CN112004356A - 一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法 - Google Patents

一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法，该纳米陶瓷化壳体包括塑料壳体；镀在塑料壳体至少部分外表面上的金属镀膜层；以及，通过在金属镀膜层外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜。纳米陶瓷化膜作为电子设备壳体最外层，具有温润质感、超高的耐磨性、防摔和硬度；通过微弧氧化处理在金属镀膜层上生成纳米陶瓷化膜，使得纳米陶瓷化膜更均匀致密，不易脱落；壳体主要部分仍为塑料壳体，有利于壳体轻量化，避免纯金属壳体或纯玻璃壳体质量大，不方便携带的问题。

Description

一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法。
背景技术
电子产品更新换代频率高，人们对电子产品，尤其是智能手机和智能穿戴设备(例如智能手环、智能手表等)的要求越来越高，不仅对性能、样式的要求，由于需要随身携带，因此对产品握持手感、外观也有一定的要求。塑料外壳工艺简单成熟、成本低廉，可广泛适用于不同产品不同尺寸不同结构的机型上，但是握持手感不佳，而且显得廉价低端，因此不再受用户欢迎，开始逐渐被市场所淘汰。随之而来的是金属外壳和玻璃外壳，相比于塑料外观，其质感得到显著提升，看起来也更加高端大气，因此在一定程度上满足了用户美观需求，但是随着质量的增加，显然不便于携带，违背了便携式设备方便随身携带的初衷，因此在一定程度上牺牲了用户的实用需求。另外，玻璃外壳存在一个致命缺陷——不耐摔；而在用户日常使用过程中难免滑落，这无疑影响了用户的使用体验，增加了使用成本。因此，提供一种质轻、有质感、耐摔耐磨的新型电子设备外壳，是当前市场急需解决的问题。
发明内容
本发明提供的一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法，主要解决的技术问题是：电子产品外壳质轻、质感、耐摔耐磨不可兼具，不能更好地满足用户需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电子设备纳米陶瓷化壳体，包括：
塑料壳体；
镀在所述塑料壳体至少部分外表面上的金属镀膜层；
以及，通过在所述金属镀膜层外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜。
可选的，所述金属镀膜层组分包括钛、铝及其合金中的至少一种。
可选的，所述金属镀膜层的厚度为5-20um。
可选的，所述纳米陶瓷化膜的厚度为15-30um。
可选的，所述纳米陶瓷化膜的组分包括氧化铝陶瓷、氧化钛陶瓷中的至少一种。
本发明还提供一种电子设备，包括如上任一项所述的纳米陶瓷化壳体。
本发明还提供一种电子设备纳米陶瓷化壳体的制备方法，包括：
对塑料壳体表面进行预处理，以去除表面油污；
对预处理后的塑料壳体采用等离子体处理，进行金属镀膜；
在金属镀膜层外表面采用微弧氧化处理，形成纳米陶瓷化膜。
可选的，所述对塑料壳体表面进行预处理包括：利用甲醇或乙醇溶液擦洗塑料壳体表面，并晾干。
可选的，所述采用等离子体处理包括：
将预处理后的塑料壳体送入装有钛和/或铝靶材的处理室内，抽真空使得处理室本底真空达到10-3Pa，然后向处理室通入100-500sccm的氩气，功率5-20kw、镀膜时间60-120min，得到厚度为5-20um的金属镀膜层。
可选的，所述微弧氧化处理包括：
将等离子体处理后的塑料壳体置于不锈钢槽的电解液中，以金属镀膜层为阳极，不锈钢槽为阴极，通过微弧氧化脉冲电源施加双极性脉冲电压，并控制电流密度和氧化时间进行氧化反应，直至在所述金属镀膜层外表面形成均匀致密的纳米陶瓷化膜。
本发明的有益效果是：
根据本发明提供的一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法，该纳米陶瓷化壳体包括塑料壳体；镀在塑料壳体至少部分外表面上的金属镀膜层；以及，通过在金属镀膜层外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜。纳米陶瓷化膜作为电子设备壳体最外层，具有温润质感、超高的耐磨性、防摔和硬度；通过微弧氧化处理在金属镀膜层上生成纳米陶瓷化膜，使得纳米陶瓷化膜更均匀致密，不易脱落；壳体主要部分仍为塑料壳体，有利于壳体轻量化，避免纯金属壳体或纯玻璃壳体质量大，不方便携带的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一的电子设备纳米陶瓷化壳体结构示意图；
图2为本发明实施例二的电子设备结构示意图；
