金屬表面圖案化的方法及其結構的製作方法

2023-07-19 12:52:06 1

專利名稱：金屬表面圖案化的方法及其結構的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種金屬表面圖案化的方法及其結構，且特別是有關於一種單次 陽極氧化處理金屬表面的方法。
背景技術：
一般而言，電子裝置大多以塑料為基本材質，但對於現今消費者而言，除了實用性 與功能性的要求之外，電子裝置也逐漸開始講究金屬質感。較昂貴的電子產品逐漸以金屬 機殼為主流。使用金屬材料具備下列優點電磁遮蔽效果佳，散熱性良好，兼顧剛性佳，耐衝 擊等，強度保護作用及可回收利用的環保特性。為了改變金屬機殼表面性質，例如賦予金屬外觀多彩多樣化且保留金屬外觀質 感，並可防鏽或防止磨耗等。金屬機殼的表面處理技術逐漸備受重視。在金屬機殼的表面處 理技術中，是以電鍍、化學鍍或是其它塗裝方式在金屬機殼上形成功能性金屬層，或在金屬 機殼表面製作出各種不同層次的花紋圖案或文字來增加產品的價值感。一般常見的方法， 例如在金屬機殼表面先進行陽極氧化處理，接著印刷上所需圖案後，再塗上保護層(如UV 層)，或者可經過多色(次)陽極搭配其它製程，例如蝕刻等製程。但印刷圖案再塗上保護 層的方式卻無法保留金屬表面質感及光澤且其表面耐磨度不高。而多色(次)陽極需搭配 其它製程經多次加工步驟，才能達到金屬機殼表面多彩化的效果，造成製程時間長、製程繁 瑣及設備成本高的問題。因此，一種可賦予金屬外觀多彩多樣化且具有金屬外觀質感、防鏽 或防止磨耗，並可降低製程時間及成本的方法為目前所需。

發明內容
因此，本發明主要目的之一在於提供一種金屬表面圖案化結構的方法及其結構， 其經由陽極氧化處理製程而形成一陽極氧化處理層，並直接在金屬基材上形成圖案，可解 決前述對製程時間長、製程繁瑣及設備成本高的問題。本發明提供一種金屬表面圖案化的方法，其包含以一化學或物理處理清洗一金屬 基材，再對金屬基材進行一拋光處理。接著，對金屬基材進行一陽極氧化處理以形成一多孔 氧化膜於金屬基材表面，其中多孔氧化膜具有多個孔洞。再提供一圖案層以印刷方式讓油 墨粒子吸附於多孔氧化膜的孔洞中，最後經由封孔處理形成一連續覆蓋於多孔氧化膜表面 的封孔層。根據本發明的一實施例，還包含在該圖案層印刷前，先進行一單次陽極染色處理， 以在該多孔氧化膜表面及其孔洞中形成一底色層。根據本發明的一實施例，上述圖案層由 10納米(nm) 300納米(nm)的油墨粒子所組成，而上述多孔氧化膜具有多個孔洞，這些孔 洞的孔徑分別介於20納米(nm) 400納米(nm)之間。根據本發明的又一實施例，每一個油墨粒子的粒徑實質相同，且每一個孔洞的孔 徑實質相同。本發明還提供一種金屬表面圖案化的結構，其包含一金屬基材、一多孔氧化膜、一底色層1一圖案層以及一封孔層。多孔氧化膜形成於金屬基材的表面，並具有多個孔徑的多個孔洞。底色層，形成於多孔氧化膜的表面及孔洞中。圖案層，由具有多個粒徑的多個油墨粒子所組成，圖案層以印刷方式形成於多孔氧化膜的孔洞中，且覆蓋孔洞中的底色層。封孔層形成於多孔氧化膜的上方，通過連續覆蓋方式，將油墨粒子封閉在孔洞中。[ooog] 本發明的金屬表面圖案化結構，直接將圖案層形成於多孔氧化膜中，不受限於設備條件且縮短了製程的工作時間，有效的降低了生產成本。此外，本發明的金屬表面圖案化結構可具有多樣化及多彩化的圖案層，同時陽極氧化處理層可提高金屬表面圖案化結構的金屬質感以及具有耐磨的特性。


為讓本發明的上述和其它目的1特徵1優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下
圖lA是繪示依照本發明一實施例的形成金屬表面圖案化結構的步驟流程 圖lB是繪示依照本發明另一實施例的形成金屬表面圖案化結構的步驟流程 圖2A一2D是繪示依照本發明一實施例的形成金屬表面圖案化結構的示意 圖3是繪示依照本發明另一實施例的形成金屬表面圖案化結構的示意圖。
[主要組件符號說明]
Slol—S11l步驟110金屬基材
lOO金屬表面圖案化結構120圖案層
