TWI556897B - 殼體的製備方法及該方法所製備的殼體 - Google Patents

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Description

殼體的製備方法及該方法所製備的殼體
本發明涉及一種殼體及其製備方法。
鐳射熔覆技術係利用高能密度的雷射光束在金屬基材表面形成合金複合層，採用鐳射熔覆技術所形成的合金複合層與冶金結合所形成合金複合層具有不同成分和性能，該工藝可以在普通的金屬基材上形成高性能的合金覆層表面，由其係在航太、汽車等相關領域內被廣泛應用。
鐳射熔覆技術也應用於消費電子產品的外殼等領域，但消費電子產品的外殼要求合金覆層與基材的結合強度、殼體韌性及加工精度高，現有的鐳射熔覆技術對於具有三維結構的消費電子產品的外殼加工，存在殼體的邊緣合金結合力不足的弊端。
有鑒於此，有必要提供一種金屬和陶瓷的複合材質殼體製備方法，該方法製備的殼體，其邊緣金屬和陶瓷的合金結合力強。
一種殼體的製備方法，其包括如下步驟：提供金屬基材；在該金屬基材上形成陶瓷層； 利用鐳射熔覆該陶瓷層，使得該陶瓷層與位於其下部金屬基材部分熔融一體形成複合層；冷卻後，對該形成有複合層的金屬基材進行熱處理；衝壓成型，得到邊緣具有立體結構的殼體。
另外，本發明還提供了採用所述方法所製備的殼體。
本發明提供一種鐳射熔覆技術，在金屬基材上形成一陶瓷和金屬層部分相互熔融的複合層，之後，再對該具有複合層的殼體進行熱處理，以消除鐳射合金化過程中由於溫度梯度造成的內應力及金屬和陶瓷的邊緣合金化結合不足的弊端，最後把加工好的殼體進行衝壓，得到邊緣具有三維結構的殼體。
10‧‧‧殼體
11‧‧‧金屬基材
13‧‧‧陶瓷層
15‧‧‧複合層
20‧‧‧鐳射光束
圖1係本發明一較佳實施例殼體鐳射熔覆形成複合層示意圖。
圖2係本發明一較佳實施例殼體鐳射熔覆後形成複合層的截面剖視圖。
請參見圖1，本發明一較佳實施方式的殼體10的製備方法，其包括如下步驟：
(a)提供一金屬基材11。該金屬基材11可為不銹鋼或鋁合金。
(b)對該金屬基材11進行前處理：將金屬基材11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除金屬基材11表面的油污漬，清洗時間為5~10min，在經過研磨拋光後進行噴砂處理，形成一粗糙表面，以提高金屬基材11與後續塗層的結合力。
(c)在金屬基材11上形成一陶瓷層；形成該陶瓷層13可採用噴塗或塗覆的方法，如機械手自動噴塗、靜電噴塗等方法來形成所述陶瓷層13。該陶瓷層13的材料可以選擇氧化釩、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦等氧化物陶瓷；也可為碳化鎢、碳化矽等碳化物陶瓷，還可以為氮化鈦、氮化鋁等氮化物陶瓷材料。陶瓷層13中含有粒徑大致在10um~30um之間的顆粒。陶瓷層13的厚度為0.03~0.08mm。
(d)鐳射熔覆該陶瓷層13，經過鐳射光束20掃描使該陶瓷層13與其下部金屬基材11熔融為一體。該過程可選擇自動鐳射合金化設備，聚焦點按照設計路線行進，照射全部陶瓷熔附層，該設計可選擇“∩”型熔融合金化路線，也可選擇“11”型熔融合金化路線。並可預先設計陶瓷合金化部位，本發明也可採用預沉積法，即係在預沉積陶瓷層的部位發生熔融合金化。本發明選用陶瓷層13為非透明陶瓷層，以免影響鐳射產生折射，影響鐳射熔融效果。形成一陶瓷金屬熔融體的複合層15。鐳射熔覆處理的參數如下：雷射器選用脈衝紅寶石鐳射，鐳射介質為釹(Nd)，波長1.06um，鐳射平均功率設置2~50W，聚焦光斑直徑0.5-1.0mm，功率密度8MW/cm2；鐳射熔融深度0.1~0.5mm，鐳射熔融寬度10~20mm，雷射光束性質擺動式690-750Hz，進給速度為5~10mm/s，陶瓷層13與金屬基材11所形成的複合層15深度0.2~1.0mm。
(e)對鐳射熔融後的殼體10進行冷卻後，進行熱處理，熱處理條件參數可根據金屬材質及合金層厚度適當改變。本優選的實施例中金屬基材11為不銹鋼時，對其熱處理的步驟和條件為：將形成有複合層15的殼體10的溫度從0℃升到900℃的時間為30~50分 鐘；保持900℃的溫度時間為60~120分鐘；升溫之後降溫，溫度由900℃降到600℃為30~60分鐘；600℃降到200℃，80~150分鐘；最後由200℃自然降溫至室溫，完成熱處理，本步驟中採用緩慢降溫，該降溫的平均速度等於或低於5℃/min。
目的係消除鐳射合金化過程中由於溫度梯度造成的金屬和陶瓷複合層之間的內應力。
本發明又一優選的實施例中金屬基材11為鋁合金時，對其熱處理的步驟和條件為：將形成有複合層15的殼體10的溫度從0℃升到600℃的時間為30~50分鐘；保持600℃的溫度時間為60~120分鐘；升溫之後降溫，溫度由600℃降到150℃為30~60分鐘；最後由150℃降到室溫80~150分鐘，完成熱處理。通過對該形成有複合層15的殼體10進行熱處理加工，消除了位於複合層15下部的金屬基材11在鐳射熔融過程中，由於溫度梯度造成的內應力及邊緣合金化的不足，從而滿足在成型加工中對複合殼體10的邊緣合金應力強度200~240Hv，複合殼體10的韌性高於350MPa要求。
(e)把經過鐳射熔覆及熱處理後的殼體10進行成型加工，可採用衝壓、治具折彎、CNC等成型方法，形成邊緣具有三維結構，如R角，U型外觀，S型外觀等的弧度邊緣，在本優選的實施例中，可為弧度處、彎角處、折角處、凹凸處邊緣等。
本發明提供一種採用鐳射熔覆技術在金屬基材11上形成一陶瓷13和金屬基材11部分相融合的複合層15，並對該具有複合層15的殼體10進行熱處理，以消除鐳射合金化過程中由於溫度梯度造成的內應力及邊緣合金化不足，最後把經過鐳射熔覆及熱處理後的殼體10進行成型加工，得到相應的三維結構，其設置了熱處理步驟 ，並在鐳射熔覆及熱處理後再成型，從而提高了邊緣具有立體機構的殼體10邊緣合金化後的內應力的強度和韌性。
下面通過具體的實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1
本實施例中採用鐳射機(未圖示)的型號為雷射器選用脈衝紅寶石鐳射：鐳射光束20介質為釹(Nd)，波長1.06um，鐳射平均功率設置2~50W，聚焦光斑直徑0.5-1.0mm，功率密度8MW/cm2。
(a)提供一金屬基材11。該金屬基材11為不銹鋼。
(b)前處理：金屬基材11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除金屬基材11表面的油污漬，清洗時間為5min。
(c)金屬基材11上通過噴塗形成一陶瓷層13；利用鐳射光束20熔覆該陶瓷層13，使得該陶瓷層13與其下部金屬基材11熔融一體形成一陶瓷與金屬的複合層15。鐳射熔覆工藝參數：鐳射熔融深度0.1mm，鐳射熔融寬度10mm，雷射光束性質擺動式690Hz，進給速度：5mm/s，保護氣體He，陶瓷與金屬的複合層15深度0.2mm。
(d)冷卻後，進行熱處理，熱處理的步驟和條件為：將殼體10的溫度從0℃升到900℃用30分鐘；900℃保溫時間約為90分鐘；降溫係由900℃降到600℃約為40分鐘；600℃降到200℃約用120分鐘；200℃自然降溫至室溫。
實施例2
本實施例所使用的鐳射機和與實施例1中的相同。
(a)提供一金屬基材11。該金屬基材11為鋁合金。
(b)前處理：金屬基材11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除金屬基材11表面的油污漬，清洗時間為10min。
(c)金屬基材11上通過噴塗形成一陶瓷層13；利用鐳射光束20熔覆該陶瓷層13，使得該陶瓷層13與其下部金屬基材11熔融一體形成一陶瓷與金屬的複合層15。鐳射熔覆工藝參數：鐳射熔融深度0.5mm，鐳射熔融寬度20mm，雷射光束性質擺動式750Hz，進給速度：10mm/s，保護氣體氦氣，陶瓷與金屬複合層15深度1.0mm。
(d)冷卻後熱處理，熱處理的步驟和條件為：將殼體10的溫度從0℃升到600℃約用30分鐘；600℃保溫時間約為120分鐘；降溫係由600℃降到150℃約為150分鐘；150℃自然降溫至室溫。
10‧‧‧殼體
11‧‧‧金屬基材
13‧‧‧陶瓷層
15‧‧‧複合層
20‧‧‧鐳射光束