图3为本发明实施例三的电子设备纳米陶瓷化壳体的制备方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请参见图1，图1为本实施例提供的一种电子设备纳米陶瓷化壳体结构，包括塑料壳体11，镀在塑料壳体11至少部分外表面上的金属镀膜层12，以及通过在金属镀膜层12外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜13。
其中，金属镀膜层12组分包括钛、铝及其合金中的至少一种。
金属镀膜层的厚度为5-20um，纳米陶瓷化膜的厚度为15-30um。
纳米陶瓷化膜的组分包括氧化铝陶瓷、氧化钛陶瓷中的至少一种。
本发明提供的纳米陶瓷化壳体可广泛应用于各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板、手环、手表等便携式终端或可穿戴设备。纳米陶瓷化膜作为电子设备壳体最外层，具有温润质感、超高的耐磨性、防摔和硬度；通过微弧氧化处理在金属镀膜层上生成纳米陶瓷化膜，使得纳米陶瓷化膜更均匀致密，不易脱落；壳体主要部分仍为塑料壳体，有利于壳体轻量化，避免纯金属壳体或纯玻璃壳体质量大，不方便携带的问题。
实施例二：
本实施例提供一种电子设备，包括但不限于智能手机、平板、手环、手表等便携式终端或可穿戴设备；请参见图2，该电子设备具有如上述实施例中所述的纳米陶瓷化壳20，该纳米陶瓷化壳体包括塑料壳体，镀在塑料壳体至少部分外表面上的金属镀膜层，以及通过在金属镀膜层外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜。具体请参见上述实施例一中的描述，在此不再赘述。
实施例三：
本实施例提供一种电子设备纳米陶瓷化壳体的制备方法，请参见图3，该制备方法包括：
S301、对塑料壳体表面进行预处理，以去除表面油污。
利用甲醇或乙醇溶液擦洗塑料壳体表面5-10次，以去除表面油污，并晾干。
S302、对预处理后的塑料壳体采用等离子体处理，进行金属镀膜。
在进行等离子体处理之前，通过将塑料壳体置于火花机的高压电机和地电极之间，控制两极电压在5-20KV之间，在大气压下让两极之间的空气发生电离，电离产生的粒子在高频交变电场作用下，高速冲击两极之间的塑料壳体，处理时间为3-5min，起到对材料表面改性的作用。
然后将处理后的塑料壳体送入装有钛靶材的处理室内，抽真空使得处理室本底真空达到10-3Pa，然后向处理室通入100sccm的氩气，功率5kw、镀膜时间60min，得到厚度为5um的金属钛膜层。
可选的，将处理后的塑料壳体送入装有铝靶材的处理室内，抽真空使得处理室本底真空达到10-3Pa，然后向处理室通入500sccm的氩气，功率20kw、镀膜时间120min，得到厚度约为20um的金属铝膜层。
本实施例中，等离子体处理得到的金属镀膜层主要用于作为微弧氧化处理的基材，在金属镀膜层表面形成纳米陶瓷化膜。
S303、在金属镀膜层外表面采用微弧氧化处理，形成纳米陶瓷化膜。
微弧氧化是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、钛等金属及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。
本实施例中，将等离子体处理后的塑料壳体置于不锈钢槽的电解液中，以金属镀膜层为阳极，不锈钢槽为阴极，通过微弧氧化脉冲电源施加双极性脉冲电压，并控制电流密度和氧化时间进行氧化反应，直至在金属镀膜层外表面形成均匀致密的纳米陶瓷化膜。
微弧氧化工艺将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，极大地提高了膜层的综合性能。氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。铝、钛金属及其合金在电解液中通过高压放电作用，其表面生成一层与基体以冶金方式结合的氧化铝、氧化钛为主的陶瓷层，陶瓷高硬度、高阻抗和高稳定性满足防腐蚀和改善耐磨等性能要求，该氧化膜结合力优良，并且硬度、耐磨性以及强度较高。因此可作为电子设备外壳的理想选材。
电解液主要有基础电解液和添加剂，其中基础电解液中含有氢氧化钠、硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐中的至少一种，其中基础电解液的浓度为5-25g/L；添加剂可以选用氧氯化锆、硝酸钇、钛酸四丁酯中的至少一种，添加剂的浓度为1-4g/L。并通过添加酸(例如盐酸)或碱(例如氢氧化钠)调节电解液的PH值在6-8范围内。
氧氯化锆和钛酸四丁酯复合添加剂可在溶液中水解形成ZrO2和TiO2纳米颗粒，在微弧氧化膜形成过程中，通过双极性脉冲作用ZrO2和TiO2纳米颗粒可在陶瓷膜层中形成均匀弥散的超硬相，进而大幅度提高陶瓷膜层的硬度。
双极性脉冲电压频率为150～400Hz，正向电压幅值为250～400V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms。电流密度为0.5～20A/dm2，氧化反应的时间为30～150min。
