CN109790625A - 具有外部涂层的合金基底 - Google Patents

Abstract

描述了涉及涂覆合金基底的实例。例如，处理合金基底的表面以便用外部涂层涂覆该合金基底的技术包括提供压铸金属合金的合金基底，该合金基底的表面具有多个孔隙，并在该合金基底的表面上施加导电层。该导电表面由金属粒子与导电聚合物组成，并施加该导电层，以使金属粒子填充该合金基底的表面上的多个孔隙。随后，在该表面上进行氧化过程以便在该表面上形成氧化层。该氧化层提供了该表面与外部涂层的粘合。

Description

具有外部涂层的合金基底

发明背景

金属合金表现出多种特性，使它们适于由商业和工业材料到军事和医疗设备的不同应用。通常，金属合金所具有的性质类型由该金属合金的成分决定。金属合金所具有的性质又决定了金属合金在给定应用中的用途。

根据合金的组成和用于制造此类合金的工艺，可以在合金制造过程中定制金属合金的性质和特性。制造金属合金的过程通常是受控过程。监控合金的组成以及工艺参数以获得具有符合最终应用的特性的金属合金。

附图概述

参照附图提供详述。在该图中，附图标记最左边的数字标示首次出现该附图标记的附图。在附图通篇中用相同的数字来指示相同的特征与组件。

图1显示了根据本主题的实施方式的具有外部涂层沉积的压铸金属合金的截面图；

图2显示了根据本主题的实施方式处理合金基底表面以便沉积外部涂层的不同阶段；

图3显示了根据本主题的实施方式处理合金基底表面的一种示例性方法；和

图4显示了根据本主题的实施方式在合金基底上沉积外部涂层的一种示例性方法。

发明详述

通常，金属合金，如镁合金、钛合金和铝合金，具有高表面孔隙率，在它们表面上具有大量的孔隙和空腔。这些孔隙和空腔使该表面不平整、坚硬和对涂覆其它材料而言化学不稳定。这样大量的孔隙和空腔还可能降低施加的材料与金属合金表面的表面接触，并防止施加的材料与该表面充分粘合。

此外，金属合金的表面还是反应性的，并倾向于被大气气体氧化，以在该表面上形成不稳定的氧化物层。该不稳定的氧化物层降低了表面粘附外部涂层的稳定性，并使该表面对不同材料具有化学耐受性。

因此，为了克服此类问题，通常对金属合金的表面施以多种表面处理过程，随后沉积腻子和该外部涂层。但是，多种表面处理过程使得处理表面和施加外部涂层的整个过程复杂、耗费时间和资源。

根据本主题的实施方式，描述了有效处理合金基底表面的技术。该技术降低了金属合金表面的孔隙率和反应性，并使该表面对粘附外部涂层而言稳定。

在本主题的一种示例性实施方式中，接收压铸金属合金的合金基底。如要理解的那样，通过在压模或模具中浇铸或模塑熔融金属合金获得压铸金属合金，随后进行冷却和凝固以获得该合金基底。该合金基底的表面是多孔的，在表面上具有多个孔隙。随后，在该合金基底的表面上沉积导电层。该导电层沉积在该表面上以完全覆盖该表面。在一个实例中，该导电层可以通过喷涂技术沉积，或可以手工沉积。该导电层可以由金属粒子和导电聚合物组成。

在沉积该导电层后，对该表面施以机械加工过程，所述机械加工过程可以包括擦洗和抛光该表面。在机械加工过程中，可以除去过量的导电层材料，并通过使金属粒子填充孔隙使该表面光滑，由此降低该表面的孔隙率。在机械加工该金属合金后，基于氧化过程氧化该合金基底的表面，以便在该表面上形成氧化层。

由此形成的氧化层向该表面提供了稳定性以便粘附外部涂层，并使该表面与外部环境隔离以防止该表面直接暴露于环境并降低该表面的反应性和腐蚀。在氧化该表面后，在该合金基底的表面上沉积包括至少一个涂覆层的外部涂层。该外部涂层可以为该合金基底提供光滑和有光泽的外观。

由此，沉积导电层和进行氧化的所述技术有效地降低了该表面的孔隙率和反应性，并增强了施加的外部涂层与该表面的粘合。此外，该技术提供了处理表面并使表面对涂覆而言稳定的节约时间和资源的机制。

