用于通過在陽極化工藝之前或期間定位反射顆粒來制備白色外觀金屬氧化物膜的方法
【技術領域】
[0001]本公開整體涉及制備陽極膜的方法。更具體地，本發明公開了通過使用反射顆粒來制備具有白色外觀的陽極膜的方法。
【背景技術】
[0002]陽極化是一種用于增大金屬部件表面上的天然氧化物層的厚度的電解鈍化工藝，其中待處理的部件形成電路的陽極。所得的金屬氧化物膜(稱為陽極膜)增強了金屬部件表面的耐腐蝕性和耐磨性。陽極膜還可用于許多裝飾性效果。例如，已經開發出給陽極膜著色的技術，這些技術可為陽極膜提供感知到的色彩。例如，可將藍色染料注入陽極膜的孔內，使得從陽極膜的表面觀察時，陽極膜呈藍色。
[0003]在一些情況下，可能有利的是形成具有白色的陽極膜。然而，為提供白色外觀陽極膜所做的傳統嘗試產生了呈灰白色或淺灰色的膜，而不是對許多人有吸引力的明快的白色。
【發明內容】
[0004]本文描述了涉及白色外觀陽極膜及其形成方法的各種實施方案。
[0005]根據一個實施方案，描述了一種用于在金屬基底上形成金屬氧化物膜的方法。該方法包括將反射顆粒定位在金屬基底內。該方法還包括將金屬基底的至少一部分轉換成金屬氧化物膜，使得金屬氧化物膜包括嵌入在其中的反射顆粒的至少部分反射顆粒。嵌入的反射顆粒賦予金屬氧化物膜白色外觀。
[0006]根據另一個實施方案，描述了一種部件。該部件包括金屬基底。該部件還包括形成在金屬基底上的金屬氧化物膜。該金屬氧化物膜包括被第二金屬氧化物部分圍繞的第一金屬氧化物部分的圖案。每個第一金屬氧化物部分包括嵌入在其中的反射顆粒，使得金屬氧化物膜呈現白色外觀。
[0007]根據又一個實施方案，描述了一種用于在金屬基底上形成金屬氧化物膜的方法。該方法包括將反射顆粒添加到電解質浴中。該方法還包括通過在電解質浴中將金屬基底陽極化來形成金屬氧化物膜，使得反射顆粒的至少部分反射顆粒在陽極化期間嵌入金屬氧化物膜內。嵌入的反射顆粒賦予金屬氧化物膜白色外觀。
[0008]下文將詳細描述這些實施方案和其他實施方案。
【附圖說明】
[0009]通過參考結合附圖所作的以下描述可最佳地理解所述實施方案及其優點。這些附圖絕不會限制本領域的技術人員在不脫離所述實施方案的實質和范圍的情況下可對所述實施方案作出的形式和細節方面的任何改變。
[0010]圖1A至圖1C示出為金屬氧化物膜提供感知到的白色外觀的各種光散射機制。[0011 ]圖2示出了指示相對光散射與平均顆粒直徑之間的關系的曲線圖。
[0012]圖3示出經歷傳統著色方法之后的部件的橫截面圖。
[0013]圖4示出在陽極化工藝之前或期間經歷顆粒嵌入工序的部件的橫截面圖。
[0014]圖5示出被配置為使金屬與反射顆粒共沉積的電鍍單元。
[0015]圖6A至圖6B示出經歷共電鍍工藝的部件的橫截面圖，該共電鍍工藝涉及金屬與反射顆粒的共沉積。
[0016]圖7示出指示涉及使用參考圖5和圖6A至圖6B所述的共電鍍工藝形成白色金屬氧化物膜的步驟的流程圖。
[0017]圖8A至圖8F示出經歷熱注入工序及隨后的陽極化工藝的部件的橫截面圖。
[0018]圖9A至圖9E示出經歷不同的熱注入工序及隨后的陽極化工藝的另一個部件的橫截面圖。
[0019]圖10示出指示涉及在基底上形成白色金屬氧化物膜的步驟的流程圖，這些步驟涉及參考圖8A至圖8F和圖9A至圖9E所述的熱注入工藝。
[0020]圖1IA至圖1IC示出經歷噴砂工藝的部件的橫截面圖。
[0021]圖12示出指示涉及使用參考圖1lA至圖1lC所述的基底噴砂工藝形成白色金屬氧化物膜的步驟的流程圖。
