CN102806516B

CN102806516B - 一种金属壳体及其制作方法

Info

Publication number: CN102806516B
Application number: CN201110142440.7A
Authority: CN
Inventors: 邹凌云; 郭丽芬; 陈云
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: CN102806516A

Abstract

本发明提供了一种金属壳体的制作方法，包括下述步骤：步骤1、将金属基材放置于研磨设备中，在研磨设备内加入磨料和水，然后在研磨设备或金属基材上施加振动，使金属基材的表面形成磨花纹理；步骤2、通过物理气相沉积或阳极氧化处理在所述磨花纹理上形成膜层。本发明还提供了一种金属壳体，采用如上所述的制作方法制备得到，包括金属基材以及膜层，所述金属基材表面分布有磨花纹理，所述膜层位于所述磨花纹理上。本发明提供的金属壳体的表面具有磨花纹理，所述磨花纹理上设有膜层，使得金属壳体具有磨花仿古金属质感，并且耐磨性和耐腐蚀性能优良。

Description

一种金属壳体及其制作方法

技术领域

本发明涉及表面处理领域，尤其涉及一种金属壳体及其制作方法。

背景技术

随着生活水平的不断提高以及电子产品，例如：手机技术的持续发展，人们对电子产品，例如：手机的外观要求也越来越高。目前，针对电子产品金属壳体的表面处理技术越来越多，目的是为了使电子产品具有独特的质感和色泽。现有技术中，通过抛光、拉丝、喷砂等工艺可使电子产品呈现高光质感、拉丝质感、喷砂质感等，并通过包括电镀、喷涂、阳极氧化、PVD（物理气相沉积）、电泳等的着色方法，使电子产品在具有一定质感的同时具有各种色泽，以赢得不同消费者的喜欢。

在上述的着色方法中，PVD（物理气相沉积）和阳极氧化是很好的镀膜方法，在基材上制备的膜层的金属质感强，与基材的结合力好，耐磨性和耐腐蚀性能优良，能够满足电子产品在颜色多样性的同时拥有绚丽的金属镀膜效果。然而，物理气相沉积和阳极氧化形成的膜层的厚度很薄，仅为几微米到十几微米，膜层的效果受到基材的影响，PVD或阳极氧化处理后，壳体的表面效果很大程度取决于壳体本身的纹理，装饰性较为单一，难以满足消费者日益严苛的审美要求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的金属壳体的制作方法制作的金属壳体的表面效果很大程度取决于壳体本身的纹理，装饰性较为单一的技术问题。

本发明公开了一种金属壳体的制作方法，包括下述步骤：

步骤1、将金属基材放置于研磨设备中，在研磨设备内加入磨料和水，然后在研磨设备或金属基材上施加振动，使金属基材的表面形成磨花纹理；

步骤2、通过物理气相沉积或阳极氧化处理在所述磨花纹理上形成膜层。

在本发明所述的金属壳体的制作方法中，所述磨料和助剂的重量比为10-30：1。

在本发明所述的金属壳体的制作方法中，所述助剂包括水和清洁剂，所述清洁剂和水的重量比为1：30-60。

在本发明所述的金属壳体的制作方法中，在步骤1中，在研磨设备内还加入有添加剂，所述添加剂包含光亮剂和/或研磨膏。

在本发明所述的金属壳体的制作方法中，所述振动的频率为50-150HZ，振动研磨的时间为0.5-2.5小时。

在本发明所述的金属壳体的制作方法中，所述磨料包括陶瓷类研磨石和塑胶类研磨石，所述研磨石选自粒径不同的研磨石。

同时，本发明还公开了一种金属壳体，所述金属壳体采用如上所述的制作方法制备得到，包括金属基材以及膜层，所述金属基材表面分布有磨花纹理，所述膜层位于所述磨花纹理上。

在本发明所述的金属壳体中，所述膜层的厚度为0.5-20微米。

在本发明所述的金属壳体中，所述金属基材选自不锈钢、铝合金、钛合金、锌合金中的一种。

在本发明所述的金属壳体中，所述膜层为氮化铬、碳化铬、氮化钛、碳化钛、氧化钛、氮铝化钛中的一种或多种。

本发明的制作方法通过振动研磨在金属壳体的表面形成磨花纹理，并在磨花纹理上设置膜层，使得金属壳体具有磨花仿古金属质感，提高了金属壳体的美观度、具有独特的仿古效果，并且耐磨性和耐腐蚀性能优良，综合性能优良。同时，上述方法工艺简单，良率高、成本低，适合大规模工业化应用。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开一种金属壳体的制作方法，包括下述步骤：

