TWI667372B - 具有表面處理之金屬部件及用於提供表面處理之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於將一表面處理提供至一金屬部件的方法，其包括：擴散硬化一金屬表面以形成一經擴散硬化之層；及氧化該經擴散硬化之層以在其上形成一氧化物塗層兩者。該經擴散硬化之層可比該金屬部件之一內部區域硬，且可能為陶瓷，且該氧化物塗層可具有不同於該金屬或陶瓷之一色彩，該色彩無法僅藉由擴散硬化或僅藉由氧化達成。該金屬可為鈦或鈦合金，該擴散硬化可包括滲碳或滲氮，且該氧化可包括電化學氧化。該氧化物層厚度可經由在氧化期間所施加之電壓的量予以控制，且該氧化物塗層色彩隨厚度而變。一經增強之硬度分佈可延伸至該氧化物塗層之頂部以下至少20微米之一深度。

Description

具有表面處理之金屬部件及用於提供表面處理之方法

所描述之實施例大體上係關於用於材料之表面處理。更特定言之，所描述之實施例係關於用於金屬部件(諸如用於消費型裝置殼體)之美觀性耐磨表面處理。

陽極化為一種提供陽極氧化物塗層於金屬基板上的通用方法，其通常在工業中用於將保護性及有時具美觀性吸引力之塗層提供至金屬部件。在陽極化程序期間，金屬基板之一部分轉化為金屬氧化物，由此形成保護性氧化物層或塗層。陽極氧化物塗層之性質可視多個因素而定，包括金屬基板之化學組成及陽極化程序中使用之程序參數。陽極化可為特別適用於保護消費型裝置之外部上的表面處理之技術，特別是對於容易遭受刮擦或凹痕之軟金屬，諸如鋁。

鈦為相對較硬的金屬，然而，陽極化以形成保護層對於鈦並不常見，此係由於在鈦表面形成之典型氧化物層往往會過薄而無法提供許多保護。確切而言，通常使鈦及其合金經受滲氮、滲碳、滲碳氮化、氮碳共滲或類似程序，以便將其表面硬化以提供保護性表面處理，該表面處理可極其硬且在本質上為陶瓷。此等程序亦有時用於美觀性目的，此係由於其可有時導致色彩改變。舉例而言，出於美觀性原因，通常選擇氮化鈦之金色外觀。然而，此等程序可能為限制性的，且對於將極硬之經氮化或經碳化的鈦表面進一步以美觀性方式加 以處理而言通常不常見。

雖然已知金屬表面處理程序在過去已進行得很好，但可存在改良空間。因此，存在對針對消費型裝置提供耐用及在美觀性上合意之金屬表面處理的改良之系統及方法的需要。

本文所闡述之代表性實施例包括用於所揭示之耐用美觀性金屬表面處理的各種結構、方法及其特徵。特定言之，所揭示之實施例闡述用於將耐磨及具美觀性吸引力的色彩多變之表面處理提供給鈦組件的系統及方法。

根據各種實施例，所揭示之系統及方法可以具美觀性吸引力的方式提供耐用金屬表面處理。將表面處理提供至金屬部件的一種例示性方法可至少包括：1)擴散硬化金屬部件之表面直至其變為經硬化之表面層；及2)氧化經擴散硬化之表面層以在其上形成氧化物塗層。經擴散硬化之表面層可能為陶瓷，且可比金屬部件之內部區域硬，且氧化物塗層可具有不同於該金屬或表面層之色彩，該色彩無法僅藉由擴散硬化或僅藉由氧化達成。

在各種實施例中，該金屬可為鈦或鈦合金。擴散硬化可包括滲碳、滲氮、滲硼，或其任何組合。氧化可包括電化學氧化，諸如陽極化或微弧氧化。氧化物層厚度可經由在氧化期間所施加之電壓的量予以控制，且氧化物塗層色彩隨厚度而變。針對最終表面(氧化物塗層)，可實現較廣範圍之較亮色彩。經增強之硬度深度分佈可延伸至氧化物塗層以下至少20微米之深度，從而提供較耐用之表面處理。

僅出於概述一些實例實施例之目的而提供此【發明內容】，以便提供對本文中所描述之標的物的一些態樣之基本理解。因此，應瞭解，上述特徵僅為實例且不應理解為以任何方式窄化本文所描述之標的物的範疇或精神。所描述之標的物的其他特徵、態樣及優勢將根據 以下【實施方式】、【圖式簡單說明】及【申請專利範圍】而變得顯而易見。

