CN105899099A - 包括分层金属的设备外壳 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电气设备的外壳。所述外壳包括夹在更具反应性的轻金属的基底层（130）与涂层（110）之间的较少反应性的轻金属的中间层（120）。

Description

包括分层金属的设备外壳

背景技术

诸如移动电话、平板设备和便携式（膝上型或掌上型）计算机之类的设备一般被提供有外壳。外壳典型地提供多个功能特征，保护设备免受损害。

消费者还对外壳的美学性质感兴趣，诸如外观、颜色、纹理和样式。此外，诸如移动电话、平板设备和便携式计算机之类的设备典型地被设计用于手持功能性，因此消费者还可能考虑设备的重量和他们通过其握持设备的外壳的感觉。

附图说明

作为非限制性示例，将参照以下附图来描述根据本公开的设备外壳和制造这样的外壳的过程，其中

图1（a）是用于设备的示例外壳的透视视图。

图1（b）是图1（a）的外壳的切开透视视图。

图1（c）是图1（b）的外壳的截面侧视图。

图2（a）是在基底层与中间层之间具有合成纤维层的示例外壳的截面侧视图。

图2（b）是在涂层与中间层之间具有合成纤维层的示例外壳的截面侧视图。

图2（c）是在基底层上具有合成纤维层的示例外壳的截面侧视图。

图3是在基底层的任一侧上具有中间层的示例外壳的截面侧视图。

图4（a）是在中间层和基底层二者上具有涂层的示例外壳的截面侧视图。

图4（b）是具有附加涂层的图4（a）的示例外壳的截面侧视图。

图4（c）是在涂层与附加涂层之间具有合成纤维层的图4（b）的示例外壳的截面侧视图。

图5是图示了制造电气设备外壳的示例方法的流程图。

在附图中，相同的参考标号表示多个附图中的相同特征。

具体实施方式

本公开描述了用于诸如电气设备之类的设备的外壳。该示例的外壳包括夹在反应性（reactive）轻金属的基底层与涂层之间的轻金属的中间层。中间层的轻金属具有比基底层中的轻金属的反应性低的反应性。

轻金属是低原子量的金属。虽然轻金属与重金属之间的界限变化，但是诸如锂、铍、钠、镁和铝之类的金属总是被视为轻金属。

轻金属的反应性通过其氧化的能力来考虑并且作为氧化电势来进行测量。高反应性并且因而高氧化电势值的金属暗示相对于低反应性或低氧化电势值的金属的发生氧化的更大倾向。物理上，具有增加水平的反应性或氧化电势的轻金属可以通过具有用于快速氧化的许多开放多孔结构的反应性表面来表征。

通过在更具反应性的轻金属上形成较少反应性轻金属的中间层，需要较少的表面处理来实现高性能表面修整（finishing）。

另外，在一些示例中，处理反应性轻金属方面的安全顾虑被消除而同时仍保留在重量方面足够轻以随设备由用户携带的益处。

例如，镁及其合金被分类为更具反应性的轻金属。虽然镁及其合金具有适合用于使用在外壳中的许多物理性质，诸如强度和轻重量，但是镁及其合金是挥发性的并且因而要求在最终修整/涂敷之前的大量表面处理。所公开的外壳克服镁及其合金的挥发性，并且提供涂层的更大选择以提供有吸引力的或高性能表面修整。

图1（a）图示了在该示例中为智能电话的设备的示例外壳100。在图1（b）的切开透视视图中示出形成外壳100的层110、120和130并且在图1（c）中对其进行放大。

参照图1（b）和1（c），基底层130是相对于中间层120中的轻金属的氧化电势具有更高氧化电势的反应性轻金属。基底层130可以例如是镁合金和镁锂合金，其中镁的氧化电势为近似2.4V。中间层120可以例如是铝（近似1.7V的氧化电势值）、镁铝、钛、铌或其合金。

用于电气设备的外壳100还可以被视为包括内部基础、中间层压和外部修整，其中内部基础是基底层130，中间层压是中间层120，并且外部修整是涂层110。

包括基底层130和具有比基底层低的反应性的中间层120的两个轻金属层的复合物可以使用现有方法形成，诸如金属互扩散过程和溅射。金属互扩散过程一般是较廉价的选项，其提供对轻金属厚度的控制。

取决于涂层110的所期望的性质，各种类型的涂层可以被形成到中间层120上，例如金属氧化物涂层、电泳涂层、膜涂层和喷射涂层。涂层110的性质可以包括视觉、触觉和纹理效果、诸如UV保护、抗指纹识别或抗菌能力之类的功能性质，以及诸如硬度、耐久性和抗磨损性之类的物理性质。