步骤1、将金属基材放置于研磨设备中，在研磨设备内加入磨料和水，然后在研磨设备或金属基材上施加振动，使金属基材的表面形成磨花纹理。在本发明中，所述的磨花纹理呈现磨花仿古纹理的效果，所述的磨花仿古纹理是通过对金属基材进行振动研磨处理得到的，具体来将，即采用研磨设备，例如：Rosler振动耐磨试验机，选取合适的研磨料（包括种类和大小的选择），同时添加合适的研磨助剂，在一定的研磨时间下，得到所需的一定磨损程度的金属表面。在本发明中，所述的振动研磨与传统的研磨不同，其是对传统研磨加工中的研磨设备 (或工件)施加振动的一种改进的研磨方法，例如：可在经过前处理（清洗、粗加工等）的金属壳体的表面上放置游离的磨料，然后将振动能量附加在研磨设备 (或金属壳体 )上，使研磨设备 (或金属壳体 )以一定的频率和振幅作有规律的振动，从而完成去毛刺、表面磨花处理，使金属基材的表面形成磨花纹理，给人古朴的感觉。

在本步骤中，所述的金属基材可以选自不锈钢、铝合金、钛合金、锌合金等。所述磨料包括陶瓷类研磨石和塑胶类研磨石，根据工件的材质，形状和所要求的表面细致度来选择，磨花仿古纹路的研磨优选为塑胶类研磨石，并且优选地，所述研磨石选择粒径不同的研磨石，例如：选择圆球形棕刚玉研磨石，其中，粒径为6-8mm的研磨石和粒径为3-5mm的研磨石各占一半，以使金属基材表面的磨花纹理更自然。同样，所添加的研磨助剂则以工件材质为主要考虑因素，依用途选用，研磨助剂主要包括水和清洁剂，水作为磨料的分散介质，清洁剂则主要起到润滑的作用，在本发明中，所述磨料和助剂的重量比为10-30：1，所述清洁剂和水的重量比为1：30-60，同时，根据研磨的需要，还可以加入适量的添加剂，所述添加剂包括光亮剂、研磨膏，所述光亮剂根据金属基材进行选择，例如：金属基材选自不锈钢，则相应地选择不锈钢光亮剂。

在本步骤中，在研磨设备或金属基材上施加振动，振动频率为50-150HZ HZ，在研磨过程中，由于水会排出，每隔一段时间，例如：20-30min向研磨设备中添加水，使得研磨能够顺利进行，振动研磨的时间一般为0.5-2.5小时，振动研磨后金属基材的表面即形成磨花纹理。

步骤2、通过物理气相沉积或阳极氧化处理在所述磨花纹理上形成膜层。本发明的金属壳体在经过振动研磨处理后，再经过PVD或阳极氧化处理得到，PVD工艺或阳极氧化工艺已为本领域技术人员所公知，其工艺参数和条件可根据具体要求而调整，通过PVD或阳极氧化处理在所述磨花纹理上形成膜层，所述膜层可以为氮化铬、氮化钛、碳化钛、氮铝化钛中的一种或多种。对于膜层的厚度，没有太大限制。但是，发明人发现，当所述膜层的厚度为0.5-20um，优选为1-5um时，通过该膜层与前述的磨花纹理相结合，对产生优美的视觉更为有利。通过所述PVD或阳极氧化处理得到的膜层与基材的结合力好，并且具有优良的耐腐蚀和耐磨性能。

在通常情况下，所述金属壳体的制作方法还包括在PVD或阳极氧化处理前对基材进行前处理，该前处理的方法是本领域技术人员公知的，例如，除油，超声波清洗等。

通过上述方法在金属基材上形成仿古磨花纹理及表面保护膜层，得到本发明的金属壳体，金属壳体表面的磨花纹理和PVD膜层具有的颜色，使金属壳体表面呈现奇特的仿古效果，同时具有优良的耐磨耐腐蚀性能。