根據結合隨附圖式(其借助於實例說明所描述之實施例的原理)進行之以下詳細描述，本文所描述之實施例的其他態樣及優勢將變得顯而易見。

102‧‧‧攜帶型電話/裝置

104‧‧‧平板電腦/裝置

106‧‧‧智慧型手錶/裝置

108‧‧‧攜帶型電腦/裝置

200‧‧‧金屬部件表面區域

201‧‧‧金屬部件表面區域

202‧‧‧金屬部件表面區域

210‧‧‧Ti64區域

212‧‧‧金屬表面

220‧‧‧經擴散硬化之層

222‧‧‧曝露之表面

224‧‧‧氮化鈦及/或碳化鈦粒子

230‧‧‧氧化物塗層

232‧‧‧曝露之氧化物表面

302‧‧‧金屬部件表面區域

310‧‧‧金屬或金屬合金區域

320‧‧‧經硬化層

324‧‧‧硬化粒子

330‧‧‧氧化物塗層

400‧‧‧圖

402‧‧‧常規Ti64樣本之色彩漸變

404‧‧‧第一點

450‧‧‧圖

452‧‧‧先前經氮化Ti64樣本之色彩漸變

454‧‧‧第一點

500‧‧‧圖

502‧‧‧先前經氮化Ni64樣本之亮度漸變

504‧‧‧常規Ni64樣本之亮度漸變

550‧‧‧圖

552‧‧‧常規Ni64樣本之色調漸變

554‧‧‧先前經氮化Ni64樣本之色調漸變

600‧‧‧方法

602‧‧‧處理步驟

604‧‧‧處理步驟

606‧‧‧處理步驟

608‧‧‧處理步驟

610‧‧‧處理步驟

612‧‧‧處理步驟

700‧‧‧計算裝置

702‧‧‧處理器

708‧‧‧使用者輸入裝置

710‧‧‧顯示器

711‧‧‧網路/匯流排介面

712‧‧‧資料連結

713‧‧‧控制器

714‧‧‧設備控制匯流排

716‧‧‧資料匯流排

720‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)

722‧‧‧唯讀記憶體(ROM)

740‧‧‧儲存裝置

所包括之圖式係為達成說明之目的，且僅用於提供用於所揭示之耐用美觀性金屬表面處理的可能結構及方法之實例。此等圖式不以任何方式限制由熟習此項技術者在不脫離各實施例之精神及範疇的情況下對各實施例作出的形式及細節上之任何改變。藉由結合隨附圖式之以下詳細描述，將易於理解實施例，圖式中相同參考標號指代相同結構元件。

圖1以正面透視圖說明具有可使用本文所描述之美觀性耐磨金屬表面處理予以保護之外部表面的各種例示性消費型裝置。

圖2A以側面橫截面視圖說明根據本發明之各種實施例的無表面處理施加至其上之例示性金屬部件表面區域。

圖2B以側面橫截面視圖說明根據本發明之各種實施例之在擴散硬化金屬表面以形成經硬化的表面層之後的圖2A之例示性金屬部件表面區域。

圖2C以側面橫截面視圖說明根據本發明之各種實施例之在氧化經擴散硬化的表面以在其上形成氧化物塗層之後的圖2B之例示性金屬部件表面區域。

圖3以側面橫截面視圖說明根據本發明之各種實施例之具有達到其顯著深度的經增強之硬度分佈的替代性例示性經擴散硬化且經氧化之金屬部件表面區域。

圖4A說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金在漸增之電壓 下陽極化時所經歷的例示性色彩進程之圖。

圖4B說明根據本發明之各種實施例之經氮化的鈦合金在漸增之電壓下陽極化時所經歷的例示性色彩漸變之圖。

圖5A說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金及經氮化的鈦合金在不同陽極化電壓下所經歷的例示性亮度色彩-維度函數之圖。

圖5B說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金及經氮化的鈦合金在不同陽極化電壓下所經歷的例示性色調色彩-維度函數之圖。

圖6說明根據本發明之各種實施例之用於將表面處理提供至金屬部件的例示性方法之流程圖。

圖7以方塊圖格式說明根據本發明之各種實施例之可用以實施諸如本文描述的表面處理程序之自動化金屬表面處理程序的例示性計算裝置。

陽極化、氧化、滲氮、滲碳及其類似者皆為藉由視金屬類型、成本考量、其他情形及所要表面處理而使用不同方法及參數在金屬組件上形成表面處理的已知方式。雖然已知各種金屬表面處理程序在過去進行得很好，但通常存在對諸如為消費型裝置提供愈加耐用及在美觀性上合意之金屬表面處理的改良之方法的需要。

