包括：提供一工件， 100109998 表單編號A0101 第3頁/共24頁 1002016876-0 201239109 包含一金屬材料形成之一表面；對工件之表面進行表面 預處理，以清潔表面，其中所述表面預處理包括一脫脂 洗淨步驟；以及對工件之表面進行鈦擴散處理，以於工 件之表面形成含鈦擴散層，其中所述含鈦擴散層是由鈦 擴散至工件的結構空隙中所形成。 [0007] 本發明之金屬殼體包括一工件與設置於該工件表面之含 鈦擴散層。含鈦擴散層設置於工件之金屬材料表面，其 中含鈦擴散層是由鈦擴散至工件的結構空隙中所形成， 且使金屬殼體之表面硬度達到HRC (Hardness Rockwell C) 60 以上。 [0008] 相較於習知技術，本發明之含鈦擴散層可增加金屬殼體 之财磨性、财熱性、对腐触性，進而增長產品的使用壽 命，並維持工件原有之形狀、尺寸、厚度、色澤與質感 等外觀特性，進而使本發明可提供耐用且高金屬質感之 各式產品殼體。 【實施方式】 [0009] 請參閱圖1至圖4，本發明實施方式提供一種可製備金屬 殼體10之表面處理方法及其金屬殼體10。所製作出之金 屬殼體10可廣泛應用於汽車、電子、通訊等眾多領域， 尤其是需具有高強度與金屬質感殼體之產品如：電腦機 殼、汽車、行動電話外殼等等。所述表面處理方法包括 以下步驟： [0010] 如圖1與圖2所示，首先提供工件12，其後對工件12表面 進行表面預處理（pre-treatment)。工件12表面包含金 屬材料，以提供金屬質感。於本實施例中，工件12本身 100109998 表單編號 A0101 第 4 頁/共 24 頁 1002016876-0 201239109 可由金屬構成，工件12的材料可採用不鏽鋼、銅、鐵、 鈦、鋁和鎂的任一種或其合金，例如本實施例之工件1 2 為不鏽鋼，但不限於此。 [0011] 表面預處理用以清潔工件表面，將油脂與汙染分離工件 表面，在不致傷及工件表面結構緻密性之下，便於後續 鈦擴散處理及促進含鈦擴散層的附著性。例如，對工件 12依序進行脫脂洗淨、水洗、酸洗、水洗與乾燥等步驟 ，但不限於此。 0 [0012] 表面預處理先對工件12進行預脫脂洗淨，用強蝕性酸溶 劑去除工件12表面的油潰污染，大面積破壞油潰與工件 12的鍵結，然後對工件12進行主脫脂洗淨，用緩和性溶 液去除工件12表面的油潰污染，但不得損傷工件12表面 本身，接下來進行水洗，將工件12表面殘留的脫脂溶劑 及污染徹底洗掉。進一步用酸溶液洗滌工件12，調整工 件12表面的活化性，中和表面殘留溶液性質，同時增進 後續鈦擴散處理附著性能，然後再次進行水洗，將工件 12表面殘留的酸液與污染物洗掉，並去除工件12表面殘 存的電解質或通過浸泡除去可溶性鹽類，最後乾燥工件 12，等待後續製程的進行。 [0013] 接著，對工件12表面進行鈦擴散處理（titanium diffusion treatment) ， 藉此提升成品殼體的表面硬度與 耐腐蝕性等特性。鈦擴散處理可以為粉末擴散、液體擴 散、氣體擴散、感應加熱膏劑擴散、固體擴散、電弧輝 光電漿鈦擴散、雙層輝光電漿鈦擴散及多電弧電漿鈦擴 散等等。如圖3所示，本實施例係以鹽浴進行鈦擴散處理 100109998 表單編號A0101 第5頁/共24頁 1002016876-0 201239109 ，鹽浴中例如包括氰酸鈉、二氧化鈉與解離鈦離子，或 者包括氰酸鉀、二氧化鈉與解離鈦離子。鹽浴的溫度約 維持在攝氏500度至600度之間，較佳是在攝氏550度至 6 0 0度之間，而將工件1 2浸泡於鹽浴中約1小時至2 0小時 ，較佳是從約2至10小時左右。解離鈦離子可以促使鹽浴 中的鈦和氮擴散至工件12表面至20微米到125微米的深度 〇 [0014] 如圖4所示，鈦擴散處理在工件12表面形成一層含鈦擴散 層14，含鈦擴散層14厚約20到125微米，藉以形成金屬 殼體10。