基材的多層涂層的制作方法

用于裝飾和功能目的的涂層通常用于改變基材的表面。生成涂層的兩種現代的方法包括電泳沉積和物理氣相沉積。這些過程能夠生成具有期望的屬性的相對薄的涂層。特別地，物理氣相沉積可用于創建具有高光澤和強耐磨損特性的金屬涂層。這些特性在多種應用中是重要的，包括用于電子設備和計算硬件中的保護和功能表面的應用。

附圖說明

如下詳細描述參考附圖，其中：

圖1A為用于在基材上沉積多層涂層的示例方法的流程圖；

圖1B為用于在基材上沉積多層涂層的示例方法的流程圖，包括預處理基材和沉積功能涂層；

圖2為沉積在基材上的示例多層涂層的截面圖；

圖3為具有外殼的示例計算設備的框圖，其中多層涂層沉積在外殼的基材上；

具體實施方式

薄膜和涂層在包括微電子器件、光學、納米技術、磁、電光學和電化學應用的多種產業中變得越來越重要。涂層工藝和技術允許通過改變材料的表面屬性對材料的物理屬性進行操縱。特別地，物理氣相沉積(PVD)是用于提供具有高光澤和高耐磨性的薄金屬涂層的公知工藝。

然而，一些PVD涂層的屬性可受該PVD涂層所應用的基材的特性的影響。一般地，因為PVD涂層較薄，所以PVD涂層受基材的不期望的表面屬性的影響。例如，因為PVD涂層與應用該PVD涂層的表面一致，應用于具有高孔隙度的粗糙表面的PVD涂層可顯得沒有光澤。額外地，諸如一些鎂合金的特定基材具有趨向于被氧化的高活性表面。因此，花費精力開發了用于準備表面的方法以更好地適合PVD以及其他涂層方法。一些示例包括涂抹(painting)方法和電鍍(plating)方法。然而，基材準備過程通常是耗時而昂貴的，并且不適用于許多應用。

本文公開的示例提供在基材上沉積多層涂層。在示例性實現中，在基材的表面電泳沉積(ED)由第一材料構成的第一層。典型地提供涂層的期望特性的，由第二材料構成的第二層通過PVD沉積在第一層。在第二層上電泳沉積由第三材料構成的第三層。第一層可對準基材的表面并提供更好地適應PVD層的表面。以這種方式，通過首先電泳沉積第一層來準備基材可使PVD層有效地沉積在基材外部，該基材包括傳統上對PVD表現不佳的基材。額外地，第三ED層可保護PVD層并為諸如功能涂層之類的更多的層提供額外的表面。

現參見附圖，圖1A描述了用于在基材上沉積多層涂層的示例方法100的流程圖。該方法100可包括用于提供具有導電表面的基材的框110，用于在基材的導電表面上電泳沉積第一層的框115，用于利用PVD在第一層上沉積第二層的框120，以及用于在第二層上電泳沉積第三層的框130。

方法100可開始于框105并且進入框110，在框110中，可提供具有導電表面的基材。基材可為本文描述的方法100和示例過程所實施的材料。具有導電表面的多種基材可適用于結合方法100的使用。例如，基材可為金屬或金屬合金。在這些示例中，基材固有地是導電的，在移動至框115之前不需要對基材的進一步處理。在一些示例中，基材可具有鋁、鎂、鋰、鋅、鈦、鈮、鎳、鉻、銅或其組合的合金。一些基材可包含高活性的金屬，諸如當暴露至大氣時趨于被氧化或減少的合金。在示例性實現中，鎂鋰(Mg-Li)合金作為實現本文描述的方法的基材。

在一些其他示例中，基材可包括固有地不導電的材料。例如，基材可為具有導電材料和形成表面的不導電材料的復合材料(composite material)。典型的復合材料可具有聚合物核和金屬表面。基材可包含多層，其中一些層可包含諸如金屬合金之類的導電材料，而一些層可包含諸如聚合物、纖維或雜化材料之類的非導電材料。在其它實例中，基材可不包含任何固有地導電的材料。在這種實例中，基材可被預處理，該預處理結合圖1B所示方法150的框165詳細描述。