根據各種實施例，所揭示之系統及方法可以具美觀性吸引力的方式提供耐磨金屬表面處理。一種將表面處理提供至金屬部件之例示性方法可包括擴散硬化金屬部件之金屬表面直至其變為經擴散硬化之表面層，且接著氧化經擴散硬化之表面層以在其上形成相對較薄之氧化物塗層。經擴散硬化之表面層可能為陶瓷且可比金屬部件之內部區域硬，且氧化物塗層可具有與初始金屬色彩或陶瓷或其他經擴散硬化之層的色彩不同的新色彩。此新色彩可為一種僅藉由擴散硬化或僅藉由氧化初始金屬表面不可達成之色彩。

在一些所揭示之實施例中，滲氮或滲碳之益處與電化學氧化技藝之益處組合以形成具有較多變且精確受控之外觀的塗層，其亦具有改良之抗磨損耐用性。在特定實施例中，針對鈦及其合金之表面處理藉由增大表面硬度來提供經改良之耐磨性及對表面色彩之控制兩者。

在各種實施例中，該金屬可為鈦或鈦合金。擴散硬化包括滲碳、滲氮、滲碳氮化、氮碳共滲、滲硼，或其任何組合。經擴散硬化之表面層可包括氮化鈦及/或碳化鈦，且可具有大於2000之維氏硬度。重要地，可能全部或至少部分為陶瓷的經擴散硬化之表面可保留一些量之電導率，使得該氧化可包括電化學氧化，諸如陽極化或微弧氧化。氧化物層厚度可經由在氧化期間所施加之電壓的量予以控制，且氧化物塗層色彩隨厚度而變。對於在氧化物塗層頂上之最終表面處理，可實現較廣範圍之色彩及較亮之整體色彩。氧化物塗層可提供比僅藉由擴散硬化或僅藉由氧化而形成之表面處理更耐用的表面處理。此外，氧化物塗層、經擴散硬化之表面層及金屬部件之內部區域可共同界定具有比可獨自藉由氧化達成的更高之峰值硬度的硬度深度分佈，及至氧化物塗層之頂部以下至少20微米深度之經增強的硬度。

在各種進一步實施例中，金屬部件可具有藉由一程序形成之表面處理，該程序包含涉及擴散硬化金屬表面以形成經擴散硬化之表面層、且接著氧化表面層以形成氧化物塗層、以及其各種詳情之任何組合的前述方法中之任一者。再次，可在藉由此等程序形成之金屬部件中實現各種新特性，且此類特性包括不同表面色彩、延伸至進一步深度之不同硬度深度分佈及增強的硬度、及較耐用表面處理。在又進一步實施例中，金屬部件可由鈦或鈦合金形成，且金屬部件具有在經擴散硬化的氮化鈦或碳化鈦之層的頂上形成之氧化物塗層，該經擴散硬化之層又係在金屬部件之內部區域頂上形成。氧化物塗層、經擴散硬化之層及金屬部件之內部區域可界定硬度之一深度分佈，該深度分佈 包括在經擴散硬化之層的頂部處的大於2000維氏硬度之峰值硬度至在氧化物塗層之頂部以下至少20微米之深度處的大於450維氏硬度，及/或氧化物塗層可具有與可由純鈦、鈦合金、氮化鈦、碳化鈦或氧化鈦形成之任何金屬部件表面達成的任何色彩不同之色彩。

前述途徑針對所揭示之美觀性耐磨金屬表面處理提供各種方法、組件及特徵。下文闡述且結合圖1至圖7描述此等方法、組件及其特徵的更詳細論述，圖1至圖7說明可用以實施此等方法、組件及特徵的裝置及組件之詳圖。

應理解：本文揭示之各種方法、組件及特徵可應用於若干不同類型的金屬上之表面處理。出於論述之目的，特定參考鈦或鈦合金，其可包括(例如)Ti6Al4V或「5級鈦」(以下稱作「Ti64」)。亦可在所揭示之表面處理及美觀性耐磨金屬表面處理的各種應用中使用其他合金組合物及其他金屬替代鈦或鈦合金，尤其是易於以精確受控之方式陽極化或氧化的合金--即使僅傳統地達到在干涉著色之厚度範圍內(亦即，100s/nm)形成薄膜氧化物的程度。作為一些非限制性實例，除鈦、Ti64或其他鈦合金之外，所揭示之表面處理亦可能應用於鋁、鎂、鋯、鈮、鉭，及/或其合金。作為又一實例，不鏽鋼(其中薄膜氧化物可用於經由回火退火使表面著色)亦可以本文所闡述之各種方式加以處理。