参照附图1至4进一步描述上述技术。应当指出，说明书和附图仅仅描述本主题的原理以及本文中所述的实施例，并且不应解释为限制本主题。由此要理解的是，可以设计各种布置，这些布置尽管并未在本文中明确描述或示出，但是体现了本主题的原理。此外，本文中列举本主题的原理、方面和实施例，以及其具体实例的所有陈述均意在涵盖其等同物。

图1显示了根据本主题的实施方式的具有外部涂层沉积的压铸金属合金100的截面图。该压铸金属合金100具有不含孔隙的均匀表面，并在根据本文中所述技术对合金基底102施以表面处理过程后获得。参照后续附图详细提供了表面处理过程的描述。

参照图1，该合金基底102由金属合金组成，例如镁合金、钛合金或铝合金。该合金基底102可以通过制造合金的技术制得，如使用压模模塑或压铸该金属合金，其中倾倒熔融的金属合金并随后使其冷却以采取压模的形状。在制造合金基底的过程中，可能出现各种缺陷，如气体和空气滞留，导致在合金基底102的表面上形成孔隙和空腔。

该压铸金属合金100具有沉积在该合金基底102上的导电层104。该导电层104由金属粒子与导电聚合物的单个或多个层组成。在一个实例中，该金属粒子包括铝粒子、镁粒子和钛粒子中的一种，该导电聚合物可以是polylactene、聚亚苯基亚乙烯基、聚亚噻吩基亚乙烯基、聚噻吩、聚-3-烷基噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚苯基、聚苯硫醚和聚呋喃，以及聚-3，4-亚乙二氧基噻吩聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT)中的一种。该导电层104通过使导电层104的金属粒子填充该合金基底102表面的孔隙和空腔来降低该表面的孔隙率。

在一个示例性实施方式中，该压铸金属合金100包括氧化层106。在一个实例中，该氧化层106是致密的陶瓷保护层，其为该表面提供了硬度和稳定性，以便与外部涂层粘合，并使该表面与外部环境隔离，由此降低了该表面的反应性。在一个实例中，该氧化层106可以是厚度为大约3-15微米(μm)的氧化镁(MgO)层。

此外，该压铸金属合金100包括沉积在氧化层106上的外部涂层108。该外部涂层108可以具有涂覆层，如具有涂覆在压铸金属合金100上的几个涂料层的涂料涂层，以便向该表面提供颜色和纹理。在一个实例中，该涂覆层可以是由金属粉末组成的金属涂层。此类金属涂层向该合金基底102的表面提供了金属光泽。此外，该外部涂层108使该合金基底102耐水、光滑和柔软，并赋予合金基底102抗菌、防污和防指纹的特性。包括具有此类特性的外部涂层的压铸金属合金100可用于电子设备中的应用，如制造膝上型电脑、笔记本电脑和智能手机的后盖和外壳。

已经结合图2的描述解释了处理该压铸金属合金100的表面以便沉积外部涂层108的各个阶段的细节。

图2显示了根据本主题的一个示例性实施方式处理金属合金的表面的各个阶段200，其通过各种装置实现。为了便于说明，已经参照合金基底202描述了表面处理过程和涂层沉积的各个阶段。在本说明书的上下文中，装置可以是设备、机器或者设备或机器的组合，用于在各阶段进行操作。在不同的阶段，不同的装置与该合金基底202相互作用，以便增加沉积在合金基底202表面上的不同层，以产生该压铸金属合金，如上述压铸金属合金100。

在一个示例性实施方式中，获得用于表面处理和外部涂层沉积的合金基底202。随后通过施加装置204对该合金基底202施加导电层206。在一个实例中，该施加装置204可以是用于在合金基底202的表面上喷涂导电材料以便在合金基底202上形成导电层206的一个喷涂设备或多个喷涂设备。在另一实例中，该导电层206可以手工沉积。在手工沉积中，将一定量的流体导电材料倾倒在合金基底202上以覆盖合金基底202的表面，并使用诸如塑料刀的铺展设备在该表面上铺展导电材料。该导电层206类似于前面描述的导电层104，并由金属粒子和导电聚合物组成。在一个实例中，该导电层206允许在该合金基底202的表面上形成陶瓷氧化物层。该陶瓷氧化物层由金属粒子组成，所述金属粒子填充在该合金基底202表面的孔隙和空腔中。

