TWI513857B - 基體表面圖案製作方法及其製品 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種基體表面圖案製作方法及其製品。
不銹鋼由於其具有良好的耐磨性、穩定性、耐衝擊性及較高的硬度等特性,被廣泛應用於電子裝置(如手機)、汽車零部件及建築裝飾件等領域。目前一般採用遮蔽與蝕刻相結合的方法在不銹鋼基體表面形成凹凸的立體圖紋,以使不銹鋼基體獲得較好的外觀效果。然而,習知的遮蔽方式主要為油墨遮蔽和菲林遮蔽,這兩種方法均存在工藝複雜及易於造成環境污染的缺點。
鑒於此,有必要提供一種工藝簡單、環保的基體表面圖案製作方法。
另外,還提供一種經上述基體表面圖案製作方法製得的製品。
一種基體表面圖案製作方法,其包括如下步驟:
提供一金屬基體;
對該金屬基體進行鐳射非晶化處理,於金屬基體表面形成一非晶圖案層;
對該金屬基體進行蝕刻處理,於金屬基體未形成非晶圖案層的表面形成蝕刻區。
一種製品,其包括金屬基體、形成於金屬基體表面的非晶圖案層及蝕刻區,所述非晶圖案層與蝕刻區形成凹凸結構,該非晶圖案層具有非晶態微觀結構,所述非晶態為金屬基體材質的非晶態。
所述形成圖案的方法,藉由鐳射非晶化處理代替習知的遮蔽處理,再結合化學蝕刻處理,最終在金屬基體表面獲得凹凸的立體圖案,該方法工藝簡單且環保。另外,由於所述非晶圖案層為非晶化結構,使該非晶圖案層具有優異的耐磨性,如此,可使該製品長期使用後仍具有良好的裝飾性外觀。
請參閱圖1及圖2,本發明一較佳實施例的基體表面圖案製作方法主要包括如下步驟:
S101:提供一金屬基體11。
該金屬基體11的材質為不銹鋼、普通碳鋼、模具鋼或鎳鉻合金等。對金屬基體11表面進行脫脂除油、烘乾等常規處理。
S102:對該金屬基體11進行鐳射非晶化處理,於金屬基體11表面形成一非晶圖案層13。具體操作方法如下:
提供一鐳射雕刻機(未圖示),將一預計形成於金屬基體11表面的範本圖案導入該鐳射雕刻機的雕刻專用操作軟體中,該雕刻專用操作軟體藉由識別所導入的範本圖案對金屬基體11表面進行鐳射掃描處理,該鐳射掃描的軌跡構成預形成於金屬基體11的圖案。該鐳射掃描過程中,鐳射功率為4~5kW,鐳射功率密度為107
~108
W‧cm-2
,鐳射掃描速率為50~100mm/s,光斑直徑為10~20mm。當鐳射將金屬基體11表面加熱至其相變溫度與熔點之間時,停止鐳射掃描,並採用液氮或高壓氮氣對金屬基體11表面進行快速冷卻處理,使晶粒來不及成核便已凝固而形成非晶態結構,如此在金屬基體11表面形成非晶圖案層13(參見圖3)。該快速冷卻處理還可防止金屬基體11在冷卻過程中被氧化。該非晶圖案層13的厚度可為0.01~0.05mm。由於非晶態結構具有短程有序,長程無序的結構特徵,因此該非晶圖案層13在宏觀上表現出優異的機械性能(如硬度,耐磨性等)及化學穩定性(如耐蝕性)。
在該鐳射非晶化處理過程中,確保鐳射功率密度為107
~108
W‧cm-2
、金屬基體11的冷卻速率為107
~1010
℃/秒,使被掃描的金屬基體11表面形成非晶態結構,而非僅僅達到金屬表面鐳射強化的效果。可以理解的,在實際生產過程中,根據金屬基體11的熔點,改變鐳射功率、鐳射掃描速率及光斑直徑等參數,獲得所需厚度的非晶圖案層13。
S103:對該金屬基體11進行蝕刻處理,於金屬基體11表面形成蝕刻區15。
本實施例中,以含80~180g/L三氯化鐵和0.5~5.0mol/L鹽酸的水溶液為蝕刻液,蝕刻液溫度為35~40℃,蝕刻時間為2~4min。蝕刻過程中,該蝕刻液藉由噴嘴噴淋至金屬基體11的表面,該噴嘴的壓力為1~2Pa。該化學蝕刻的深度小於非晶圖案層13的厚度。優選地,為了減少蝕刻液停留在金屬基體11的表面而發生側蝕或/和水池效應,可採用倒噴的方式對金屬基體11進行蝕刻,如此可提高預計形成於金屬基體11表面圖案的精度。
