一种金属件的表面处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属件的表面处理方法，按以下步骤进行：1)前处理：对金属件的表面进行抛光处理；2)镀膜：将经过步骤1)处理后的金属件放置于真空室内，采用真空镀膜方法在金属件表面上沉积一层金属薄膜；3)将镀好金属薄膜的金属件进行阳极氧化处理。采用本发明所述方法处理后的金属薄膜均匀并且附着力好,增强了产品表面镀层的耐磨性，且镀膜氧化后的色彩丰富，耐腐蚀性能好，提高了金属件的整体强度，且该工艺对环境无污染。
【专利说明】一种金属件的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属件的表面处理方法，属于离子溅射、氧化工艺领域，具体应用于手机、平板电脑金属外壳表面加工。
【背景技术】
[0002]目前，以金属材料制作的拥有漂亮和经久耐用的外观的电子产品，将受到众多消费者的青睐和追捧；但初期投资费用和不良率偏高、加工时间、金属强度、表面精细处理等问题阻碍了金属材料的外观件发展，而现有技术中以镁铝合金材料模内注塑后，外观喷涂或电镀处理为基础，使得产品的设计已达到极限，也逐渐失去竞争力。目前，手机市场的竞争点分析，主要集中于产品外形设计与尺寸大小的竞争，即使0.1mm也可以减少的话还想减少的这种趋势中，手机设计工程已达到了不能再减少产品厚度的水准。从最近发表的手机的设计概念来看，竞争在于画面被进一步扩大，而手机厚度向更薄，尺寸向更小发展，但是已达到物理极限。
[0003]现有技术在金属件(如手机外壳、平板电脑外壳体等)表面离子镀膜的工艺属于空白，原有技术只能用于金属件水电镀或塑胶件真空镀膜，其缺点是金属件水镀颜色单一；而塑胶件真空镀色彩丰富但壳体强度极低，不能满足手机尺寸变大后对壳体强度的要求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种金属件的表面处理方法，采用该方法处理后的金属薄膜均匀并且附着力好，增强了产品表面镀层的耐磨性，且镀膜氧化后的色彩丰富，耐腐蚀性能好，提高了金属件的整体强度，且该工艺对环境无污染。
[0005]实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]一种金属件的表面处理方法，其特征在于，按以下步骤进行:
[0007]I)前处理:对金属件的表面进行抛光处理；
[0008]2)镀膜:将经过步骤I)处理后的金属件放置于真空室内，采用真空镀膜方法在金属件表面上沉积一层金属薄膜；
[0009]3)将镀好金属薄膜的金属件进行阳极氧化处理。
[0010]作为优选，在步骤2)中，所述真空镀膜方法，按以下步骤进行:
[0011]2-1)抽真空:启动抽真空系统，控制真空室的真空度达到3X10_3Pa_5X10_3Pa ；
[0012]2-2)金属件预热:开启加热器将真空室内的金属件加热至70°C以上，使得金属件表面的金属原子结构发生改变，使得金属原子处于活跃状态；
[0013]2-3)向真空室内通入惰性气体，气压控制在0.5-2Pa之间；
[0014]2-4)采用如下两种方式中的任意一种释放金属离子:
[0015]a、在真空室内设置金属祀材,在金属祀材上施加大于200V的负电压,使得金属革巴材释放出金属离子；
[0016]b、在真空室内设置金属膜料，采用电子枪对着金属膜料射击，使得金属膜料释放出金属离子；电子枪的输出功率为4-30KW ；
[0017]2-5)金属离子被释放出的同时放出能量，发生辉光放电，产生等离子体；等离子体内的金属离子在电场的作用下向金属件加速，与金属件表面冲撞后，金属件上的金属离子被溅出来，使得等离子体内的金属离子替换掉金属件上被溅出的金属离子、并沉积于金属件表面上形成一层金属薄膜。
[0018]作为优选，所述金属件为铝材料，所述金属靶材为铝材料；镀膜工艺参数如下:真空度为3X10-3Pa-5X10_3Pa，金属件预热温度为70_150°C，施加于金属靶材上的负电压为200-1000V,沉积时间为50-120分钟，金属薄膜的厚度为50 μ m-80 μ m。
[0019]作为优选，所述金属件为铝材料，所述金属膜料为铝材料；镀膜工艺参数如下:真空度为3X10-3Pa-5X10_3Pa，金属件预热温度为70_150°C，施加于金属膜料的电子枪的输出功率为4-30KW，沉积时间为50-120分钟，金属薄膜的厚度为50 μ m-80 μ m。
[0020]作为优选，所述惰性气体为氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)中的任意一种。
[0021]作为优选，步骤3)所述的阳极氧化处理，按如下步骤进行:
[0022]3-1)碱洗:将镀好金属薄膜的金属件放入碱洗液中进行碱洗脱脂，清除表面有机油脂和无机碳化物；其中，碱洗液包括:60-80g/L氢氧化钠和20g/L表面活性剂；温度为50-70摄氏度，时间为1-2分钟；