在提供基材之后，方法100可進入框115，在框115中，由第一材料構成的第一層被電泳沉積在框110中提供的基材的導電表面的至少一部分。電泳沉積為工業過程，其中懸浮在液體介質中的膠狀顆粒在電場影響下進行遷移并且沉積在諸如基材的導電表面之類的浸入該介質的導電表面。多種ED工藝可用于執行框115，包括電泳涂漆(electrocoating)、電泳漆(e-coating)、陰極電沉積(cathodic electroposition)和陽極電沉積(anodic electroposition)。ED可為生成統一厚度的涂層的相對較快的過程。

根據應用，用于第一層的合適的第一材料可包括多種材料。例如，第一材料可具有金屬、聚合物、陶瓷、顏料和染料中的至少一個。在一些實現中，可使用熱塑性聚合物。第一材料的示例聚合物包括丙烯酸樹脂(acrylics)、聚氨酯(polyurethanes)、環氧樹脂(epoxies)及其組合。作為第一層的聚合材料提供流平性以及控制厚度的能力，可消除或降低對研磨拋光或其他處理的需要。在一個示例中，框115可包括提供包含丙烯酸材料的膠狀懸浮液的鍍液池，將一部分基材浸入鍍液以將基材的導電表面的期望部分暴露至懸浮液，并且提供電荷至鍍液池。當基材浸入帶電荷的懸浮液時，可作為陽極或陰極來吸引懸浮材料。基材上得到的涂層的厚度可根據電荷、基材被浸入的時長、懸浮液中使用材料的類型，以及其他因素而變化。此外，在一些示例中，可在涂覆基材的導電表面之后聚合第一層。

第一層的沉積可為基材的導電表面提供有益效果。在基材表面是活性的(reactive)的實現中，第一層可使活性表面穩定。通過保護表面不暴露至環境，具有聚合材料的第一層在對趨向于被氧化或減少的金屬表面進行穩定時特別有效。可替代地或此外，基材可包含細孔(pores)、腔(cavities)、隆起物(bumps)或其他表面瑕疵。第一層可填充可滲透的腔，并修補其他瑕疵，為本文描述的過程的下一步驟提供平整的表面。

在一些示例中，第一層可電泳沉積在基材的導電表面的一部分。在其它示例中，第一層可沉積在基材的整個表面。因為第一層可用于保護基材和在第一層的頂部為PVD提供合適的表面的雙重目的，可由第一層涂覆的導電表面的部分可取決于預期用途。因為只有導電表面的浸入電泳池的一部分在ED工藝期間被涂覆，所以可有效地控制第一層在基材的導電表面上沉積的程度。

在電泳沉積第一層之后，方法100可進入框120，在框120中，由導電的第二材料構成的第二層利用物理氣相沉積而沉積在第一層的至少一部分。PVD通常描述通過將期望的材料的蒸汽形式凝結至目標表面而沉積薄膜的真空沉積方法。各種PVD過程可用于執行框120，包括離子束濺射(ion-beam sputtering)、反應濺射(reactive sputtering)、離子輔助沉積(ion-assisted deposition)、高目標利用率濺射(high-target-utilization sputtering)、高功率脈沖磁控濺射(high-power impulse magnetron sputtering)、氣流濺射(gas flow sputtering)和化學氣相沉積(chemical vapor deposition)。

根據應用，用于第二層的合適的第二材料可包括多種材料。因為第三層可電泳沉積在第二層的頂部，所以通常地第二材料可導電。第二層的示例性合適的金屬材料包括鈦、鉻、鎳、鋅、鋯、錳、銅、鋁、錫、鉬、鉭、鎢、鉿、金、釩、銀、鉑及其合金。一般地，第二層為多層涂層提供許多期望的物理屬性。例如，第二層可為多層涂層提供金屬光澤外觀。在另一示例中，特定的第二材料可為多層涂層提供期望的電阻率。

在一些示例中，第二層可沉積在第一層的一部分。在其它示例中，第二層可沉積在第一層的全部。因為第二層可用于提供期望的物理外觀和屬性以及提供用于電泳沉積第三層的合適表面的雙重目的，可由第二層涂覆的第一層的部分可取決于預期用途。通過設置合適的PVD工藝的參數，可有效地控制第二層在第一層上沉積的程度。

在沉積第二層之后，方法100可進入框125，在框125中，由第三材料構成的第三層電泳沉積在第二層的至少一部分。特別相對于第二層，第三層可提供其他優點，該優點包括增強抗腐蝕性，提高耐化學性，為多層涂層增加顏色或作為電絕緣體。第三層可通過涉及框115描述的各種ED工藝或其他工藝來沉積。此外，第三材料可為許多的合適的材料，包括金屬、聚合物和陶瓷。第三層可使第二層的表面穩定，并可根據應用或ED工藝的控制而涂覆在第二層的一部分或整體。