本发明对现有的金属壳体的表面处理工艺进行了拓展，以使金属壳体呈现仿古金属质感，为此，本发明对金属壳体表面进行独特的机械处理，即采用研磨设备，选取合适的磨料（包括磨料的种类和大小），同时添加合适的研磨助剂，将振动能量附加在研磨设备(或金属壳体 )上，使研磨设备 (或金属壳体 )以一定的频率和振幅作有规律的振动，在一定的研磨时间下，得到所需的一定磨损程度的金属表面，研磨生产效率高，研磨得到的磨花纹理均匀，然后，在具有一定磨损程度表面的金属壳体上进行PVD或阳极氧化处理，通过PVD或阳极氧化处理使金属壳体表面形成有颜色的膜层，通过该膜层与上述磨花纹理的结合，即可呈现具有颜色的仿古磨花效果，并且耐磨耐腐蚀性能佳。

下面采用具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本实施例用来制作具有仿古磨花纹理的银色不锈钢壳体；

步骤一：振动研磨，具体工艺为：1、在Rosler振动耐磨试验机的振动槽中加入磨料和助剂：其中，磨料选自黄色圆锥物磨料RKF 10K 60kg，绿色角锥物磨料RKK 15P 20Kg，助剂选自清洁剂FC120和水的混合物5Kg，清洁剂和水的混合比例为1：50，同时添加适量的不锈钢光亮剂或研磨膏。2、将不锈钢壳体放入振动槽中研磨，振动频率为50HZ，在研磨过程中，每半个小时加入0.5升水，研磨2小时后将不锈钢壳体取出；

步骤二：磁控溅射离子镀膜，具体工艺为：1、将研磨后的不锈钢壳体进行清洗，烘干之后放置真空室内的转架上，启动真空泵抽真空，使真空室压力为6.0×10^-3帕。2、向真空室充入氩气调节真空压力为1.0帕，启动偏压电源进行离子清洗，其中，偏压1100伏，占空比75%，时间为20分钟。3、离子清洗结束后，导入镀膜程序，开始镀膜，工作气体氩气和反应气体氮气将根据程序的设定自动添加，真空室工作压力为0.4帕左右，然后启动铬靶，第一阶段：电源功率为恒定值9千瓦，偏压电源的偏压为200伏，占空比为75%，时间为10分钟；第二阶段：电源功率为恒定值9千瓦，偏压电源的偏压为200伏，占空比50%，时间为30分钟；第三阶段：电源功率为恒定值8千瓦，偏压电源的偏压为150伏，占空比30%，时间为20分钟。镀膜结束后，程序将自动结束运行，然后关闭铬靶、偏压电源，自然冷却至80℃时取出不锈钢壳体，在不锈钢壳体的表面形成有CrN膜层，膜层厚度约为3微米；

通过上述步骤制得具有仿古磨花纹理的银色不锈钢壳体A1。

实施例2

本实施例用来制作具有仿古磨花纹理的橙色铝合金壳体；

步骤一：振动研磨，具体工艺为：1、在Rosler振动耐磨试验机的振动槽中加入磨料和助剂：其中，磨料选自黄色圆锥物磨料RKF 10K 50kg，绿色角锥物磨料RKK 15P 15Kg，助剂选自FC120和水的混合物4Kg，清洁剂和水的混合比例为1：40，同时添加适量的铝合金光亮剂或研磨膏。2、将铝合金壳体放入槽中研磨，振动频率为50HZ，在研磨过程中，每半个小时要加入0.4升水，研磨1.5小时后将铝合金壳体取出；

步骤二：阳极氧化处理，具体工艺为：1、化抛：将研磨处理后的铝合金壳体上挂水洗后放入化抛槽中，溶液为600~800ml/L的 H₃PO₄ 和150~250ml/L 的H₂SO₄按照3：1的比例配制，温度为95~105℃，8~12s后取出并水洗。2、氧化：将水洗后的铝合金壳体放入氧化槽氧化30~40min，溶液浓度为H₂SO₄180~200g/L，温度为18~20℃，电压为14.5~15.5V。3、预处理:添加TAC Sormal 121使槽液浓度为48~52 g/L，温度为38~42 ℃，时间为2.5~3.5 min，PH值为1.0~3.0，PH值调节用氢氧化钠和TAC Sormal 121调节。4、染色：添加染料U602使槽液浓度为2.5~3.5g/L，同时温度为34~36 ℃，时间5~7min，PH值为5.0~6.0，PH值调节用氨水和醋酸调节。5、封孔：添加封孔剂 E-600使槽液浓度为3~5 ml/L，温度为93~97℃，时间为20~25min，PH值为6.3~6.7，PH值调节用氨水和醋酸调节，然后将铝合金壳体下挂；