含鈦擴散層14是由鈦和氮擴散至工件12的結構 空隙中所形成。以本實施例為例，含鈦擴散層14即是由 不鏽鋼表面摻雜鈦和摻雜氮所構成。 [0015] 相對於未摻雜的金屬殼體而言，含鈦擴散層14可明顯提 升金屬殼體10的表面特性，例如本實施例之方法可使表 面硬度達HRC 60，甚至是HRC 70以上，同時增加金屬殼 體1 0之财磨性、耐熱性、对腐蚀性，進而增長產品的使 用壽命。再者，本實施例鈦擴散處理之操作溫度比傳統 表面硬度處理的溫度低，不易使工件12變形。鹽浴鈦擴 散處理適合於工件12表面形成全面且均勻的含鈦擴散層 14，且容易適用於各種尺寸的金屬殼體10。 [0016] 相較於傳統利用塗層增加硬度之方式，本發明不需額外 塗覆非金屬之塗層來增加金屬殼體10之表面硬度，因此 不會掩蓋工件1 2本身的金屬質感。此外，相較於傳統表 面硬度處理，本發明之含鈦擴散層14較可維持工件12原 有之尺寸、厚度、色澤與質感等外觀特性，不會為了提 100109998 表單編號A0101 第6頁/共24頁 1002016876-0 201239109 升表面硬度而喪失工件12原有之尺寸與外觀特性，進而 使本發明可提供耐用且高金屬質感之各式產品殼體。 [0017] 以不鏽鋼工件為例，傳統不鏽鋼工件雖然可以提供不同 於鋁材的高亮度鏡面金屬質感，但是於操作、攜帶或製 造時卻容易於傳統不鏽鋼工件上產生刮痕。刮痕一但產 生便不易消除，且在鏡面上更顯突兀。相較之下，本發 明可對不鏽鋼工件進行鈦擴散處理而加強表面硬度，使 得工件表面可維持平整鏡面而不易產生刮痕，且同時維 持工件表面的高亮度鏡面金屬質感。 [0018] 如圖5所示，第二實施例與第一實施例之不同處在於，鈦 擴散處理亦可為輝光放電電弧鈦離子化 (glow-discharge titanizing with arc source) 。輝光放電電衆電孤裝置（glow discharge plasma arc)1 00包含反應艙室102、陰極電弧源104、輔助電極 106、供氣系統108、抽氣係統110、第一供電系統112、 第二供電系統114、第三供電系統11 6與陽極電弧源118 。工件22置於輝光放電電漿電弧裝置100之反應艙室102 中。反應艙室102可利用供氣系統108與抽氣係統110控 制氣壓，例如使反應艙室102接近真空狀態。欲進行鈦擴 散處理的工件22設置於陰極電弧源104、輔助電極106與 陽極電弧源118之間，利用陽極電弧源118提供鈦源，為 鈦元素或其組合，並利用第一、第二與第三供電系統112 、114、116提供直流電而產生輝光放電與弧光放電。放 電產生高能量的鈦粒子（離子與原子）轟擊至工件22表面 ，同時亦使工件22升溫而使鈦粒子擴散至工件22中，於 100109998 表單編號A0101 第7頁/共24頁 1002016876-0 201239109 件22表面形成含鈦擴散層24。如圖6所示，輝光放電電 水電弧處理所形成之金屬殼體20包含工件22與含鈦擴散 層2 4。於其他實施例中，工件2 2亦可平放於陰極電弧源 104前，或使用遮罩遮蔽部份之工件22表面，使工件22僅 部份表面形成含鈦擴散層24，但不限於此。 [0019] [0020] [0021] 如圖7所示，第三實施例與前述兩實施例之不同處在於， 鈦擴散處理亦可利用一含鈦材料層36復蓋在清潔的工件 32表面’然後加熱使含鈦材料層36擴散至工件32而形成 擴政層34，而無須提供電解鹽與欽乾材，所以避免 了電解鹽與靶材穣颠的限制，可得到廣泛應用。形成含 鈦擴散層34之後，可以去除含鈦材料層36，以獲得金屬 殼體。 如圖8所7R，本發明之工件不限於由金屬構成亦可為任 何具有金屬表面質感之1件，例如本實施例之工件42包 3基材46與覆蓋於基材46上的金屬層48。基材46可包含 塑膠、玻璃、㈤究、聚碳酸酿、聚甲基丙烤酸甲醋及玻 璃纖維-尼龍複合材料之—或其粗合物，金屬層48可包含 不鑛鋼、銅、鐵、鈇、紹和鎂的任-種或其合金，但不 限於此。