首先轉向圖1，以正面透視圖說明具有可使用本文所描述之美觀性耐磨金屬表面處理予以保護之外部表面的各種例示性消費型裝置。圖1包括攜帶型電話102、平板電腦104、智慧型手錶106及攜帶型電腦108，其中之每一者可包括在可由金屬製成或具有金屬區之外殼內之內部處理組件。可針對此類外殼或其區部來選擇各種金屬或金屬合金。再次，雖然亦可在合適之處使用其他合金組合物及其他金屬，但本文出於論述之目的將僅參考鈦或鈦合金。在常規消費型使用及磨損 期間，裝置102、104、106及/或108之任何一般鈦或鈦合金部分都可能遭受刮擦、刻痕、凹痕及其他在美觀性上不合意的表面缺損。此類缺損可引起裝置表面之實體及美觀性之不連續，且美觀性不連續亦可能在該缺損區域以負面方式影響表面色彩。如下文所詳細描述，各種方法、組件及特徵在諸如裝置102、104、106及108之裝置上提供較耐用、耐磨及美觀性吸引人的表面處理，使得在此等裝置之常規消費型使用及磨損期間可在很大程度上將表面缺損減至最少。

圖2A至圖2C皆以側面橫截面圖來描繪一例示性金屬部件表面區域在表面處理提供至其上時的各種階段。所展示之金屬部件表面區域及表面處理可與任何合適金屬部件相關聯，諸如用於形成用於前述消費型裝置102、104、106、108或其類似者中之任一者的外殼或其部分的金屬部件。圖2A說明尚未應用表面處理程序或步驟之金屬部件表面區域。金屬部件表面區域200可為具有在最大z高度曝露之金屬表面212的均質金屬部件，該金屬表面212可具有與金屬部件之其餘部分相同的色彩及組合物。舉例而言，金屬部件在關於金屬部件及金屬部件表面區域200之所有位置處可由鈦、Ti64或另一合適之鈦合金形成。出於論述之目的，金屬部件可由固態Ti64形成，該材料可具有約290至350HV之硬度，且該材料在此指定為Ti64區域210。可接著將擴散硬化程序應用於曝露之可為Ti64的金屬表面212。此可包括針對金屬部件之Ti64區域210的曝露之金屬表面212執行任何滲碳、滲氮、滲碳氮化、氮碳共滲或滲硼程序，或其任何組合。此可藉由諸如氣體滲氮或電漿滲氮之程序(以及其他程序)而達成。

圖2B說明在將先前Ti64金屬表面212擴散硬化至足以形成經擴散硬化之層220之後的經改變的金屬部件表面區域201，其可包括陶瓷粒子。同樣，經擴散硬化之層220可能在本質上全部或至少部分為陶瓷。金屬部件表面區域201可具有位於經擴散硬化之層220下方之Ti64 區域210，其中陶瓷或部分地為陶瓷之材料現可形成曝露之表面222，該曝露表面可具有與Ti64之色彩不同之色彩。經擴散硬化之層220可由(例如)氮化鈦及/或碳化鈦材料構成，其中之任一者可具有大於2000HV之硬度且可在曝露之表面222處產生金色或青銅色。可將各種氮化鈦及/或碳化鈦粒子224擴散至經擴散硬化之層220中，且此等粒子之濃度在金屬部件的內部區域朝向曝露之表面222較高且朝向Ti64區域210較稀。在各種實施例中，擴散硬化程序亦可導致簡單氮或碳原子擴散至經擴散硬化之層220及Ti64區域210之上部部分內及其周圍，從而經由溶液強化而提供強度及硬度。類似地，此等經擴散之氮及碳原子可朝向曝露之表面222較大量地濃集。可接著將氧化程序應用於曝露之表面222。此可為熱氧化程序，諸如鋼或不鏽鋼之回火退火。在曝露之表面222(例如)因為其仍為金屬且經溶液強化或經沈澱強化或為金屬間化合物或半導體而保持導電特性的情況下，氧化可為受控電化學氧化，諸如陽極化或微弧氧化程序。

在各種實施例中，氧化程序可為習知鈦陽極化程序，其中薄氧化物膜或塗層藉由將部件浸沒於諸如磷酸或硫酸之電解液中且在正電位下供應電流而生長。此等薄氧化物膜或塗層可具有約幾十奈米至若干微米的厚度，且厚度可視用於塗層形成之所施加電壓而定。對於較薄氧化物膜，如容易瞭解的，歸因於自氧化物膜外表面及氧化物與金屬之界面反射的光之間的光學干涉，膜或塗層之色彩亦隨其厚度而變化。