11l底色層130陽極氧化處理層
132多孔氧化膜133孔洞
134封孔層具體實施方式
為讓本發明的上述和其它目的1特徵1優點與實施例能更明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值得注意的是，這些實施例只是用以說明本發明的實施方式，而非用以限定本發明。
圖lA是根據本發明一實施例的金屬表面圖案化方法的步驟流程圖。首先，步驟Slol是提供一金屬基材，所述的金屬基材為鋁或鋁合金。然而，適用於上述金屬基材的材料可為其它金屬材料，例如鎂1鈦或鈦鎂合金。
接著，步驟S103是以一化學或物理處理清洗金屬基材，上述的化學處理包含使用一中性或鹼性化學溶液，例如以丙酮(aCet。ne)清洗金屬基材表面。在一實施例中，還包含化學脫脂處理，例如使用酸性脫脂劑(例如硫酸或氫氟酸)將金屬基材浸泡於酸性脫脂劑中，以去除金屬基材表面的油汙或粉垢。當然，在其它實施例中亦可改用鹼性脫脂劑，例如矽酸鈉1磷酸納1碳酸鈉。上述的物理處理包含使用一超音波清洗處理。
在又一實施例中，還包含在化學或物理清洗前，根據金屬基材表面的均勻程度，預先進行一表面機械處理，例如拉髮絲紋1噴砂或機械拋光等，藉以去除金屬基材的毛邊1贅料或不良表面。機械拋光主要是採用拋光機械配合特製的臘進行加工處理，結合機械作用與化學反應的加工過程，也就是包含了物理性機械作用的磨耗行為和拋光液在拋光墊與工件上產生腐蝕與表面生成物等化學反應。在一實施例中，所述的拋光液為酸性或中性溶液。步驟S105是對金屬基材進行一拋光處理，以使金屬基材表面具有一較光滑的表 面。上述拋光處理一般可採化學拋光法或電化學拋光法。化學拋光法是通過拋光液和加工 件表面產生化學作用而移除材料。電化學拋光法是通過電能和化學能的作用來移除表面材 料，主要是利用電解作用來移除金屬基材表面的材料。步驟S107是對金屬基材進行一陽 極氧化處理以形成一多孔氧化膜於金屬基材表面。由於一般圖案的形成均是使油墨粒子 附著於基材表面，故須使油墨粒子乾燥後，再於基材表面形成一保護層，以延長圖案使用壽 命。然而，有時因基材表面凹凸不平，而使油墨粒子無法均勻附著時，例如部分區域不易 附著而流動至其它區域，造成仍有部分油墨尚未乾燥，以致於在形成保護層後有油墨暈染 的現象。因此，經由對金屬基材進行一陽極氧化處理後可形成一表面均勻的多孔氧化膜，借 以讓油墨粒子能均勻附著於多孔氧化膜的孔洞中。請參考圖1B，在一實施例中，還包含在 金屬基材進行陽極氧化處理後，接著步驟S108進行一單次陽極染色處理，通過單次陽極染 色處理，可將例如有機或無機水溶性染料形成在多孔氧化膜上，以在多孔氧化膜表面及孔 洞中形成一底色層。在又一實施例中，上述的陽極氧化處理是使用硫酸電解液，其濃度範圍 為160g/l 250g/l，而用以進行陽極氧化處理的電壓範圍介於IOV 150V之間，電流密 度範圍介於ΙΑ/dm2 20A/dm2，處理時間在低溫(例如約_5°C 14°C )至常溫下(例如約 15°C 25°C )，進行約10 60分鐘。在又一實施例中，上述的陽極氧化處理是使用鉻酸電 解液，其包含3% 10%的鉻酸，而用以進行陽極氧化處理的電壓範圍介於40V 50V，電 流密度範圍介於ΙΑ/dm2 3A/dm2，處理時間在25°C 40°C下，進行處理約30 50分鐘。 在又一實施例中，上述的陽極氧化處理是使用草酸電解液，其包含3% 5%的草酸，而用 以進行陽極氧化處理的電壓範圍介於15V 60V，電流密度範圍介於ΙΑ/dm2 6A/dm2，處 理時間在15°C 35°C下，進行處理約10 60分鐘。在又一實施例中，上述的陽極氧化處 理是使用磷酸電解液，其包含10% 30%的磷酸，而用以進行陽極氧化處理的電壓範圍介 於IOV 20V，電流密度範圍介於ΙΑ/dm2 3A/dm2，處理時間在15°C 30°C下，進行處理約 10 30分鐘。經上述陽極氧化處理後，鋁材表面會形成氧化皮膜，此氧化皮膜會完整且緊 密的包覆鋁材，對鋁材有保護及裝飾的功能。步驟S109是提供一圖案層以印刷方式讓油墨粒子吸附於多孔氧化膜的孔洞中， 上述的圖案層由多個油墨粒子所組成；而多孔氧化膜包含了多個孔洞。