在電泳沉積第三層之后，方法100可進入框130，在框130中方法100停止。方法100提供的多層涂層可為基材提供優勢。例如，可提高抗腐蝕性和耐化學性。因為金屬涂層趨于與聚合涂層形成強粘附力，第一層的增加還可改進第二層的粘附力。此外，通過諸如增加光澤，聚合第三層可增強第二層的外觀，并可與第一層保護基材相似的方式來保護第二層。

圖1B描述了用于在基材上沉積多層涂層的示例方法150的流程圖，包括預處理基材和沉積功能涂層。該方法150可包括用于提供基材的框160，用于預處理基材的表面的框165，用于在預處理的基材的表面電泳沉積第一層的框170，用于利用PVD在第一層上沉積第二層的框175，用于在第二層上電泳沉積第三層的框180，以及用于在第三層沉積功能涂層的框185。

方法150可開始于框155并進入框160，在框160中可提供基材。如與示例方法100的框110有關的描述，基材可具有多種材料。例如，基材可為金屬或金屬合金。在一些其他示例中，基材可包括固有地不導電的材料。例如，基材可為具有導電材料和形成表面的不導電材料的復合材料。典型的復合材料可具有聚合物核和金屬表面。基材可包含多層，其中一些層可包含諸如金屬合金之類的導電材料，而一些層可包含諸如聚合物之類的非導電材料。在其它實例中，基材可不包含任何固有地導電的材料。

在提供基材之后，方法150可進入框165，在框165中對基材的表面進行預處理。出于包括為方法150的后續框準備表面的多種目的，可對基材的表面進行預處理。例如，在框160提供的基材缺少多層涂層所要沉積的導電表面的實例中，可將導電材料涂覆在基材的表面上以提供用于電泳沉積第一層的表面。在基材具有金屬表面的其他示例中，可執行拋光或清潔工藝以在進行方法150之前完善金屬表面。特別地，可清潔基材以移除殘余物、油，以及影響多層涂層的粘附力和均勻度的其他污染物。

在對基材進行預處理之后，方法150可進入框170、175和180，在框170、175和180中，由第一材料構成的第一層被電泳沉積在預處理的基材表面的至少一部分，由導電的第二材料構成的第二層利用物理氣相沉積而沉積在第一層的至少一部分，并且由第三材料構成的第三層被電泳沉積在第二層的至少一部分。可在框170、175和180的執行中利用的各種過程和材料的細節分別與方法100的框115、120和125有關地描述。

在電泳沉積第三層之后，方法150可進入框185，在框185中將功能涂層沉積在第三層的至少一部分。可應用功能涂層影響多層涂層的表面屬性，如粘附力、吸濕性、抗腐蝕性、耐磨性和觸感。特定示例可包括防指紋涂層、柔軟觸感涂層、抗菌涂層或防污涂層。功能涂層在涉及受到物理或化學接觸的應用中特別有利。例如，柔軟觸感涂層可廣泛地用于移動設備應用中。根據應用，功能涂層可沉積在第三層的部分或整體。

圖2描述了示例多層涂層200的截面圖，該多層涂層200包括基材210、由第一材料構成的第一層220、由第二材料構成的第二層230、由第三材料構成的第三層240和功能涂層250。第一層220可電泳沉積在基材210上，第二層230可利用物理氣相沉積而沉積在第一層220上，第三層240可電泳沉積在第二層230上。盡管在該示例中，多層涂層200被描述為利用圖1B所示的示例方法150制造，應當理解，包括圖1A所示的方法100的其他方法可適用于制造多層200。

基材210可為多層涂層200可應用的材料。基材210可具有諸如金屬或金屬合金之類的導電表面。可選地，通過預處理可在基材上提供導電表面，如與方法150的框165有關的描述。在一些示例中，基材210可具有諸如鎂合金中的一個的活性金屬表面。此外或在其它示例中，基材210可包含圖2中表示為215的表面的腔、凹點(pits)、細孔、隆起物或其他表面瑕疵。在一些示例中，基材可為具有不導電材料和導電材料的復合材料。典型的復合材料可具有聚合物核和金屬表面。基材可包含多層，其中一些層可包含諸如金屬合金之類的導電材料，而一些層可包含諸如聚合物、纖維或雜化材料之類非導電材料。