Claims (9)

  1. 一種殼體的製備方法，該殼體為金屬和陶瓷的複合殼體，包括如下步驟：提供金屬基材；在該金屬基材上形成陶瓷層；利用鐳射熔覆該陶瓷層，使得該陶瓷層與位於其下部金屬基材部分熔融一體形成複合層；冷卻後，對該形成有複合層的金屬基材進行熱處理；成型加工以形成三維結構的殼體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，所述金屬基材為不銹鋼或鋁合金。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，所述陶瓷層採用噴塗或塗覆的方法形成，該陶瓷層的陶瓷材料為氧化物陶瓷或碳化物陶瓷或氮化物陶瓷。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之殼體的製備方法，所述陶瓷層中的陶瓷粒直徑為10um~30um，噴塗陶瓷層的厚度為0.03~0.08mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，所述鐳射熔覆工藝參數如下：雷射器為脈衝紅寶石鐳射，鐳射介質為釹(Nd)，鐳射波長1.06um，鐳射功率為2~50W，聚焦光斑直徑0.5-1.0mm，鐳射功率密度8MW/cm2，鐳射熔融深度0.1~0.5mm，鐳射熔融寬度10~20mm，雷射光束性質擺動式690-750Hz，進給速度為5~10mm/s。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，鐳射熔覆陶瓷與金屬基材的深度0.2~1.0mm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，所述熱處理工藝參數：金屬基材為不銹鋼，將該不銹鋼基材殼體的溫度0℃升到900℃的時間為30~50分鐘；保持900℃的溫度時間為60~120分鐘；升溫之後降溫，溫度由900℃降到600℃為30~60分鐘；600℃降到200℃用80~150分鐘；200℃自然降溫至室溫，完成熱處理。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之殼體的製備方法，所述熱處理工藝參數：金屬基材為鋁合金，將鋁合金基材的殼體的溫度從0℃升到600℃的時間為30~50分鐘；保持600℃的溫度時間為60~120分鐘；升溫之後降溫，溫度由600℃降到150℃為30~60分鐘；150℃降到室溫用80~150分鐘。
  9. 一種申請專利範圍第1-8任一項所述製備方法所製備的殼體。
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