[0023]3-2)水洗:将碱洗后的金属件进行水洗处理；最好先用80-100°C的热水进行冲洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。
[0024]3-3)酸洗:将水洗后的金属件放入酸洗液中进行碱洗；其中，酸洗液包括:浓度为15-25%的硫酸，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟。酸洗本身的作用是腐蚀、溶解金属表层、与表面疏松的氧化物发生还原反应，同时它还具有强脱脂和酸碱中和作用。
[0025]3-4)将酸洗后的金属件放入溶剂进行化学浸蚀，其中，溶剂为浓度为15-20%的硫酸、浓度为75-85%的磷酸、浓度为15-20%的硝酸中的任意一种，温度为100-130摄氏度，时间为5-10分钟；利用化学浸蚀的作用，使产品达到整平、光亮的效果。
[0026]3-5)将化学浸蚀后的金属件放入250_350ml/L的硝酸中进行硝酸出光，清除表面的氧化皮或不溶物，使表面露出结晶层；其中，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟；
[0027]3-6)将硝酸出光后金属件放入20_30g/L的硝酸中进行阳极氧化处理，具体工艺参数:温度为20-30摄氏度，电压为12-24V，电流为0.8-2.5A/dm2，时间为30-50分钟；
[0028]作为优选，步骤3)还包括步骤3-7):将经过阳极氧化处理后的金属件浸入染料溶液中进行染色。
[0029]由于阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成，每个晶胞中心有一个膜孔，并具有极强的吸附力，当氧化过的铝制品浸入染料溶液中，染料原子通过扩散作用进入氧化膜的膜孔中，同时与氧化膜形成难以分离的共价键和离子键。这种键结合是可逆的，在一定条件下会发生解吸附作用。因此，染色之后，金属件表面会形成凹凸不平的平面，必须经过封孔处理(解决凹凸不平的问题)，将染料固定在膜孔中，同时增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能。
[0030]作为优选，步骤3)还包括步骤3-8):将染色后的金属件进行水洗，以除去附在铝制品表面的浮色。因为溅镀后的金属件侵泡在溶液中，金属膜层在氧化时由于不同的电流及电压作用，导致氧化后的颜色会不一样，因此，在染色之后，要将金属件进行水洗，以除去附在金属件表面的浮色。
[0031]本发明的有益效果在于:
[0032]本发明首先采用真空镀膜方法在金属件表面上形成一层金属薄膜，具体来说，是通过金属靶材或金属膜料释放出金属离子，属离子被释放出的同时放出能量，发生辉光放电，产生等离子体；等离子体内的金属离子在电场的作用下向金属件加速，与金属件表面冲撞后，金属件上的金属离子被溅出来，使得等离子体内的金属离子替换掉金属件上被溅出的金属离子、并沉积于金属件表面上形成一层金属薄膜。也就是说，本发明是将金属靶材或金属膜料释放出金属离子替换掉金属件上被溅出的金属离子，而传统镀膜工艺仅仅是将金属靶材或金属膜料沉积于塑料件上。因此，本发明所述方法得到的金属薄膜均匀并且附着力好，增强了产品表面电镀层的耐磨性；其次，本发明将镀好金属薄膜的金属件进行阳极氧化处理，使得镀膜氧化后的色彩丰富，耐腐蚀性能好，提高了金属件的整体强度，且该工艺对环境无污染。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例对本发明做具体说明
[0034]实施例1:
[0035]一种金属件的表面处理方法，按以下步骤进行:
[0036]I)前处理:对金属件的表面进行抛光处理；所述金属件采用铝材料制作而成。
[0037]2)镀膜:将经过步骤I)处理后的金属件放置于真空室内，采用真空镀膜方法在金属件表面上沉积一层金属薄膜；
[0038]3)将镀好金属薄膜的金属件进行阳极氧化处理。
[0039]在步骤2)中，所述真空镀膜方法，按以下步骤进行:
[0040]2-1)抽真空:启动抽真空系统，控制真空室的真空度达到3X 10_3Pa ；
[0041]2-2)金属件预热:开启加热器将真空室内的金属件加热至70°C，使得金属件表面的金属原子结构发生改变，使得金属原子处于活跃状态；
[0042]2-3)向真空室内通入惰性气体，气压控制在0.5_2Pa之间；所述惰性气体为氩(Ar)；
[0043]2-4)采用如下方式释放金属离子:
[0044]a、在真空室内设置金属靶材，在金属靶材上施加200V的负电压，使得金属靶材释放出金属离子；所述金属靶材采用铝材料制作而成。
[0045]2-5)释放出金属离子被激发，同时放出能量，发生辉光放电，产生等离子体；等离子体内的金属离子向金属件加速，与金属件表面冲撞后，金属件上的金属离子被溅出来，使得等离子体内的金属离子替换掉金属件上的金属离子、并沉积于金属件表面上形成一层金属薄膜。
