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 -3 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 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 20~25 min， 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 -3 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 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 附着力 耐磨性能 耐腐蚀性能 S1 5B 2 小时无明显磨损 无腐蚀 S2 5B 2 小时无明显磨损 无腐蚀 S3 5B 2 小时无明显磨损 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。7