金屬層48可利用物理氣相沈積（physical vapor deposition) 或化學氣相沈積 （chemical vapor deposition)等方式形成於基材46表面。 如圖9所不’對工件42表面進行表面預處理與鈦擴散處理 後，形成了包含工件42與含鈦擴散層44之金屬殼體4〇。 其中’含鈦擴散層44可利用前述任一種鈦擴散處理所形 成0 100109998 表單編號A0101 第8頁/共24頁 1002016876-0 201239109 [0022] 如圖10所示，由於本發明之含鈦擴散層較可維持工件原 [0023] 〇 有之尺寸、厚度、色澤與質感等外觀特性，因此本發明 易於與其他表面處理製程相互整合。當需要不同的金屬 殼體表面狀態時，僅需事先對工件進行其他表面質感處 理，例如表面拉絲處理、拋光處理等等，再進行前述之 表面預處理與鈦擴散處理，即可形成具有拉絲表面或拋 光表面之金屬殼體，並有效保護殼體表面。 綜上所述，本發明可增加金屬殼體之耐磨性、耐熱性、 耐腐蝕性，進而增長產品的使用壽命，並維持工件原有 之形狀、尺寸、厚度、色澤與質感等外觀特性，進而使 本發明可提供耐用且高金屬質感之各式產品殼體。 [0024] 另，本領域技術人員還可於本發明精神内做其他變化， 只要其不偏離本發明的技術效果均可。這些依據本發明 精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍 之内。 〇 [0025] 【圖式簡單說明】 圖1為本發明第一實施例製備金屬殼體之表面處理方法的 流程圖。 [0026] 圖2為圖1中的工件進行表面預處理的示意圖。 [0027] 圖3為圖1中的工件進行鹽浴鈦擴散處理的示意圖。 [0028] 圖4為圖1中的金屬殼體的剖面示意圖。 [0029] 圖5為本發明第二實施例的工件進行輝光放電電弧鈦擴散 處理的示意圖。 100109998 表單編號A0101 第9頁/共24頁 1002016876-0 201239109 [0030] 圖6為圖5所形成之金屬殼體的剖面示意圖。 [0031] 圖7為本發明第三實施例的工件進行固體鈦擴散處理的示 意圖。 [0032] 圖8為本發明第四實施例的工件的剖面示意圖。 [0033] 圖9為圖8所形成之金屬殼體的剖面示意圖。 [0034] 圖10為本發明第五實施例製備金屬殼體之表面處理方法 的流程圖。 【主要元件符號說明】 [0035] 金屬殼體：10、20、40 [0036] 工件：12、22 ' 32、42 [0037] 含鈦擴散層：14、24、34、44 [0038] 含鈦材料層：36 [0039] 基材：46 [0040] 金屬層：48 [0041] 輝光放電電漿電弧裝置：100 [0042] 反應艙室：102 [0043] 陰極電弧源：104 [0044] 輔助電極：1 0 6 [0045] 供氣系統：108 [0046] 抽氣係統：1 1 0 100109998 表單編號A0101 第10頁/共24頁 1002016876-0 201239109 [0047] 第一供電系統 [0048] 第二供電系統 [0049] 第三供電系統 [0050] 陽極電弧源： 〇 ：112 ：114 ：116 118
100109998 表單編號A0101 第Π頁/共24頁 1002016876-0

Claims (1)

  1. 201239109 七、申請專利範圍： 提供-工Γ 處理方法，包括以下步驟： ' 該工件包含一金屬材料形 對該工件之㈣K表面， 中…： _表面預處理，以清潔該表面，其 f表面預處理包括-脫脂洗淨步m 、 對垓工件之該表面 面形成-含欽擴散以於該工件之該表 工件的結構空財卿成。 财至及 如申π專利範圍第！項所述之表面處理方法，其中該工件 本身由該金屬材料所構成。