在一實施例中圖案 層具有多個粒徑介於10納米(nm)至300納米(nm)之間的多個油墨粒子；而多孔氧化膜具 有多個孔徑介於20納米(nm)至400納米(nm)之間的多個孔洞，每一個孔洞的孔徑大於油 墨粒子的粒徑，且每一個孔洞可吸附至少一個油墨粒子。當油墨粒子的粒徑越小時，圖案層 的圖案色彩細緻度越高；當孔洞更密集且孔徑更小時，則可進一步提高油墨與多孔氧化膜 之間的吸附力。在又一實施例中，每一個油墨粒子的粒徑可實質相同，且每一個孔洞的孔徑 可實質相同。由於油墨可以多色混合成不同粒徑的油墨粒子；也可以單色形成實質相同粒 徑的油墨粒子。因此，製程中可通過調整多個粒徑介於10納米(nm)至300納米(nm)之間 的多個油墨粒子，來使圖案層顏色顯示為彩色；也可使用實質相同粒徑的多個油墨粒子，來 使圖案層顏色顯示為單色。因此，利用上述方法可大為改善油墨暈染的現象，增加油墨粒子 的吸附力，提高圖案的色彩選擇度及細膩度以及產品的合格率。此外，可進一步減少金屬基 材表面處理的製程時間及成本。上述的圖案層的印刷方式包含了平版印刷、網版印刷、水轉
6印、熱轉印以及噴墨等方式。在一實施例中較佳是以熱轉印或水轉印方式作業；熱轉印就是 將圖案層印刷到一中間膜上，再配合專用的轉印設備，通過加熱、加壓，以燙印的方式轉印 到金屬基材的表面，使得圖案層中的油墨粒子吸附於多孔氧化膜表面的孔洞中；而水轉印 適合應用於對定位性要求不高的圖紋裝飾，主要是將特殊處理的高分子薄膜印上油墨後放 於轉印機，利用水壓原理，將色彩紋路均勻的轉印於工件表面，使得圖案層吸附於多孔氧化 膜表面的孔洞中。由於轉印作業是一次作業，故可縮短印刷圖案的次數，減少印刷錯誤造成 的材料損失。最後，步驟Slll是進行一封孔處理以形成一連續覆蓋於多孔氧化膜表面的保護 層。藉以保護多孔氧化膜孔洞中的油墨粒子不會受外力作用而有刮除或產生暈染情形。在一些實施例中，上述的封孔處理是為了使著色後的氧化皮膜收縮封閉，形成致 密結構，以保持色澤以及提高其耐蝕、耐磨、耐曬等方面的性能。封孔處理包含了金屬鹽封 孔處理、有機物封孔處理或塗裝封孔處理，例如高溫80 100度的醋酸鎳封孔。在一些實施例中，可在上述封孔處理之後，形成一保護層於金屬基材以延長多孔 氧化膜的使用壽命，如噴塗抗紫外線UV膠或噴塗精油聚氨酯漆。圖2A至2D是繪示金屬表面圖案化結構的一實施例。圖2A是提供一金屬基材110， 接著，如圖2B所示，對金屬基材110進行一陽極氧化處理以形成一多孔氧化膜132於金屬 基材110表面，使得金屬基材110表面被表面具有許多緻密孔洞的多孔氧化膜132所包覆。 接著，再使一圖案層120吸附於多孔氧化膜132內，也就是多孔氧化膜132的緻密孔洞133 中(請參照圖2C)。最後進行一封孔處理以形成一連續覆蓋於多孔氧化膜132表面的封孔 層134，如圖2D。圖3是繪示金屬表面圖案化結構的又一實施例。提供一金屬基材110，接著，對金 屬基材110進行一陽極氧化處理，以形成一多孔氧化膜132於金屬基材110表面。再對金 屬基材110表面上之多孔氧化膜132進行一單次陽極染色處理，使單色染料在多孔氧化膜 132表面及其緻密孔洞133中形成一底色層111，再使一圖案層120吸附於多孔氧化膜132 的緻密孔洞133中。最後進行一封孔處理以形成一連續覆蓋於多孔氧化膜132表面的封孔 層 1340由上述本發明實施例可知，應用本發明的金屬表面圖案化結構的方法可縮短金屬 表面圖案化的處理流程工時，並有效降低生產成本。此外，將圖案層形成於陽極氧化處理層 的氧化膜孔洞中，不僅使圖案層易於吸附於孔洞中，更使圖案層可更緊密的吸附於陽極氧 化處理層中，且保留了金屬表面的質感與光澤。此外，本發明的金屬表面圖案化結構除具有 多樣化及多彩化的圖案層並保留金屬表面的金屬質感外，更可選擇在金屬表面形成單一色 彩，而增加圖案層搭配時的變化性，同時陽極氧化處理層可提高金屬表面圖案化結構的表 面硬度以具有耐磨的特性。雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術 的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範 圍當視權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，其包含 提供一金屬基材；以一化學或物理處理清洗該金屬基材； 對該金屬基材表面進行一拋光處理；對該金屬基材進行一陽極氧化處理以形成一多孔氧化膜於該金屬基材表面，其中該多 孔氧化膜具有多個孔徑的多個孔洞，該些孔徑分別介於20納米至400納米之間；使一圖案層吸附於該多孔氧化膜中，其中該圖案層由分別具有多個粒徑的多個油墨粒 子所組成，以印刷方式使該圖案層中的該些油墨粒子吸附於該多孔氧化膜的該些孔洞中， 該些油墨粒子的粒徑分別介於10納米 300納米之間；以及進行一封孔處理以形成一連續覆蓋於該多孔氧化膜表面的封孔層。
2.根據權利要求1所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，該些油墨粒子的該些 粒徑小於該些孔洞的該些孔徑，且該些油墨粒子吸附於該些孔洞中。
3.根據權利要求2所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，該些油墨粒子的該些 粒徑相同，且該些孔洞的該些孔徑相同。
4.根據權利要求3所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，該些孔洞的至少一個 吸附有該些油墨粒子的至少一個。
5.根據權利要求1所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，還包含在該封孔處理 後形成一保護層。
6.根據權利要求1所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，該保護層為一抗紫外線層或一聚氨酯層。
7.根據權利要求6所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，該抗紫外線層包含紫 外線漆以及紫外線硬化塗料。
8.根據權利要求1所述的金屬表面圖案化的方法，其特徵在於，還包含在該圖案層印 刷前，先進行一單次陽極染色處理，以在該多孔氧化膜表面及其孔洞中形成一底色層。
9.一種金屬表面圖案化的結構，其特徵在於，其包含 一金屬基材；一多孔氧化膜，具有多個孔徑的多個孔洞，該多孔氧化膜形成於該金屬基材的一表一底色層，形成於該多孔氧化膜的表面及該些孔洞中；一圖案層，由具有多個粒徑的多個油墨粒子所組成，該圖案層以印刷方式形成於該多 孔氧化膜的該些孔洞中，且覆蓋該些孔洞中的該底色層；以及一封孔層，形成於該多孔氧化膜的上方，通過連續覆蓋方式，將該些油墨粒子封閉在該 些孔洞中。
10.根據權利要求9所述的金屬表面圖案化的結構，其特徵在於，該多孔氧化膜的該些 孔徑分別介於20納米至400納米之間。
11.根據權利要求9所述的金屬表面圖案化的結構，其特徵在於，該些油墨粒子的該些 粒徑分別介於10納米至300納米之間。
12.根據權利要求9所述的金屬表面圖案化的結構，其特徵在於，該些油墨粒子的該些 粒徑小於該些孔洞的該些孔徑，且該些油墨粒子吸附於該些孔洞中。
13.根據權利要求12所述的金屬表面圖案化的結構，其特徵在於，該些油墨粒子的該 些粒徑相同，且該些孔洞的該些孔徑相同。
全文摘要
本發明提供一種金屬表面圖案化的方法，其包含先以一化學或物理處理清洗金屬基材，再對金屬基材進行拋光處理。接著，對金屬基材進行一陽極氧化處理以形成一多孔氧化膜於金屬基材表面，其中多孔氧化膜具有孔徑介於20納米至400納米之間的多個孔洞。再提供一圖案層以印刷方式讓油墨粒子吸附於多孔氧化膜的孔洞中，其中油墨粒子的粒徑介於10納米至300納米之間。最後進行封孔處理以形成一連續覆蓋於多孔氧化膜表面的封孔層。
文檔編號C25D11/00GK102071447SQ20091022194
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者蕭欽群 申請人:濱川企業股份有限公司