第一層220可包含第一材料，并可電泳沉積在基材210的導電表面的一部分或整體。第一層220可利用各種ED工藝進行沉積，并可具有包括諸如丙烯酸樹脂、聚氨酯和環氧樹脂之類的聚合物的各種材料。第一層220可為基材210提供多個優點，該優點包括提供對準表面和使活性表面穩定。如圖2所示，第一層220還可填充在基材210上的表面腔215，導致更平滑的表面，可更好地適應于更多涂層或具有更好外觀。

第二層230可包含第二材料，并可沉積在第一層220的一部分或整體。第二層230可利用各種PVD過程進行沉積。根據應用，第二材料可包括多種材料。因為第三層240可電泳沉積在第二層230的頂部，通常地，第二材料可導電。第二層的示例性合適的金屬材料包括鈦、鉻、鎳、鋅、鋯、錳、銅、鋁、錫、鉬、鉭、鎢、鉿、金、釩、銀、鉑，及其合金。一般地，第二層230為多層涂層提供多個期望的物理屬性。

第三層240可包含第三材料并可電泳沉積在第二層230的一部分或整體。第三層240可利用各種ED工藝進行沉積，并可具有各種材料，包括諸如丙烯酸，聚氨酯和環氧樹脂的聚合物。特別地相對于第二層230，第三層240可提供額外的優點，包括改進抗腐蝕性，提高耐化學性，增加顏色至多層涂層200或作為電絕緣體。此外，第三層240可使第二層的表面穩定。

功能涂層250可沉積在第三層240的一部分或整體，并可影響多層涂層200的表面屬性。例如，功能涂層250可影響多層涂層200的粘附力、吸濕性、抗腐蝕性、耐磨性和觸感。功能涂層250的特定示例可包括防指紋涂層、柔軟觸感涂層、抗菌涂層或防污涂層。功能涂層在涉及受到物理或化學接觸的應用中特別有利。例如，柔軟觸感涂層可廣泛地用于移動設備應用。

圖3描述了具有外殼(casing)330的示例性計算設備300的框圖，其中多層涂層沉積在外殼的基材332。計算設備300可為例如，筆記本或桌面計算機、諸如移動電話或平板電腦之類的移動設備、局域網(LAN)服務器、網絡服務器、云托管服務器或具有外殼的其他任何電子設備。在圖3的實現中，計算設備300包括處理器310和顯示器320。

處理器310可為一個或多個中央處理單元(CPU)，基于半導體的微處理器和/或適用于取回和執行指令的其他硬件設備，該指令存儲于諸如隨機存取存儲器之類的存儲器設備，機器可讀存儲介質或其他形式的計算機數據存儲器。顯示器320可為典型地通過圖形用戶界面呈現計算輸出的電子可視顯示器。例如，顯示器320可為用于顯示計算機或移動設備的屏幕的顯示屏。在一些示例中，如在觸屏應用中，顯示器320除輸出特性外還可具有輸入特征。

外殼330為可裝入計算設備的組件的物理結構。在一些實現中，外殼300可保護諸如頻繁地受到接觸的移動電話之類的設備的內部組件。在該實例中，外殼300有時可稱為蓋體、箱體、基座或底盤。在一些實例中，外殼330可在另一蓋體或箱體的內部。例如，具有外部箱體的計算設備可包含本身由諸如外殼330之類的外殼保護的各種組件。

外殼330可包括基材332、第一層334、第二層336和第三層338。基材332可具有本文描述的各種材料，在移動應用中，計算設備300的大小和重量可能需要最小化。某些輕型且活性的合金，如鎂鋰合金適合作為移動設備的外殼。在這種情況下，由諸如丙烯酸聚合物之類的第一材料構成的電泳沉積的第一層334可使基材332的表面穩定。由第二材料構成的第二層336可利用物理氣相沉積而沉積在第一層334上。第二層336可提供諸如金屬光澤的期望的特性。由第三材料構成的第三層338可電泳沉積在第二層336上以保護第二層336，提供外觀和/或修改多層涂層330的表面屬性。此外，在一些示例中，功能涂層可應用于第三層338的頂部以進一步修改多層涂層300的表面。