[0022]圖13A至圖13C示出經歷復合金屬層的形成的部件的橫截面圖，該復合金屬層的形成涉及粉末冶金工藝。
[0023]圖14A至圖14D示出經歷復合金屬層的形成的部件的橫截面圖，該復合金屬層的形成涉及反射顆粒多孔預成型件的形成。
[0024]圖15A至圖lf5D示出經歷復合金屬層的形成的部件的橫截面圖，該復合金屬層的形成涉及鑄造工藝。
[0025]圖16示出指示形成白色外觀金屬氧化物膜的步驟的流程圖，這些步驟涉及參考圖13A至圖13C、圖14A至圖14D和圖15A至圖1所述的復合材料的形成。
[0026]圖17A示出用于在陽極化工藝期間形成氧化物層并且同時將顆粒沉積到氧化物層內的陽極化單元。
[0027]圖17B示出在同時進行顆粒嵌入和陽極化工藝之后的部件的橫截面圖。
[0028]圖18示出指示涉及通過同時進行顆粒嵌入和陽極化工藝形成白色金屬氧化物膜的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]本部分描述了根據本專利申請的方法的代表性應用。提供這些實施例僅是為了添加上下文并有助于理解所述實施方案。因此，對于本領域的技術人員而言將顯而易見的是，可在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實踐所述實施方案。在其他情況下，為了避免不必要地模糊所述實施方案，未詳細描述熟知的處理步驟。其他應用也是可能的，使得以下實施例不應視為是限制性的。
[0030]本申請涉及用于改善金屬氧化物涂層的裝飾性和白度的方法和裝置的各種實施方案。所述方法包括在陽極化工藝之前或期間將反射顆粒定位在基底上或基底內，以使所得的金屬氧化物膜呈白色。白色外觀金屬氧化物膜非常適合于為消費型產品的可見部分提供具有保護性且吸引人的表面。例如，本文描述的方法可用于提供電子設備(諸如總部在Cupertino ,California的Apple Inc.制造的那些電子設備)的金屬殼體和外殼的具有保護性且在裝飾上吸引人的外部部分。
[0031 ]本申請描述在基底上形成金屬層，然后將金屬層的至少一部分轉換成金屬氧化物層的各種方法。如本文所述，術語“膜”、“層”和“涂層”可互換使用。在一些實施方案中，金屬層是鋁層。除非另有描述，否則如本文所用，“鋁”和“鋁層”可指任何合適的含鋁材料，包括純鋁、鋁合金或鋁混合物。如本文所用，“純”或“接近純”的鋁通常指與鋁合金或其他鋁混合物相比具有更高的鋁金屬百分比的鋁。如本文所用，術語“氧化物膜”、“氧化物層”、“金屬氧化物膜”和“金屬氧化物層”可互換使用，并且可指任何適當的金屬氧化物膜。在一些實施方案中，使用陽極化工藝將金屬氧化物層轉換成金屬氧化物層。因此，金屬氧化物層可稱為陽極膜。
[0032]通常，白色是對幾乎所有可見波長的入射光進行散射的物體的色彩。因此，當入射在金屬氧化物膜頂表面的幾乎所有可見波長的光被散射時，金屬氧化物膜可被感知為白色。賦予金屬膜白色外觀的一種方式是將反射顆粒嵌入該膜內。顆粒可影響從金屬氧化物膜通過反射、折射和衍射進行的光散射。反射涉及當光在膜內的顆粒處反彈時其方向的改變。折射涉及當光從一種介質傳到另一種介質(諸如從氧化物膜介質到顆粒介質)時其方向的改變。衍射涉及當光繞過路徑中的顆粒時其方向的改變。
