用于通过金属络合物注入形成白色阳极化膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明描述的实施例涉及阳极化膜和用于形成阳极化膜的方法。更具体地，描述 了用于提供具有不透明白色外观的阳极化膜的方法。
【背景技术】
[0002] 阳极化是一种电化学工艺，其使得金属表面上自然形成的保护性氧化物变厚且变 坚韧。阳极化工艺涉及将金属表面的一部分转换成阳极膜。因此，阳极膜变成金属表面的一 体部分。由于其硬度的原因，阳极膜可为底层金属提供耐腐蚀性和表面硬度。此外，阳极膜 可增强金属表面的外表外观。阳极膜具有可被染料注入的多孔微结构。染料可添加从阳极 膜的顶表面观察到的特定颜色。例如，可在阳极膜的孔内注入有机染料以向阳极膜添加多 种颜色中的任一种。可通过调整染色工艺来选择颜色。例如，可控制染料的类型和数量以向 阳极膜提供特定颜色和暗度。
[0003] 然而，用于对阳极膜进行着色的常规方法一直未能获得具有清晰饱满的白色外观 的阳极膜。相反，常规技术获得的膜看起来是灰白色、浅灰色、奶白或略透明的白色。在一些 应用中，这些接近白色的阳极膜可能看起来颜色单调并在外观上不吸引人。
【发明内容】
[0004] 本文描述了涉及阳极膜或阳极化膜以及用于在衬底上形成阳极膜的方法的各种 实施例。实施例描述了用于制备视觉上不透明且颜色为白色的保护性阳极膜的方法。
[0005] 根据一个实施例，描述了一种用于提供对入射在暴露的第一表面上的几乎所有波 长的可见光进行反射的阳极膜的方法。阳极膜包括多个孔，所述孔被表征为具有平均孔径 并且各自在第一表面处具有开口。该方法包括通过第一表面处的开口将金属离子注入到阳 极孔中。金属离子被表征为具有小于平均孔径的平均离子直径，从而使注入的金属离子迀 移到与开口相对的孔末端。该方法还涉及将注入的金属离子转换成更大的金属氧化物颗 粒，该金属氧化物颗粒被表征为具有将金属氧化物颗粒包埋在孔中的尺寸。金属氧化物颗 粒提供光散射介质，该介质通过对入射在第一表面上的几乎所有波长的可见光进行漫反射 而形成白色外观。
[0006] 根据另一个实施例，描述了一种金属部件。该金属部件包括设置于金属部件的底 层金属表面上方的保护膜。该保护膜包括多孔阳极膜，该阳极膜具有与部件的顶表面对应 的顶表面。多孔阳极膜包括多个平行布置的孔，该孔具有与顶表面相邻的顶端和与该部件 的底层金属表面相邻的底端。孔的至少一部分具有注入其中的金属氧化物颗粒。金属氧化 物颗粒提供光散射介质，以用于对入射在顶表面上的几乎所有可见波长的光进行漫反射， 并赋予多孔阳极膜白色外观。
[0007] 根据另外一个实施例，描述了一种用于在部件上形成对入射在暴露的第一表面上 的几乎所有波长的可见光进行反射的保护层的方法。保护层包括多个孔，该孔被表征为具 有平均孔径并且各自在第一表面处具有开口。该方法包括利用电解工艺在孔的至少一部分 内驱动多个金属络合物离子。在电解工艺期间，底层金属表面充当电极，该电极朝向金属衬 底吸引金属络合物离子并将其吸引至与孔的开口相对的孔底端。该方法还涉及允许金属络 合物离子在孔内进行化学反应以形成金属氧化物颗粒。金属氧化物颗粒提供光散射介质， 该介质用于对入射在顶表面上的几乎所有可见波长的光进行漫反射，由此赋予保护层白色 外观。
【附图说明】
[0008] 参考以下描述以及附图可更好地理解所述实施例。此外，参考以下描述和附图可 更好地理解所述实施例的优点。
[0009] 图1A和图1B分别示出了利用传统阳极化技术形成的阳极化膜的一部分的透视图 和首U视图。
[0010]图2A-图2E示出了经历阳极化工艺以提供具有分支孔的阳极化膜的金属衬底的剖 视图。
[0011] 图3示出了指示用于提供具有分支孔的阳极化膜的阳极化工艺的流程图。
[0012] 图4A-图4E示出了经历阳极化工艺以提供具有注入金属氧化物颗粒的阳极化膜的 金属衬底的剖视图。
[0013] 图5示出了描述用于提供具有注入金属络合物的阳极化膜的阳极化工艺的流程 图。
[0014] 图6A和图6B示出了经历阳极化工艺以提供具有注入金属氧化物颗粒的分支孔结 构的阳极化膜的金属衬底的剖视图。
[0015] 图7示出了指示用于提供具有分支孔和注入金属络合物的阳极化膜的阳极化工艺 的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 以下公开描述了阳极膜和用于形成阳极膜的方法的各种实施例。在以下描述和附 图中阐述了特定细节，以提供对本发明技术的各种实施例的透彻理解。此外，在其他合适的 结构和环境中可组合本发明技术的各种特征、结构和/或特性。在其他情况下，在以下公开 中未详细示出或描述熟知的结构、材料、操作和/或系统，以避免不必要地使该技术的各种 实施例的描述难以理解。然而，本领域的普通技术人员将认识到，可无需本文阐述的一个或 多个细节，或利用其他结构、方法、部件等来实践本发明技术。