随后对具有导电层206的合金基底202施以机械加工过程，所述机械加工过程通过机械加工装置208来进行。该机械加工装置208可以包括用于从该表面上除去过量导电材料并擦洗或刷洗剩余导电材料以抛光该表面的机械加工工具和抛光设备。在一个实例中，通过在该导电层206的表面上旋转该抛光设备来进行抛光。该表面的抛光允许导电层206的金属粒子填充该表面的孔隙和空腔，以使该表面平滑，并降低该合金基底202的孔隙率。在完成机械加工过程后，获得机械加工的合金基底210。

在一个示例性实施方式中，通过氧化装置212在机械加工的合金基底210上进行氧化过程。在一个实例中，该氧化过程可以是微弧氧化(MAO)，该氧化装置212可以包括电极、含有电解质的容器、以及用于进行该合金基底202的MAO的换能器，并在机械加工的合金基底210的表面上形成氧化层214。在一个实例中，该MAO可以在大约10-45摄氏度(℃)的温度下在大约160-550伏特(V)的电压下进行大约2至10分钟的持续时间。

此外，在MAO过程中可以使用不同的化学品，例如作为电解质或用于氧化的水溶液。该化学品包括硅酸钠、金属磷酸盐、氟化钾、氢氧化钾或氢氧化钠、氟锆酸盐、六偏磷酸钠、氟化钠、草酸铁铵、磷酸盐、石墨粉末、二氧化硅粉末、氧化铝粉末、金属粉末和聚环氧乙烷烷基酚醚。该化学品可以与水一起使用，组成为大约0.05-15百分比(％)的量的水，pH值为大约8-13。该MAO提高了合金基底202的表面与施加在合金基底202上的外部涂层的粘附性，并防止表面剥离问题。

在进行氧化后，通过涂覆装置218在机械加工的合金基底210上施加外部涂层216。例如，涂覆装置218可以是用于在该合金基底202上喷涂外部涂层材料的涂料设备或喷涂设备。该外部涂层216可以包括至少一个涂覆层。该涂覆层可以是具有一个涂料层或多个涂料层的涂料涂层。在一个实例中，该涂料层可以具有不同的颜色和外观。在一个实例中，该涂料层包括紫外(UV)涂层或聚氨酯(PU)涂层的单个层，在另一实例中，该涂料层包括底涂层以及该UV涂层或PU涂层。

在另一示例性实施方式中，该外部涂层216的涂覆层可以包括金属涂层，如金属UV涂层或金属PU涂层。该金属涂层沉积在该表面上以便向该合金基底102提供金属光泽。在一个实例中，该金属UV涂层在大约50-55℃的温度下以600-1000毫焦耳(mj)UV曝光沉积大约10-12分钟。该金属UV涂层由珍珠、金属粉末、染料和彩色颜料组成。在另一实例中，该金属UV涂层可以由树脂组成，如聚氨酯、聚碳酸酯、聚氨酯-丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚丙烯酰醚醚酮(polyacryletheretherketone)、聚酯、含氟聚合物以及该树脂的混合物。该金属UV涂层的厚度为大约10-25μm。

该金属PU涂层可以由聚氨酯或聚氨酯-丙烯酸酯组成。在一个实例中，该金属PU涂层的厚度为大约5-20μm。在一个示例性实施方式中，该金属PU涂层可以以两个层沉积，底涂层(未在图中显示)和顶涂层(未在图中显示)。在一个实例中，该底涂层在大约80-150℃的温度下沉积大约20-40分钟的持续时间。该底涂层可以由硫酸钡、滑石、染料、金属粉末和彩色颜料组成。该底涂层还可以包含底涂层树脂如聚氨酯和丙烯酸-聚氨酯，并可以含有铝粒子以便具有金属光泽。随后，该顶涂层可以在大约80-140℃的温度下沉积大约20-40分钟。

在一个实例中，该外部涂层216的涂覆层可以包括在沉积金属UV涂层之前沉积在氧化层214上的底漆和粉末涂层(未在图中显示)。在一个实例中，可以沉积该底漆与该粉末涂层以提高该表面锋利边缘处的外部涂层的粘附性和耐久性。该底漆可以由树脂组成，如环氧树脂、丙烯酸-环氧混合树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和丙烯酸-聚氨酯。此外，该底漆还可以含有填料，其选自炭黑、二氧化钛、粘土、云母、滑石、硫酸钡、碳酸钙、合成颜料、金属粉末、氧化铝、CNT、石墨烯、石墨、有机和无机粉末。