如将通过以下示例示出的，涂层110可以直接在中间层120上或者可以分离地具有另外的层。再次，中间层120和基底层130可以直接相邻或者可以通过另外的层分离。

图2（a）、2（b）和2（c）图示了具有合成纤维层240的不同配置的外壳100的示例。在图2（a）中，合成纤维层240形成在基底层130与中间层120之间。在图2（b）中，合成层形成在中间层120与涂层110之间。最后，在图2（c）中，合成层240形成在基底层130的侧面上，在该示例中在基底层130的下侧上。

向图1（c）的现有分层复合结构中添加合成纤维层增加外壳的机械强度。

参照图2，合成纤维层240通过压制成形技术来形成。

合成纤维层240的示例包括：编织/单向玻璃纤维、编织/单向碳纤维、碳纳米管、陶瓷纤维、碳化硅纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维或其通过热塑性树脂和半固化热固性树脂的组合。

在图2中，当涂层110是电泳涂层（以下参照图4（a）所解释）时，合成纤维需要传导性质，作为示例，碳纤维、碳纳米管、芳族聚酰胺纤维和金属纤维。另外，当涂层110是金属氧化物涂层（以下参照图4（a）所解释）时，图2（a）和2（c）示出合适的配置。

如以上所讨论的，涂层110可以是许多合适涂层中的一个，例如膜涂层、喷射涂层、电泳涂层和金属氧化物涂层。现在将讨论这些涂层110中的每一个。

在涂层110是基于聚合物的转移膜的示例中，可以用于施加涂层的过程包括模内装饰、模外装饰、模内膜、模内标记、离型膜（release film）和纳米压印光刻。可以使用在转移膜中的聚合物材料的示例包括聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate glycol）（PET-G）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚苯硫醚（PPS）和UV墨。基于聚合物的转移膜可以包含无机或金属纳米颗粒。

基于聚合物的转移膜及其施加过程的选择可以取决于膜的所期望的性质，诸如视觉、触觉、纹理效果和功能性质。

在涂层110是喷射涂层的示例中，喷射涂层通过喷射涂敷中间层120的金属表面来形成，其中中间层120的形貌对涂层重量没有影响。

喷射涂层的厚度范围可以取决于涂层材料和喷射系统。厚度范围典型地从3到300μm。

图3中的示例外壳具有诸如Mg合金和MgLi合金之类的基底层130，其夹在诸如Al或Al合金和MgAl合金之类的两个中间层120之间。这样的配置适合于提供用于外壳的内部和外部侧面二者的有吸引力的或高性能修整。

适合用于喷射涂敷的涂层材料的示例包括热塑性涂层、热固性涂层、纳米颗粒涂层、金属涂层、UV涂层或其组合。

仍参照图4（a），涂层110可以是通过电泳沉积到诸如基底130和中间层120之类的传导表面上而形成的电泳涂层。沉积过程独立于基底层形状或表面形态。

典型地，要涂敷的金属被浸入诸如基于聚丙烯酸物的配方之类的涂层溶液中。外壳100被电气连接以便成为涂层溶液中的两个电极中的一个，其中另一电极充当对电极（counter-electrode）。通过在两个电极之间施加DC电势，悬浮在涂层溶液中的胶状颗粒在所施加的电场的影响下迁移并且沉积到外壳100上。

所施加的电泳涂层的厚度可以取决于沉积时间和所施加的电压电势。

图4（b）示出进一步施加到图4（a）的电泳涂层的表面上的附加涂层360。附加涂层的示例包括喷射涂层和膜涂层。

再次参照图4（a），涂层110可以是金属氧化物涂层并且通过金属120和130的表面的电化学处理来形成。诸如铝及其合金之类的较少反应性的轻金属120的存在确保可以形成耐久、抗磨损的金属氧化物。

电化学处理包括向电解溶液中的金属表面施加比金属氧化物涂层的介电击穿电势大的电压。

材料的介电击穿电势是经由电场施加的、材料可以承受而没有击穿的电压。当利用大于其介电击穿电势的电势来处理诸如金属氧化物之类的材料时，击穿导致通过金属的破坏性放电。

材料的介电击穿电势取决于多个因素而变化，例如材料的组成、厚度和温度。

合适电化学过程的示例包括微弧氧化（还已知为等离子体电解氧化）。微弧氧化是用于在金属120和130上生成氧化物的涂层110的电化学表面处理过程。

在微弧氧化的一个示例中，将金属浸入电解质的槽中，所述电解质典型地为诸如氢氧化钾之类的碱性溶液。外壳被电气连接以便成为电化学电池中的电极之一，其中典型地由诸如不锈钢之类的惰性材料形成的槽的壁充当对电极。在两个电极之间施加电势，其可以是连续的或脉冲式的，以及直流或交流的。