[0046]由于形成薄膜的厚度与镀膜的沉积时间有关，控制沉积时间为:50分钟，得到的所述金属薄膜的厚度为50 μ m。
[0047]步骤3)所述的阳极氧化处理，按如下步骤进行:
[0048]3-1)碱洗:将镀好金属薄膜的金属件放入碱洗液中进行碱洗脱脂，清除表面有机油脂和无机碳化物；其中，碱洗液包括:60-80g/L氢氧化钠和20g/L表面活性剂；温度为50-70摄氏度，时间为1-2分钟；
[0049]3-2)水洗:将碱洗后的金属件进行水洗处理；最好先用80-100°C的热水进行冲洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。
[0050]3-3)酸洗:将水洗后的金属件放入酸洗液中进行碱洗；其中，酸洗液包括:浓度为15-25%的硫酸，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟。酸洗本身的作用是腐蚀、溶解金属表层、与表面疏松的氧化物发生还原反应，同时它还具有强脱脂和酸碱中和作用。
[0051]3-4)将酸洗后的金属件放入溶剂进行化学浸蚀，其中，溶剂为浓度为15-20%的硫酸、浓度为75-85%的磷酸、浓度为15-20%的硝酸中的任意一种，温度为100-130摄氏度，时间为5-10分钟；利用化学浸蚀的作用，使产品达到整平、光亮的效果。
[0052]3-5)将化学浸蚀后的金属件放入250_350ml/L的硝酸中进行硝酸出光，清除表面的氧化皮或不溶物，使表面露出结晶层；其中，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟；
[0053]3-6)将硝酸出光后金属件放入20_30g/L的硝酸中进行阳极氧化处理，具体工艺参数:温度为20-30摄氏度，电压为12-24V，电流为0.8-2.5A/dm2，时间为30-50分钟；
[0054]3-7):将经过阳极氧化处理后的金属件浸入染料溶液中进行染色。由于阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成，每个晶胞中心有一个膜孔，并具有极强的吸附力，当氧化过的铝制品浸入染料溶液中，染料原子通过扩散作用进入氧化膜的膜孔中，同时与氧化膜形成难以分离的共价键和离子键。这种键结合是可逆的，在一定条件下会发生解吸附作用。因此，染色之后，金属件表面会形成凹凸不平的平面，必须经过封孔处理(解决凹凸不平的问题)，将染料固定在膜孔中，同进增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能。
[0055]3-8):将染色后的金属件进行水洗，以除去附在铝制品表面的浮色。因为溅镀后的金属件侵泡在溶液中，金属膜层在氧化时由于不同的电流及电压作用，导致氧化后的颜色会不一样，因此，在染色之后，要将金属件进行水洗，以除去附在金属件表面的浮色。
[0056]实施例2:
[0057]本实施例的特点是:在步骤2)中，真空镀膜工艺参数如下:真空度为3.5 X 10?,金属件预热温度为100°c,施加于金属祀材上的负电压为600V,沉积时间为80分钟，金属薄膜的厚度为60 μ m。
[0058]其他与实施例1相同。
[0059]实施例3:
[0060]本实施例的特点是:在步骤2)中，所述真空镀膜方法，按以下步骤进行:
[0061]2-1)抽真空:启动抽真空系统，控制真空室的真空度达到4X10_3Pa ；
[0062]2-2)金属件预热:开启加热器将真空室内的金属件加热至120°C，使得金属件表面的金属原子结构发生改变，使得金属原子处于活跃状态；
[0063]2-3)向真空室内通入惰性气体，气压控制在0.5_2Pa之间；所述惰性气体为氩(Ar)；
[0064]2-4)采用如下方式释放金属离子:
[0065]a、在真空室内设置金属膜料，采用电子枪对着金属膜料射击，使得金属膜料释放出金属离子；电子枪的输出功率为20KW。
[0066]2-5)释放出金属离子被激发，同时放出能量，发生辉光放电，产生等离子体；等离子体内的金属离子向金属件加速，与金属件表面冲撞后，金属件上的金属离子被溅出来，使得等离子体内的金属离子替换掉金属件上的金属离子、并沉积于金属件表面上形成一层金属薄膜。
[0067]由于形成薄膜的厚度与镀膜的沉积时间有关，控制沉积时间为:100分钟，得到的所述金属薄膜的厚度为70 μ m。
[0068]其他与实施例1相同。
[0069]实施例4:
[0070]本实施例的特点是:在步骤2)中，真空镀膜工艺参数如下:真空度为5X10_3Pa，金属件预热温度为150°C，施加于金属膜料的电子枪的输出功率为30KW，沉积时间为120分钟，金属薄膜的厚度为80 μ m。
[0071]其他与实施例3相同。