该粉末涂层由高比例的填料组成，如滑石、粘土、石墨烯和高纵横比颜料。此外，该粉末涂层可以包含环氧树脂、聚(氯乙烯)、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚苯醚。可以对该底漆树脂施以大约80-160℃的温度大约20-40分钟。在一个实例中，该粉末涂层与该底漆可以含有填料，其选自炭黑、二氧化钛、粘土、云母、滑石、硫酸钡、碳酸钙、合成颜料、金属粉末、氧化铝、CNT、石墨烯、石墨、有机和无机粉末。

在通过涂覆装置218沉积该外部涂层216之后，接收具有基底合金202以及作为最顶层的外部涂层216的压铸金属合金220。所述技术提供了表面处理过程，包括沉积导电层和氧化层以降低该合金基底102的孔隙率和反应性。

图3和图4显示了用于处理合金基底的表面以便沉积外部涂层的方法300和400。描述方法300和400的顺序并非意在被解释为限制，并且可以以任意顺序组合任意数量的所述方法框来实施方法300和400，或替代方法。

图3显示了根据本主题的一种示例性实施方式处理合金基底表面的方法300。该合金基底的表面通常具有大量孔隙和空腔，这使得该表面不平整且对涂覆不同材料具有抗性。此外，该表面还与大气气体反应，并且对于将施加的外部涂层保持在表面上而言不稳定。因此，为了降低表面的孔隙率和反应性并使表面稳定以便粘附外部涂层，进行表面处理过程。该外部涂层可以是沉积在该合金基底上的涂料材料或金属涂层的单个层或多个层，以便向该合金基底提供光滑和有光泽的外观。

在方框302处，在该合金基底上施加导电层。该导电层由金属粒子和导电聚合物组成。施加该导电层以使得金属粒子填充该合金基底的表面上的多个孔隙。

随后在方框304处，对该合金基底施以氧化过程以便在该表面上形成氧化层。该氧化层提供了该表面与外部涂层的粘合。具有该外部涂层的合金基底102是压铸金属合金，如上述压铸金属合金100和220，其具有可用于各种应用(例如制造电子设备的外壳和后盖)的表面品质的特性。

图4显示了根据本主题的另一示例性实施方式处理合金基底的表面并沉积外部涂层的方法400。

在方框402处，接收合金基底。该合金基底是压铸金属合金，并具有多孔表面，其具有多个孔隙和空腔。如要理解的那样，该合金基底可以在压模或模具中模塑或压铸该金属合金之后获得，并且该孔隙和空腔可能是由于缺陷，如该金属合金的模塑或压铸过程中的气体和空气滞留。在方框404处，在该合金基底的表面上沉积导电层。该导电层由金属粒子与导电聚合物组成。

在一个实例中，该金属粒子可以是铝粒子、镁粒子和钛粒子中的一种，并且该导电聚合物可以是polylactene、聚亚苯基亚乙烯基、聚亚噻吩基亚乙烯基、聚噻吩、聚-3-烷基噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚苯基、聚苯硫醚和聚呋喃，以及聚-3，4-亚乙二氧基噻吩聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT)中的一种。在一个示例性实施方式中，该导电层104可以沉积在该合金基底102上。

在沉积该导电层之后，在方框406处，在该合金基底的表面施以机械加工过程，以便通过使金属粒子填充该合金基底的孔隙来平滑化该表面。因此，该机械加工过程降低了该合金基底102的表面的孔隙率。在一个实例中，该机械加工过程可以包括擦洗、刷洗或抛光该表面以便从该合金基底的表面上除去过量的导电材料。

随后，在方框408处。对该表面上进行氧化过程以氧化该表面，并在该表面上形成氧化层。该氧化层向该合金基底提供稳定性以粘附外部涂层，并降低该合金基底的反应性。该氧化层还向该合金基底提供硬度。在一个示例性实施方式中，该氧化过程是MAO过程，并且在该合金基底102的表面上形成该氧化层106。

在方框410处，在该合金基底的表面上沉积外部涂层。该外部涂层可以包括单个涂覆层或多个涂覆层。在一个实例中，该外部涂层可以是具有颜色和光滑纹理的涂料涂层。可以沉积该外部涂层以便向该合金基底提供有光泽的外观，以及抗菌、防指纹、防污和防水特性。