圖2C說明在氧化經擴散硬化之表面以在其上形成薄氧化物塗層之後的金屬部件表面區域。金屬部件表面區域202可具有位於經擴散硬化之層220下方的Ti64區域210，該硬化層又位於薄氧化物塗層230下方，氧化物材料現在形成曝露之氧化物表面232。氧化物塗層230可具有比經擴散硬化之層220的硬度(例如，大於2000HV)略低之硬度， 但硬度仍比硬化層下方之Ti64區域210的硬度(例如，290至350HV)高。氧化物塗層230之存在再次改變曝露之氧化物表面232的色彩，該表面之確切色彩、色調及亮度可隨若干因素而變化，特別是與氧化物塗層230之厚度及氧化程序中使用之電壓的量有關。

在不存在任何先前滲氮或滲碳操作之情況下，氧化物塗層之色彩應為塗層厚度之某一函數，漸進地自金色變化至紫色、至藍色、至綠色，如下文圖4A中所闡述。然而，藉由執行先前滲氮、滲碳或氮碳共滲操作，色彩漸變之起始點以及色彩之走向被改變。結束點亦可為較亮之白色或較暗之灰色，如下文圖4B中所闡述。大體而言，藉由常規鈦或Ti64之表面氧化形成的氧化物膜在較低電壓下形成時通常為非晶氧化物，而在較高電壓下可包含晶狀金紅石。其並不顯著地增強物品之表面硬度，且可能由於研磨互動而容易磨損，從而改變物品之外觀。然而，歸因於TiN、TiC或TiCN化合物之併入，藉由先前經氮化、碳化或氮碳共滲之部件的氧化而形成之氧化物膜具有增強之硬度及耐磨性。此使所得之美觀性處理較耐用。此外，儘管習知表面氧化物產生至鈦或Ti64基板之固有硬度的突然過渡，但所揭示之程序產生賦予表面處理更高耐用性之額外硬度分佈，其中增強之次氧化物表面硬度提供增大之抗變形性。

在一些實施例中，微弧氧化可用於產生氧化物膜。此表面處理通常在比習知陽極化高之電位下進行，且涉及幫助將正生長之膜或塗層轉化至晶相的局部電漿放電，其亦使得能夠形成較高厚度。由微弧氧化程序產生之氧化物塗層不透光，且通常為可藉由確切合金組合物而判定之棕色或灰色色彩。藉由其增強之硬度及若干微米至幾十微米之厚度，由微弧氧化程序形成之氧化物塗層可憑藉自身能力提供顯著增強之表面保護。然而，再次，由此氧化處理所致之硬度受限於氧化物層自身。底層金屬仍相對較軟且容易變形。作為相對較脆之膜，氧 化物因此在底層金屬存在顯著塑性變形時(諸如當表面遭受撞擊時)易遭受散裂。因此，本文揭示之微弧氧化程序可應用於先前經氮化、碳化或氮碳共滲之鈦物品，使得金屬基板展示至較大深度的增強之硬度。此提供針對塑性變形之較大抗性，且在某些所施加應力(諸如急劇撞擊及其類似者)下亦保護硬、脆氧化物塗層免於黏著失效。所得表面處理因此比僅經受微弧氧化處理之物品的表面處理更具機械堅固性。此外，所得氧化物膜之色彩亦可調整至比僅藉由微弧氧化程序可達成的更寬之色譜。

接下來移至圖3，以側面橫截面圖展示替代性例示性經擴散硬化且經氧化之金屬部件表面區域，該區域具有至顯著深度的增強之硬度梯度。金屬部件表面區域302可類似於上述金屬部件表面區域202，類似之處在於其可具有金屬或金屬合金區域310、各處擴散有各種硬化粒子324之經硬化層320及在表面區域之頂部表面形成的氧化物塗層330。硬化粒子324可為(例如)第二相陶瓷粒子、金屬間化合物粒子、溶液強化原子，或其任何組合。再次，金屬或金屬合金區域310可為鈦或Ti64，經硬化層320可包括氮化鈦及/或碳化鈦，且氧化物塗層330可具有顯著耐用之硬度及美觀性處理(包括顯著地與合金區域310或經硬化層320的色彩不同之色彩)。再次，氧化物塗層330(及整個頂部表面)之確切色彩可藉由控制氧化物塗層330之厚度及氧化程序中使用之電壓的量(以及其他可能參數)來加以控制。