[0072]对比例1-2:
[0073]将本发明实施例1-4所述方法得到的金属件与采用常规水电镀制得的金属件(对比例I)、采用常规真空镀膜制得的塑料件(对比例2)进行比较，具体情况参见表1。
[0074]表1性能检测对比
[0075]
【权利要求】
1.一种金属件的表面处理方法，其特征在于，按以下步骤进行: 1)前处理:对金属件的表面进行抛光处理； 2)镀膜:将经过步骤I)处理后的金属件放置于真空室内，采用真空镀膜方法在金属件表面上沉积一层金属薄膜； 3)将镀好金属薄膜的金属件进行阳极氧化处理。
2.根据权利要求1所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述真空镀膜方法，按以下步骤进行: 2-1)抽真空:启动抽真空系统，控制真空室的真空度达到3X10_3Pa-5X10_3Pa ； 2-2)金属件预热:开启加热器将真空室内的金属件加热至70°C以上，使得金属件表面的金属原子结构发生改变，使得金属原子处于活跃状态； 2-3)向真空室内通入惰性气体，气压控制在0.5-2Pa之间； 2-4)采用如下两种方式中的任意一种释放金属离子: a、在真空室内设置金属靶材，在金属靶材上施加大于200V的负电压，使得金属靶材释放出金属离子； b、在真空室内设置金属膜料，采用电子枪对着金属膜料射击，使得金属膜料释放出金属离子；电子枪的输 出功率为4-30KW ； 2-5)金属离子被释放出的同时放出能量，发生辉光放电，产生等离子体；等离子体内的金属离子在电场的作用下向金属件加速，与金属件表面冲撞后，金属件上的金属离子被溅出来，使得等离子体内的金属离子替换掉金属件上被溅出的金属离子、并沉积于金属件表面上形成一层金属薄膜。
3.根据权利要求2所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述金属件为铝材料，所述金属靶材为铝材料；镀膜工艺参数如下:真空度为3X10_3Pa-5X10_3Pa，金属件预热温度为70_150°C，施加于金属靶材上的负电压为200-1000V,沉积时间为50-120分钟，金属薄膜的厚度为50 μ m-80 μ m。
4.根据权利要求2所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述金属件为铝材料，所述金属膜料为铝材料；镀膜工艺参数如下:真空度为3X10-3Pa-5X10_3Pa，金属件预热温度为70_150°C，施加于金属膜料的电子枪的输出功率为4-30KW，沉积时间为50-120分钟，金属薄膜的厚度为50 μ m-80 μ m。
5.根据权利要求2所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述惰性气体为氦、氖、氩、氪、氙中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，步骤3)所述的阳极氧化处理，按如下步骤进行: 3-1)碱洗:将镀好金属薄膜的金属件放入碱洗液中进行碱洗脱脂，清除表面有机油脂和无机碳化物；其中，碱洗液包括:60-80g/L氢氧化钠和20g/L表面活性剂；温度为50-70摄氏度，时间为1-2分钟； 3-2)水洗:将碱洗后的金属件进行水洗处理； 3-3)酸洗:将水洗后的金属件放入酸洗液中进行碱洗；其中，酸洗液包括:浓度为15-25%的硫酸，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟； 3-4)将酸洗后的金属件放入溶剂进行化学浸蚀，其中，溶剂为浓度为15-20%的硫酸、浓度为75-85%的磷酸、浓度为15-20%的硝酸中的任意一种，温度为100-130摄氏度，时间为5-10分钟； 3-5)将化学浸蚀后的金属件放入250-350ml/L的硝酸中进行硝酸出光，清除表面的氧化皮或不溶物，使表面露出结晶层；其中，温度为20-30摄氏度，时间为1-2分钟； 3-6)将硝酸出光后金属件放入20-30g/L的硝酸中进行阳极氧化处理，具体工艺参数:温度为20-30摄氏度，电压为12-24V，电流为0.8-2.5A/dm2，时间为30-50分钟。
7.根据权利要求1所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，步骤3)还包括步骤3-7):将经过阳极氧化处理后的金属件浸入染料溶液中进行染色。
8.根据权利要求1所述的金属件的表面处理方法，其特征在于，步骤3)还包括步骤3-8):将染色后的金 属件进行水洗，以除去附在金属件表面的浮色。
【文档编号】C23F17/00GK104073855SQ201410298703
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】章继波 申请人:深圳惠科精密工业有限公司, 章继波