在另一示例性实施方式中，该外部涂层可以是由金属粉末、珍珠、染料和彩色颜料组成的金属涂层。在一个实例中，该金属涂层可以包括金属紫外(UV)涂层或金属PU(聚氨酯)涂层。该金属涂层向该合金基底102提供了金属光泽外观。涂有金属涂层的合金基底可以随后用于电子设备中的应用，如膝上型电脑、笔记本电脑或智能手机的后盖。

通过所述表面处理方法获得的压铸金属合金可以用于其中需要具有对外部涂层具有高粘附性的无孔表面的金属合金片材的各种目的。例如，该压铸金属合金可以用于制造电子设备，如膝上型电脑和智能手机的后盖。

因此，所述技术有效地降低了该金属合金的孔隙率和反应性，增强了外部涂层与该金属合金表面之间的粘合。此外，所述技术提供了处理金属合金表面的节约时间和资源的机制。

已经已经用结构特征和/或方法专用的语言描述了本主题的实施方式，要理解的是，本主题不一定限于所述的具体特征或方法。相反，在本主题的一些实施方式的背景下公开和解释了该具体特征和方法。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

接收合金基底，其中该合金基底是具有多孔表面的压铸金属合金；

在该合金基底的表面上沉积导电层，其中该导电层由金属粒子与导电聚合物组成；

对该合金基底的表面施以机械加工过程，以便通过使该金属粒子填充该表面上的孔隙来平滑化该表面；

在该表面上进行氧化过程以氧化该表面，并在该表面上形成氧化层；并且

在该合金基底上沉积外部涂层，该外部涂层包括至少一个涂覆层。

2.如权利要求1中所要求保护的方法，其中该金属合金包含镁合金、铝合金和钛合金中的至少一种。

3.如权利要求1中所要求保护的方法，其中该氧化过程是微弧氧化(MAO)。

4.如权利要求3中所要求保护的方法，其中该MAO在大约150-550伏特(V)的电压下进行。

5.如权利要求1中所要求保护的方法，其中该氧化层的厚度为大约3-15微米(μm)。

6.如权利要求1中所要求保护的方法，其中该导电聚合物包含polylactene、聚亚苯基亚乙烯基、聚亚噻吩基亚乙烯基、聚噻吩、聚-3-烷基噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚苯基、聚苯硫醚和聚呋喃，以及聚-3，4-亚乙二氧基噻吩聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT)中的至少一种。

7.如权利要求1中所要求保护的方法，其中该至少一个涂覆层包括金属涂层，该金属涂层包括金属粉末、珍珠、染料和彩色颜料中的至少一种的层。

8.如权利要求7中所要求保护的方法，其中该金属涂层包括金属紫外(UV)涂层和金属聚氨酯(PU)涂层中的一种。

9.一种方法，包括：

在合金基底的表面上施加导电层，该导电层由金属粒子与导电聚合物组成，其中该金属粒子填充该合金基底的表面上的多个孔隙；并且

对该合金基底施以氧化过程以便在该表面上形成氧化层，其中该氧化层提供了该表面与外部涂层的粘合。

10.如权利要求9中所要求保护的方法，其中该氧化过程是微弧氧化(MAO)。

11.如权利要求9中所要求保护的方法，进一步包括在该合金基底上施加外部涂层，其中该外部涂层包括至少一个涂覆层，该涂覆层包括涂料层和金属涂层中的至少一种。

12.一种压铸金属合金，包括：

合金基底，其中该合金基底的表面是多孔的；

在该合金基底上的导电层，该导电层包含金属粒子与导电聚合物，其中该金属粒子填充在该合金基底的表面的孔隙中以平滑化该表面；

在该导电层上的氧化层，基于氧化过程形成该氧化层；和

在该氧化层上的外部涂层，该外部涂层由至少一个涂覆层组成。

13.如权利要求12中所要求保护的压铸金属合金，其中该至少一个涂覆层包括金属涂层，该金属涂层包括金属紫外(UV)涂层和金属聚氨酯(PU)涂层中的一种。

14.如权利要求13中所要求保护的压铸金属合金，其中该金属涂层的厚度为大约10-25微米(μm)。

15.如权利要求12中所要求保护的压铸金属合金，其中该至少一个涂覆层包括底涂层，该底涂层包含硫酸钡、滑石、染料、金属粉末和彩色颜料中的至少一种。