請參見圖4,在該蝕刻過程中,由於非晶圖案層13具有優異的耐蝕性而無法被蝕刻液腐蝕。金屬基體11未被非晶化的區域被蝕刻液蝕刻而形成蝕刻區15。該蝕刻區15的粗糙度Ra為0.3~0.4μm,該蝕刻區15的粗糙度Rz為0.4~0.6μm。
S104:採用清水對金屬基體11進行沖洗,以去除金屬基體11表面的殘留的蝕刻液。
所述形成圖案的方法,藉由鐳射非晶化處理代替習知的遮蔽處理,再結合化學蝕刻處理,最終在金屬基體11表面獲得凹凸的立體圖案,該方法工藝簡單且環保。
由上述基體表面圖案製作方法製得的製品10,其包括一金屬基體11、形成於金屬基體11上的非晶圖案層13及蝕刻區15。所述非晶圖案層13與蝕刻區15形成凹凸結構。
所述製品10可為電子裝置外殼,亦可為鐘錶外殼、金屬衛浴件及建築用件。
該金屬基體11的材質為不銹鋼、普通碳鋼、模具鋼或鎳鉻合金等。
該非晶圖案層13形成為預設的裝飾性圖案、文字或商標。該非晶圖案層13藉由鐳射非晶化處理的方式獲得。該非晶圖案層13具有非晶態微觀結構,所述非晶態為金屬基體11材質的非晶態。該非晶圖案層13的厚度可為0.01~0.05mm。
該蝕刻區15藉由蝕刻的方式形成。該蝕刻區15的粗糙度Ra為0.3~0.4μm,該蝕刻區15的粗糙度Rz為0.4~0.6μm。
由於所述非晶圖案層13為非晶化結構,使該非晶圖案層13具有優異的耐磨性,如此,可使該製品10長期使用後仍具有良好的裝飾性外觀。
10...製品
11...金屬基體
13...非晶圖案層
15...蝕刻區
圖1係本發明一較佳實施例基體表面圖案製作方法的流程圖。
圖2係本發明一較佳實施例製品的前視圖。
圖3係本發明一較佳實施例形成有非晶圖案層的金屬基體的剖視圖。
圖4係圖2所示製品沿III-III線的剖視圖。
10...製品
11...金屬基體
13...非晶圖案層
15...蝕刻區
Claims (10)
- 一種基體表面圖案製作方法,其包括如下步驟:
提供一金屬基體;
對該金屬基體進行鐳射非晶化處理,於金屬基體表面形成一非晶圖案層;
對該金屬基體進行蝕刻處理,於金屬基體未形成非晶圖案層的表面形成蝕刻區。 - 如申請專利範圍第1項所述之基體表面圖案製作方法,其中:該金屬基體的材質為不銹鋼、普通碳鋼、模具鋼或鎳鉻合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之基體表面圖案製作方法,其中:該鐳射非晶化處理的方法為:對金屬基體的部分表面進行鐳射掃描;當鐳射將金屬基體表面加熱至相變溫度與熔點之間時,停止鐳射掃描;對金屬基體表面進行快速冷卻處理,於金屬基體表面形成非晶圖案層。
- 如申請專利範圍第3項所述之基體表面圖案製作方法,其中:鐳射掃描的具體工藝參數為:鐳射功率為4~5kW,鐳射掃描速率為50~100mm/s,光斑直徑為10~20mm,鐳射功率密度為107 ~108 W‧cm-2 。
- 如申請專利範圍第3項所述之基體表面圖案製作方法,其中:該金屬基體的冷卻速率為107 ~1010 ℃/秒。
- 如申請專利範圍第3項所述之基體表面圖案製作方法,其中:採用液氮或高壓氮氣對金屬基體表面進行快速冷卻處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之基體表面圖案製作方法,其中:該蝕刻處理的方法為:以含80~180g/L三氯化鐵和0.5~5.0mol/L鹽酸的水溶液為蝕刻液,蝕刻液溫度為35~40℃,蝕刻時間為2~4min;該蝕刻液藉由噴嘴噴淋至金屬基體的表面,該噴嘴的壓力為1~2Pa。
- 一種製品,其包括金屬基體,其改良在於:該製品還包括形成於金屬基體表面的非晶圖案層及蝕刻區,所述非晶圖案層與蝕刻區形成凹凸結構,該非晶圖案層具有非晶態微觀結構,所述非晶態為金屬基體材質的非晶態。
- 如申請專利範圍第8項所述之製品,其中:該非晶圖案層的厚度為0.01~0.05mm。
- 如申請專利範圍第8項所述之製品,其中:該蝕刻區的粗糙度Ra為0.3~0.4μm。
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