示例1：试件材料：镀金属铝膜的塑料壳体，尺寸100*100mm，壳体表面置于电解液中作为阳极，不锈钢槽作为阴极。电解液配比：基础电解液浓度为：氢氧化钠4.5g/L，硅酸钠3.6g/L，硼酸钠6.8g/L；辅助添加剂浓度为：氧氯化锆为0.3g/L，硝酸钇0.9g/1，电解液pH值为5～8。采用杜尔考特IV型大功率脉冲电源向电解回路施加的方波脉冲电压频率为260Hz，正向电压幅值为360V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为520V，脉宽为0.4ms；占空比为：正向占空比10％，负向占空比10％。电流密度3A/dm2，氧化时间80min，电解液温度25℃。得到纳米陶瓷化膜厚度为28um，表面粗糙度Ra 0.01um，硬度Hv 1100。
示例2：试件材料：镀金属铝膜的塑料壳体，尺寸100*100mm，壳体表面置于电解液中作为阳极，不锈钢槽作为阴极。电解液配比：基础电解液浓度为：氢氧化钠2.5g/L，硅酸钠4.5g/L，磷酸钠6g/L；辅助添加剂浓度为：氧氯化锆为0.1g/L，硝酸钇0.2g/1，钛酸四丁酯0.5g/L；电解液pH值为5～8。采用杜尔考特IV型大功率脉冲电源向电解回路施加的方波脉冲电压频率为270Hz，正向电压幅值为350V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为580V，脉宽为0.4ms；占空比为：正向占空比10％，负向占空比10％。电流密度0.5-10A/dm2，氧化时间90min，电解液温度30℃。得到纳米陶瓷化膜厚度为30um，表面粗糙度Ra 0.01um，硬度Hv1300。
示例3：试件材料：镀金属铝膜的塑料壳体，尺寸100*100mm，壳体表面置于电解液中作为阳极，不锈钢槽作为阴极。电解液配比：基础电解液浓度为：氢氧化钠7g/L，硼酸钠6.8g/L，磷酸钠7.5g/L；辅助添加剂浓度为：硝酸铈为1.2g/L，硝酸钇0.6g/1，钛酸四丁酯1.5g/L；电解液pH值为5～8。采用杜尔考特IV型大功率脉冲电源向电解回路施加的方波脉冲电压频率为150Hz，正向电压幅值为250V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为610V，脉宽为0.4ms；占空比为：正向占空比10％，负向占空比20％。电流密度20A/dm2，氧化时间100min，电解液温度30℃。得到纳米陶瓷化膜厚度为20um，表面粗糙度Ra 0.01um，硬度Hv 1700。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子设备纳米陶瓷化壳体，其特征在于，包括：
塑料壳体；
镀在所述塑料壳体至少部分外表面上的金属镀膜层；
以及，通过在所述金属镀膜层外表面进行微弧氧化处理形成的纳米陶瓷化膜。
2.如权利要求1所述的电子设备纳米陶瓷化壳体，其特征在于，所述金属镀膜层组分包括钛、铝及其合金中的至少一种。
3.如权利要求2所述的电子设备纳米陶瓷化壳体，其特征在于，所述金属镀膜层的厚度为5-20um。
4.如权利要求3所述的电子设备纳米陶瓷化壳体，其特征在于，所述纳米陶瓷化膜的厚度为15-30um。
5.如权利要求1-4任一项所述的电子设备纳米陶瓷化壳体，其特征在于，所述纳米陶瓷化膜的组分包括氧化铝陶瓷、氧化钛陶瓷中的至少一种。
6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的纳米陶瓷化壳体。
7.一种电子设备纳米陶瓷化壳体的制备方法，其特征在于，包括：
对塑料壳体表面进行预处理，以去除表面油污；
对预处理后的塑料壳体采用等离子体处理，进行金属镀膜；
在金属镀膜层外表面采用微弧氧化处理，形成纳米陶瓷化膜。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述对塑料壳体表面进行预处理包括：利用甲醇或乙醇溶液擦洗塑料壳体表面，并晾干。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述采用等离子体处理包括：
将预处理后的塑料壳体送入装有钛和/或铝靶材的处理室内，抽真空使得处理室本底真空达到10-3Pa，然后向处理室通入100-500sccm的氩气，功率5-20kw、镀膜时间60-120min，得到厚度为5-20um的金属镀膜层。
10.如权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理包括：
将等离子体处理后的塑料壳体置于不锈钢槽的电解液中，以金属镀膜层为阳极，不锈钢槽为阴极，通过微弧氧化脉冲电源施加双极性脉冲电压，并控制电流密度和氧化时间进行氧化反应，直至在所述金属镀膜层外表面形成均匀致密的纳米陶瓷化膜。
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