[0033]圖1A至圖1C示出金屬氧化物膜中的顆粒如何分別通過反射、折射和衍射來散射光。在圖1A中，光線106進入金屬氧化物膜102，該金屬氧化物膜具有嵌入在其中的顆粒104。如圖所示，光線106在顆粒104的一個顆粒處反彈并從氧化物膜102的頂表面108離開。這樣，光線106在顆粒104處反射離開。在圖1B中，光線110進入金屬氧化物膜102，并在其遇到第一顆粒104時改變方向。光線110隨后遇到第二、第三和第四顆粒104，每次它都改變方向，直到光線110最終從氧化物膜102的頂表面108離開。這樣，光線110被氧化物膜102內的若干顆粒104折射。在圖1C中，傳入光被示為光波112。光波112進入金屬氧化物膜102并遇到第一顆粒104，這導致光波112發生衍射。衍射時，光波112擴散并在不同方向上散射。光波112隨后可遇到第二顆粒104，這導致進一步衍射，直到光波112從氧化物膜的頂表面108離開。因此，入射光可通過反射、折射和衍射的方式在顆粒104處散射，從而賦予氧化物膜102從頂表面108觀察時的白色外觀。應該指出的是，本文提及的“反射顆粒”可指當定位在氧化物膜內時可反射、折射和/或衍射可見光的顆粒。在一些實施方案中，顆粒需要使傳入的可見光高度反射、折射和/或衍射，以便提供足夠白的金屬氧化物膜。
[0034]—般來講，顆粒104的折射率越高，從氧化物膜102發生的散射量將越大。顆粒的反射率與其折射率成正比。因此，具有高折射率的顆粒通常具有高反射性。對于本文所述的實施方案，可使用能夠與傳入光相互作用使得金屬氧化物膜呈白色的任何合適類型的顆粒。在一些實施方案中，顆粒具有高折射率。在一些實施方案中，顆粒包括由諸如氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅和氧化鋁等金屬氧化物制成的那些。在一些實施方案中，使用諸如鋁、鋼或鉻顆粒的金屬顆粒。在一些實施方案中，使用諸如碳化鈦、碳化硅或碳化鋯的碳化物。在一些實施方案中，使用金屬氧化物、金屬和碳化物顆粒中的一種或多種的組合。應當理解，上述實施例并非意在表示可根據本文所述的實施方案使用的顆粒的詳盡列表。
[0035]除顆粒的材料之外，顆粒的尺寸也會影響發生的光散射的量。這是因為顆粒尺寸會影響發生的光折射的量。圖2示出顯示相對光散射與平均納米顆粒直徑(nm)之間的關系的曲線圖200。如圖所示，具有約200和300nm范圍內的平均直徑的顆粒表現出最大的光散射量。該范圍對應于可見光波長的約一半。具有小于200nm或大于300nm的平均直徑的顆粒也可制備具有白色外觀的陽極膜。然而，需要更多的具有小于200nm或大于300nm的直徑的顆粒，以便制備與由具有約200和300nm之間的直徑的顆粒制備的膜的白度量相同的膜。
[0036]顆粒的形狀也會影響陽極膜外觀的白度的量。在一些實施方案中，具有大致球形形狀的顆粒散射光最高效，從而賦予膜最白的外觀。氧化物膜內的顆粒的數量可根據氧化物膜的所需裝飾性和結構特性而變化。通常有利的是，使用足夠的顆粒來產生白色外觀氧化物膜，但顆粒的數量不能多到使氧化物膜變得具有高應力。過多的顆粒可導致氧化物膜失去其結構完整性并導致膜內出現裂紋。
[0037]在本文所述的實施方案中，反射顆粒在陽極化工藝之前或陽極化工藝期間被置于基底上。這導致與使用傳統方法著色的陽極膜相比，顆粒在陽極膜內的放置不同。在傳統方法中，染料在已經形成陽極膜之后被沉積到陽極膜的孔中。舉例而言，圖3示出經歷傳統著色方法之后的部件300的近距離橫截面圖。在陽極化工藝期間，基底302的一部分被轉換成陽極膜304。陽極孔306在相對于頂表面308垂直的方向上生長并且高度有序，因為它們彼此平行而且間隔均勻。在基底302的一部分轉換成陽極膜304之后，染料顆粒305被沉積到孔306內，從而賦予基底302色彩，該色彩與染料顆粒305的色彩一致。
[0038]在本文所述的實施方案中，該方法涉及在陽極化之前或陽