    如申請專利範圍第2項所述之表面處理方法，其中該金屬 材料係選自於銅、鐵m、以及上述任意組合屬所 組成之一族群。 .如申請專利範圍第3項所述之表面處理方法，其_該金屬 材料係不鏽鋼。 •如申請專利範圍第！項所述之表面處理方法，另包括於該 欽擴散處理之前對該工件之該表面進行一表面質感處理， 該表面質感處理包括一表面拉絲處理或一拋光處理。 •如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該表面 預處理，於該脫脂洗淨步驟之後，依序對該工件進行一第 —水洗步驟、一酸洗步驟、一第二水洗步驟與一乾燥步驟 •如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該鈦擴 散處理包括把該工件浸泡於一鹽浴中。 •如申請專利範圍第7項所述之表面處理方法，其中該鹽浴 100109998 表單編號A0101 第12頁/共24頁 1002016876-0 201239109 ίο . 11 . ❹ 12 . ❹ 13 . 14 . 15 · 包括氰酸納、二氧化鈉與解離欽離子，或者包括氰酸钟、 二氧化鈉與解離鈦離子。 如申請專利範圍第7項所述之表面處理方法，其中該鹽浴 包括氰酸鉀、二氧化鈉與解離鈦離子。 如申請專利範圍第7項所述之表面處理方法，其中該鹽浴 的溫度維持在攝氏500度至600度之間，且該工件浸泡於 該鹽浴中1小時至2 0小時。 如申請專利範圍第10項所述之表面處理方法，其中該鹽浴 的溫度維持在攝氏550度至600度之間，且該工件浸泡於 該鹽浴中2小時至1 0小時。 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該鈦擴 散處理係為一輝光放電電弧處理，包括： 提供一輝光放電電漿電弧裝置，該輝光放電電漿電弧裝置 包含一陰極電弧源、一輔助電極與一陽極電弧源； 把該工件設置於該陰極電弧源、該輔助電極與該陽極電弧 源之間；以及 放電產生複數個鈦粒子轟擊至該工件表面，同時使該工件 升溫而使該等缽粒子擴散至該工件中。 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該鈦擴 散處理包括一粉末擴散處理、一液體擴散處理、一氣體擴 散處理、一感應加熱膏劑擴散處理、一雙層輝光電漿鈦擴 散及一多電弧電漿鈦擴散所組成之一族群。 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該工件 包含一基材與覆蓋於該基材上的一金屬層。 如申請專利範圍第14項所述之表面處理方法，其中該基材 包含塑膠、玻璃、陶瓷、聚碳酸酯、聚曱基丙烯酸曱酯、 100109998 表單編號A0101 第13頁/共24頁 1002016876-0 201239109 玻璃纖維-尼龍複合材料以及上述任意組合所組成之一族 群。 16 .如申請專利範圍第14項所述之表面處理方法，其中該金屬 層包含銅、鐵、欽、銘、錢以及上述任意組合所組成之一 族群。 17 .如申請專利範圍第14項所述之表面處理方法，其中該金屬 層包含不鏽鋼。 18 . —種金屬殼體，包括： 一工件，該工件包含一金屬材料設置於該工件之一表面； 以及 一含鈦擴散層，該含鈦擴散層設置於該工件之該表面，其 中該含鈦擴散層是由鈦擴散至該工件的結構空隙中所形成 ，且使該金屬殼體之表面硬度達到HRC (Hardness Rockwell C) 60 以上。 19 .如申請專利範圍第18項所述之金屬殼體，其中該含鈦擴散 層之厚度本質上為20微米至125微米。 20 .如申請專利範圍第18項所述之金屬殼體，其中該金屬材料 係不鏽鋼。 100109998 表單編號A0101 第14頁/共24頁 1002016876-0
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