通过上述步骤制得具有仿古磨花纹理的橙色铝合金壳体A2。

实施例3

本实施例用来制作具有仿古磨花纹理的黑色钛合金壳体；

步骤一：振动研磨，具体工艺为：1、Rosler振动耐磨试验机的振动槽中加入磨料和润滑剂：磨料选择圆球形棕刚玉研磨石，其中，粒径8mm的50kg，粒径5mm的30kg，粒径4mm的20Kg，助剂选自清洁剂FC120和水的混合物5Kg，清洁剂和水的混合比例为1：50，同时添加适量的研磨膏。2、将钛合金壳体放入振动槽中研磨，振动频率为50HZ，在研磨过程中，每半个小时要加入0.5升水，研磨2.5小时后将钛合金壳体取出；

步骤二：磁控溅射离子镀膜，具体工艺为：1、将研磨后的钛合金壳体进行清洗，烘干之后放置真空室内的转架上，启动真空泵抽真空，使真空室压力为6.0×10^-3帕。2、向真空室充入氩气调节真空压力为1.0帕，启动偏压电源进行离子清洗，其中偏压1100伏，占空比75%，时间20分钟。3、离子清洗结束后，导入镀膜程序，开始镀膜，工作气体氩气和反应气体乙炔将根据程序的设定自动添加，真空室工作压力为0.5帕左右，然后启动铬靶，第一阶段：电源功率为恒定值9千瓦，偏压电源的偏压为200伏，占空比为75%，时间为10分钟；第二阶段：电源功率为恒定值9千瓦，偏压电源的偏压为200伏，占空比30%，时间为30分钟。第三阶段：电源功率为恒定值8千瓦，偏压电源的偏压为150伏，占空比15%，时间为30分钟；镀膜时间到达后，程序将自动关闭结束镀膜，然后关闭铬靶、偏压电源，自然冷却至80℃时取出钛合金壳体，在钛合金壳体表面形成有CrC膜层，膜层厚度约为3.5微米；

通过上述步骤制得具有仿古磨花纹理的黑色钛合金壳体A3。

性能测试

对上述制备得到的金属壳体A1-A3进行如下性能测试：

1、附着力：按照ASTM D 3359-2002进行测试；

2、耐磨性能：按照如下方法进行测试：在24℃/54%RH条件下，将产品装上100g治具后，放入Rosler振动耐磨机中振动研磨，模拟产品在正常使用中的磨损情况。使用摩擦介质为：黄圆锥：Rosler摩擦颗粒 RKF 10K(3份)，绿角锥：Rosler摩擦颗粒 RKK 15P(1份)，清洁剂：Rosler清洁剂 FC120 。测试时间为2小时；

3、耐腐蚀性能：按照GBT 10125进行测试。

通过上述测试，得到的测试结果见表1：

表1

样品	S1	S2	S3
				附着力	5B	5B	5B
耐磨性能	2小时无明显磨损	2小时无明显磨损	2小时无明显磨损
				耐腐蚀性能	无腐蚀	无腐蚀	无腐蚀

从表1中可以看出，本发明公开的金属壳体的表面具有独特的磨花纹理的同时，其表面膜层的附着力、耐磨性和耐腐蚀性能也十分优异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属壳体的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1、将金属基材放置于研磨设备中，在研磨设备内加入磨料和助剂，然后在研磨设备或金属基材上施加振动，使金属基材的表面形成磨花纹理；

步骤2、通过物理气相沉积或阳极氧化处理在所述磨花纹理上形成膜层；

所述振动的频率为50-150HZ，振动研磨的时间为0.5-2.5小时。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述磨料和助剂的重量比为10-30：1。

3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述助剂包括水和清洁剂，所述清洁剂和水的重量比为1：30-60。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤1中，在研磨设备内还加入有添加剂，所述添加剂包含光亮剂和/或研磨膏。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述磨料包括陶瓷类研磨石和塑胶类研磨石，所述研磨石选自粒径不同的研磨石。

6.一种金属壳体，其特征在于，所述金属壳体采用如权利要求1-5任意一项所述的制作方法制备得到，包括金属基材以及膜层，所述金属基材表面分布有磨花纹理，所述膜层位于所述磨花纹理上。

7.根据权利要求6所述的金属壳体，其特征在于，所述膜层的厚度为0.5-20微米。

8.根据权利要求6所述的金属壳体，其特征在于，所述金属基材选自不锈钢、铝合金、钛合金、锌合金中的一种。

9.根据权利要求6所述的金属壳体，其特征在于，所述膜层为氮化铬、碳化铬、氮化钛、碳化钛、氧化钛、氮铝化钛中的一种或多种。