在金屬部件表面區域302之右側，展示針對以本文提供之方式處理的表面區域的例示性經增強之硬度深度分佈的代表性曲線圖。因為經硬化層320的形成可使用擴散程序加以完成，所以此層及整個金屬部件表面區域302之硬度可以漸進方式自經硬化層320之頂部處的大於2000HV之最大值過渡至金屬合金區域310處的純Ti64或固態Ti64的約290至350HV之最小值。有利地，對於金屬部件表面區域302之相當 大的深度，硬度可超過450HV或更高。如所展示，此增強之硬度梯度可延伸至表面以下至少20微米且在一些情況下在表面以下高達約50微米或更大之深度。

所揭示之程序提供整體表面處理，其不僅在實際表面極其硬(且因此耐刮擦且耐磨)，且亦為並不將此極端硬度及相應的脆性維持至相當大之深度(否則可能導致易脆且易碎或易裂之傾向)的表面區域。實際上，整體金屬部件表面區域302之硬度有利地不保持極其硬或隨深度突然地降低，而僅逐步地逐漸減小至內部純金屬或合金的290至350HV厚度。與保持過硬及相應地脆之表面處理或與在表面下方一短的深度處快速變得過軟之表面處理相比，此提供優良且耐用之表面處理。所揭示之表面處理包括擴散硬化程序繼之以氧化程序之組合，其因此產生比僅單獨藉由擴散硬化程序或僅單獨藉由氧化程序而形成之表面處理更耐用的表面處理。

圖4A說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金在漸增之電壓下陽極化時所經歷的例示性色彩漸變之圖。圖400提供沿著典型黃色至紅色至藍色至綠色順時針圖案設定之色彩漸變(a*,b*)，其針對起始於0電壓下第一點404之特定漸變402而予以標繪。金屬為常規的先前未處理之Ti64樣本，且針對常規Ti64樣本之重複陽極化，經特定標繪之漸變402的電壓量在0至200之範圍內。如所展示，對於氧化常規Ti64樣本之不同電壓，色彩漸變變化但相當有限。

圖4B說明根據本發明之各種實施例之經氮化的鈦合金在漸增之電壓下陽極化時所經歷的例示性色彩漸變之圖。圖450提供沿著相同的黃色至紅色至藍色至綠色順時針圖案設定之比較性色彩漸變(a*,b*)，其針對起始於0電壓下第一點454之特定漸變452而在此予以標繪。此處，金屬為先前經氮化Ti64樣本，且針對經氮化Ti64樣本之重複陽極化，經特定標繪之漸變452的電壓量再次在0至200之範圍內。 如所展示，與藉由氧化常規Ti64樣本可達成的相比，藉由氧化經氮化Ti64樣本可達成不同色彩。雖然亦可得到其他新色彩及色調，但此等色彩更趨向於白色及灰色。在其他類似金屬經受類似擴散硬化程序之後，可在其中看到類似效果。

圖5A說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金及經氮化鈦合金在不同陽極化電壓下所經歷的例示性亮度色彩-維度函數之圖。圖500描繪常規Ni64及經氮化Ni64關於亮度色彩-維度L*(其在0(暗)至100(白)之範圍內)所顯現之差別。所標繪之漸變502描繪先前經氮化Ni64樣本中隨著漸增之電壓而朝向漸增亮度L*之傾向，而所標繪之漸變504描繪常規Ni64樣本中隨著漸增之電壓而朝向平穩亮度L*之傾向。在其他類似金屬經受類似擴散硬化程序之後，可在其中看到類似效果。

圖5B說明根據本發明之各種實施例之常規鈦合金及經氮化的鈦合金在不同陽極化電壓下所經歷的例示性色調色彩-維度函數之圖。圖550描繪經氮化合金在色調方面跟隨類似未處理合金的傾向。所標繪之漸變552描繪隨用於常規Ni64樣本之所施加電壓而變的色調漸變，而所標繪之漸變554描繪隨用於先前經氮化Ni64樣本之施加電壓而變的色調漸變。同樣，在其他類似金屬經受類似擴散硬化程序之後，可在其中看到類似效果。

接下來轉至圖6，提供用於將表面處理提供至金屬部件之例示性方法的流程圖。可藉由(例如)一或多個處理器或可與自動化表面處理系統相關聯之其他控制器(諸如用以控制各種自動化處理組件)來進行方法600。方法600開始於第一處理步驟602，其中可提供具有第一色彩之金屬部件以提供表面處理。再次，雖然特定地預期該金屬可能為鈦或鈦合金，但可使用諸多不同種類之金屬。在後續處理步驟604處，可將金屬部件之金屬表面層擴散硬化，直至金屬表面層比金屬部 件之內部區域硬。再次，擴散硬化可包括滲碳、滲氮、滲碳氮化、氮碳共滲、滲硼，或其任何組合。再次，此可產生在本質上全部或至少部分為陶瓷的經硬化層。