当使用在微弧氧化中的电势大于形成的金属氧化物涂层的介电击穿电势时，发生破坏性放电并且结果得到的高温、高压等离子体更改氧化物涂层的结构。这导致多孔并且具有以基本上晶体形式的氧化物的氧化物涂层。

此外，以上述方式形成的氧化物的涂层110是转换涂层，其将现有金属材料转换成氧化物涂层。相对于如使用其它方法出现的沉积在金属表面上的氧化物涂层，金属的这种转换提供氧化物涂层到金属的良好附着。

诸如孔隙率、硬度、颜色、传导性、抗磨损性、韧性、抗腐蚀性、厚度和对金属表面的附着之类的氧化物涂层的性质可以通过变化电化学处理的参数来变化。这样的参数包括电解质（例如温度和组成）、电势（例如脉冲或连续、直流或交流、频率、持续时间和电压）以及处理时间。

在一个示例中，氧化铝涂层的结果得到的颜色可以通过变化所施加的电压来变化。在另一示例中，可以向电解质添加有机酸以允许形成较厚的氧化物涂层。

另一电化学处理是阳极化（anodizing）。在阳极化中，使用降低的电压，使得在微弧氧化中观察到的破坏性放电不发生。作为结果，使用在阳极化中的电解溶液典型地为腐蚀性酸溶液，其起作用以形成穿过形成的氧化物涂层到金属表面的孔，从而允许氧化物涂层继续生长。

再次参照图4（b）以示出另一示例，其中金属氧化物的涂层110的表面上的附加涂层360可以包括膜涂层、电泳涂层和喷射涂层。

电泳涂层的附加涂层360在金属氧化物的表面的涂层110上的适用性取决于金属氧化物的厚度和电压电势。

图4（c）图示了在金属氧化物的涂层110与附加涂层360之间具有附加的合成纤维层240的图4（b）中的外壳100的示例。纤维层240通过压制成形而形成并且进一步增加外壳的机械强度。

图5是图示了制造电气设备外壳的示例方法的流程图。方法涉及通过金属互扩散过程来制造两个轻金属的复合物510以及处理外部轻金属的表面以形成涂层520。取决于涂层的所期望的性质，不同表面处理选项的示例包括膜转移、喷射涂敷、阳极化和微弧氧化可以被使用。

本领域技术人员将领会的是，可以对以上描述的实施例做出众多变化和/或修改，而不脱离于本公开的宽泛一般范围。本实施例因而要在所有方面被视为说明性而非限制性的。

Claims (15)

1.一种用于设备的外壳，包括

反应性轻金属的基底层；

具有比基底层更低的反应性的轻金属的中间层，其中所述中间层形成在基底层上；以及

形成在中间层上的涂层。

2.根据权利要求1的外壳，其中附加的合成纤维层形成在基底层与中间层之间。

3.根据权利要求1的外壳，其中附加的合成纤维层形成在中间层与涂层之间。

4.根据权利要求1的外壳，其中涂层是金属氧化物涂层并且附加涂层是形成在涂层上的电泳涂层、膜涂层和喷射涂层中的一个。

5.根据权利要求4的外壳，其中附加的合成纤维层形成在金属氧化物涂层与附加涂层之间。

6.根据权利要求1的外壳，其中基底层是镁锂合金，并且中间层是镁铝合金。

7.根据权利要求1的外壳，其中基底层是镁合金，并且中间层是铝或铝合金。

8.根据权利要求1的外壳，其中附加的合成纤维层形成在基底层上。

9.根据权利要求1的外壳，其中涂层是通过中间层的表面的电泳沉积形成的电泳涂层。

10.根据权利要求1的外壳，其中涂层是通过中间层的表面的阳极化处理所形成的金属氧化物涂层。

11.根据权利要求1的外壳，其中涂层是通过中间层的表面的微弧氧化处理所形成的金属氧化物涂层。

12.一种用于电气设备的外壳，包括

外部修整；

低挥发性的轻金属的中间层压；

具有比中间层压高的挥发性的轻金属的内部基础，

其中所述中间层压在内部基础与外部修整之间。

13.根据权利要求12的外壳，其中外部修整通过中间层压的表面上的膜转移来形成。

14.一种制造设备外壳的方法，所述方法包括

制造两个轻金属层的复合物，其中中间层具有比基底层低的反应性，以及

处理复合物的中间层的表面以形成复合物的中间层的表面上的涂层。

15.根据权利要求14的方法，其中处理表面包括喷射涂敷中间层的表面。