[0017] 本申请论述了外观为白色的阳极膜和用于形成此类阳极膜的方法。通常，白色是 对几乎所有可见波长的光进行漫反射的物体的颜色。本文描述的方法提供了阳极膜内的内 表面，该内表面可对通过阳极膜的外表面的基本上所有波长的可见光进行漫反射，从而赋 予阳极膜白色外观。该阳极膜可充当保护层，因为它能够为底层衬底提供耐腐蚀性和表面 硬度。白色阳极膜很适合向消费产品的可见部分提供保护性且美观的表面。例如，本文描述 的方法可用于为电子设备的金属外壳和壳体提供保护性且具有吸引力的外观部分。
[0018] 用于形成白色阳极膜的一种技术涉及一种光学方法，在该方法中，膜的多孔微结 构被修改以提供光散射介质。该技术涉及在阳极模内形成分支的或不规则布置的孔。该分 支孔系统可对来自衬底的顶表面的入射可见光进行散射或漫反射，从而给予阳极膜如从衬 底的顶表面观看到的白色外观。
[0019] 另一项技术涉及一种化学方法，在该方法中，在阳极膜的孔内注入金属络合物。金 属络合物是金属氧化物的离子形式，其是在电解质溶液中提供的。在向电解质溶液施加电 压时，可以向阳极膜的孔中汲取金属络合物。一旦处于孔中，金属络合物就可经历化学反应 以形成金属氧化物。在一些实施例中，金属氧化物的颜色为白色，由此赋予阳极膜白色外 观，该白色外观可从衬底的顶表面被观察到。
[0020] 如本文所用，术语阳极膜、阳极化膜、阳极层、阳极化层、氧化物膜和氧化物层可互 换使用，并且指任何适当的氧化物膜。阳极膜形成于金属衬底的金属表面上。金属衬底可包 括多个合适金属中的任一种金属。在一些实施例中，金属衬底包含纯铝或铝合金。在一些实 施例中，合适的铝合金包括1000、2000、5000、6000和7000系列铝合金。
[0021]图1A和图1B分别示出了利用传统阳极化技术形成的阳极化膜的一部分的透视图 和剖视图。图1A和图1B示出了具有设置于金属衬底104上方的阳极膜102的部件100。通常， 通过将金属衬底的顶部部分转换成氧化物来在金属衬底上生长阳极膜。因此，阳极膜变成 金属表面的一体部分。如图所示，阳极膜102具有多个孔106,它们是相对于衬底104的表面 基本垂直形成的细长开口。孔106均匀地形成于整个阳极膜102内并相对于彼此平行，并相 对于顶表面108和金属衬底104垂直。每个孔106都具有阳极膜102的顶表面108处的开口端 和邻近金属衬底104的封闭端。阳极膜102-般具有半透明的特性。也就是说，入射在顶表面 108上的大部分可见光能够穿透阳极膜102并由金属衬底104反射。因此，具有阳极膜102的 金属部件一般会具有略柔和的金属外观。
[0022] 形成分支孔结构
[0023] -种用于在衬底上提供白色阳极膜的方法涉及在阳极膜内形成分支孔结构。图 2A-图2E示出了经历阳极化工艺以提供具有分支孔的阳极膜的金属部件200的表面的剖视 图。在图2A处，将衬底202的顶部部分转换成阻隔层206。如此，阻隔层206的顶表面对应于部 件200的顶表面204。阻隔层206-般是薄型的较致密的具有均匀厚度的阻隔氧化物，该阻隔 氧化物是非多孔层，因为其基本没有孔，诸如部件100的孔106。在一些实施例中，形成阻隔 层206可涉及在包含中性至弱碱性溶液的电解质浴中对部件200进行阳极化。在一个实施例 中，使用包含单乙醇胺和硫酸的弱碱性浴。在一些实施例中，阻隔层206在顶表面204处具有 锯齿状部分208。与典型的多孔阳极膜的孔相比，锯齿状部分208的形状一般宽而浅。阻隔层 206通常生长至小于约1微米的厚度。
[0024] 在图2B处，在阻隔层206内形成分支结构210。在一些实施例中，锯齿状部分208可 方便形成分支结构210。类似于阳极化工艺，可通过利用弱酸浴使部件200暴露于电解工艺 而在阻隔层206内形成分支结构210。在一些实施例中，在形成分支结构210期间施加恒定电 压。表1提供了适于在阻隔层206内形成分支结构210的电解工艺条件范围。
[0025] 表 1
[0026]
[0027] 由于阻隔层206-般不导电且为致密的，因此在阻隔层206内形成分支结构210的 电解工艺与使用典型阳极化工艺形成孔相比一般较慢。该工艺期间的电流密度值一般较 低，因为电解工艺较慢。并非诸如图1A和图1B的孔106所示的长的平行孔，分支结构