在後續可選處理步驟606處，可進行所要表面色彩之選擇。如上文所指出，當將所揭示之用於提供表面處理的方法實施至金屬部件時，可能有廣泛多種表面色彩。在選擇所要表面色彩的情況下，後續可選處理步驟608可涉及計算會產生所選色彩的特定氧化物塗層厚度，接著亦可計算氧化電壓以產生該特定氧化物塗層厚度。可接著在後續可選處理步驟610處將氧化劑設定至所計算之電壓。在最終處理步驟612處，可氧化經擴散硬化或以其他方式硬化之表面層，以在表面層上形成氧化物塗層。如同前述實施例，此氧化步驟可涉及電化學氧化，諸如陽極化或微弧氧化。又，氧化物塗層可具有不同於第一色彩之第二色彩，且此第二色彩可為僅單獨藉由擴散硬化步驟或僅單獨藉由氧化步驟不可達成之色彩。在電壓已設定為特定值的情況下，第二色彩應為在氧化程序之前已選擇之色彩。

對於前述流程圖，將容易瞭解：並非所提供之每個步驟始終為必需的，且亦可能包括本文未闡述之其他步驟。舉例而言，可添加涉及藉由不同氧化電壓來設計特定色彩或色彩圖案的附加步驟。又，亦可添加提供關於擴散硬化之確切類型的較多詳情之步驟。其他未包括之步驟亦可能涉及應對金屬部件之大批量生產(諸如針對消費型裝置)的步驟及程序。此外，步驟之確切次序可視需要變更，且一些步驟可同步執行。舉例而言，在一些實施例中可同步執行步驟608與步驟610。

圖7以方塊圖格式說明根據一些實施例之可用以實施本文描述的各種組件及技術之例示性計算裝置700。特定言之，詳細視圖說明可在適用於將耐用美觀性表面處理之應用(諸如上文關於圖1至圖6所描 述之應用)自動化的電子裝置中包括的各種組件。如圖7中所展示，計算裝置700可包括表示用於控制計算裝置700之整體操作之微處理器或控制器的處理器702。計算裝置700亦可包括允許計算裝置700之使用者與計算裝置700互動的使用者輸入裝置708。舉例而言，使用者輸入裝置708可呈現多種形式，諸如按鈕、小鍵盤、撥號盤、觸控式螢幕、音訊輸入介面、視覺/影像擷取輸入介面、呈其他感測器資料形式之輸入，等。再者，計算裝置700可包括可藉由處理器702控制以將資訊顯示給使用者的顯示器710(螢幕顯示器)(例如，電影或其他AV或媒體內容)。資料匯流排716可促進至少儲存裝置740、處理器702與控制器713之間的資料傳送。控制器713可用於經由設備控制匯流排714來介接及控制不同設備。計算裝置700亦可包括耦接至資料連結712之網路/匯流排介面711。在無線連接之情況下，網路/匯流排介面711可包括無線收發器。

計算裝置700亦可包括儲存裝置740，其可包含單個磁碟或複數個磁碟(例如，硬碟機)，且包括管理儲存裝置740內一或多個分割區的儲存管理模組。在一些實施例中，儲存裝置740可包括快閃記憶體、半導體(固態)記憶體或其類似者。計算裝置700亦可包括隨機存取記憶體(RAM)720及唯讀記憶體(ROM)722。ROM 722可儲存待以非揮發性方式執行之程式、公用程式或程序。RAM 720可提供揮發性資料儲存，且儲存與計算裝置700的操作相關之指令。

可單獨地或以任何組合形式使用各種態樣、實施例、實施或所描述實施例的特徵。可藉由軟體、硬體或硬體與軟體之組合來實施所描述之實施例的各種態樣。所描述實施例亦可體現為電腦可讀媒體上之電腦可讀程式碼。電腦可讀媒體為可儲存此後可由電腦系統讀取之資料的任何資料儲存裝置。電腦可讀媒體之實例包括唯讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROM、DVD、磁帶、硬碟機、固態驅動器及光學 資料儲存裝置。電腦可讀媒體亦可分散於網路耦接之電腦系統上，使得電腦可讀程式碼以分散方式被儲存及執行。

出於解釋之目的，前文描述使用特定命名法以提供對所描述之實施例的透徹理解。然而，熟習此項技術者將明白，無需特定細節以便實踐所描述之實施例。因此，出於說明及描述之目的而呈現特定實施例之前文描述。其並不意欲為窮盡性的或將所描述之實施例限制為所揭示之精確形式。一般熟習此項技術者將明白，鑒於以上教示，諸多修改及變化為可能的。

Claims (19)

1. 一種用於將一表面處理提供至一金屬部件的方法，該方法包含：擴散硬化該金屬部件之一金屬表面，直至該金屬表面變為比該金屬部件之一內部區域硬的一經擴散硬化之表面層，其中該金屬表面在該擴散硬化之前具有一第一色彩；及電化學氧化該經擴散硬化之表面層以形成覆蓋在該經擴散硬化之表面層上的一金屬氧化物塗層，其中該金屬氧化物塗層具有不同於該第一色彩之一第二色彩，且該第二色彩與僅藉由擴散硬化(diffusion hardening)可獲得之任何色彩不同或與僅藉由氧化(oxidizing)可獲得之任何色彩不同。
2. 如請求項1之方法，其中該金屬部件包含鈦或一鈦合金。
3. 如請求項1之方法，其中該金屬表面之該擴散硬化包括滲碳、滲氮、滲碳氮化、氮碳共滲或滲硼之至少一者。
4. 如請求項1之方法，其中該經擴散硬化之表面層包含氮化鈦或碳化鈦。
5. 如請求項1之方法，其中該經擴散硬化之表面層具有大於2000HV之一維氏硬度。
6. 如請求項1之方法，其中該經擴散硬化之表面層具有不同於該第一色彩及該第二色彩之一第三色彩。
7. 如請求項1之方法，其中該經擴散硬化之表面層之該氧化包括陽極化或微弧氧化。
8. 如請求項1之方法，其中該第二色彩與該金屬氧化物塗層之一特定厚度相關聯。
9. 如請求項8之方法，其中該金屬氧化物塗層之該特定厚度隨在該經擴散硬化之表面層之該電化學氧化期間所施加之電壓的一量而變。
10. 如請求項9之方法，其中該第二色彩隨在該經擴散硬化之表面層之該電化學氧化期間所施加之電壓的該量而變。
11. 如請求項1之方法，其中該金屬氧化物塗層提供比僅藉由該擴散硬化或僅藉由該氧化所形成之一表面處理更耐用的一表面處理。
12. 如請求項1之方法，其中該金屬氧化物塗層、經擴散硬化之表面層及該金屬部件之該內部區域界定一硬度深度分佈，該硬度深度分佈具有至該金屬氧化物塗層之一外部表面以下至少20微米之一深度的一經增強之硬度。
13. 如請求項1之方法，其中該經擴散硬化之表面層為一陶瓷層。
14. 一種具有一表面處理的金屬部件，該金屬部分包括具有一第一色彩之一金屬表面，該金屬部件包含：一經擴散硬化之表面層，其覆蓋該金屬部件之該金屬表面；及一金屬氧化物塗層，其覆蓋該經擴散硬化之表面層且由該經擴散硬化之表面層而被電化學氧化，其中該金屬氧化物塗層具有足以給予該金屬氧化物塗層一第二色彩之一厚度，該第二色彩不同於該第一色彩，且該第二色彩與僅藉由擴散硬化可獲得之任何色彩不同或與僅藉由氧化可獲得之任何色彩不同。
15. 如請求項14之金屬部件，其中該金屬部件包括鈦或一鈦合金。
16. 如請求項15之金屬部件，其中該金屬氧化物塗層之一厚度隨在該電化學氧化期間所施加之電壓的量而變。
17. 如請求項14之金屬部件，其中該金屬氧化物塗層提供比僅藉由該擴散硬化或僅藉由該電化學氧化所形成之一表面處理更耐用之一表面處理。
18. 一種由一鈦或鈦合金形成之金屬部件，該金屬部件包含：一金屬基板；一經擴散硬化表面層，其覆蓋於該金屬基板上；及形成於該經擴散硬化表面層頂部的一金屬氧化物塗層，其中跨越該金屬氧化物塗層、該經擴散硬化表面層及該金屬部件之一內部區域的一硬度深度分佈範圍在一外部表面及該金屬氧化物塗層以下至少20微米之一深度處在大於2000維氏硬度至大於450維氏硬度內。
19. 如請求項19之金屬部件，其中該金屬氧化物塗層具有一色彩，該色彩與可僅藉由擴散硬化獲得之任何色彩不同或與可僅藉由氧化獲得之任何色彩不同。