[0001] 本发明涉及一种经过表面处理的轻金属物件及其制作方法，特别是涉及一种具有陶瓷质感的轻金属物件及其制作方法。

[0002] 轻金属一般指密度低于5g/cm3的金属。现今的携带式电子产品越来越趋向于轻薄化的设计，轻金属因具备优异的物理、机械性质，成为了携带式电子装置外壳与机械零件的热门材料。以轻金属为材料的物件通常会在表面进行处理，例如喷砂、抛光、阳极氧化(Anodic oxidation)或微弧氧化(Micro‑arcoxidation，MAO)，以满足产品的外观多样性与功能性。

[0003] CN 101591799B公开一种镁合金的表面抛光处理方法，其可以提高镁合金材料的表面光泽，但是在镁合金材料的表面并无膜层生成，导致耐腐蚀性不佳。

[0004] CN 1392295A公开了通过阳极氧化处理在镁或镁合金表面上形成外表美观的银灰色光滑膜层，而其无法满足对产品外观的各种颜色需求。

[0005] CN 101311326A公开了通过微弧氧化处理在轻金属表面上形成黑色氧化膜层，而其无法改变轻金属表面的外观呈色效果，也无法使轻金属表面有光泽变化。

[0006] CN 107190301A通过阳极氧化处理在钛或钛合金表面上形成氧化膜层，并借由电压和电流的操作来改变膜层的呈色，但如此操作下膜层厚度控制不易，颜色稳定度不高。

[0027] 以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“具有陶瓷质感的轻金属物件及其制作方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

[0028] 在没有另行定义的情况下，本文中所使用的术语具有与本领域技术人员的通常理解相同的含义。各实施例中所涉及的材料，如无特别说明则为市售或根据现有技术制得的材料。各实施例中所涉及的工艺方法，如无特别说明则为本领域惯常使用的工艺方法。

[0029] 应当理解，尽管在本文中是按照特定顺序来描述方法流程图中的多个步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行所有的步骤才能实现期望的结果。选择性地，可将多个步骤合并为一个步骤执行，或者将一个步骤分解为多个步骤执行。

[0030] 参阅图1所示，本发明的实施例提供一种具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法，其主要包括：步骤S100，提供轻金属物件；步骤S102，在轻金属物件的外表面上形成阳极氧化层；步骤S104，在阳极氧化层上形成保护层；以及步骤S106，利用号数在P500至P10000之间的砂纸对保护层进行研磨。具体来说，本发明实施例中的技术方案，是通过阳极氧化、表面涂装及研磨抛光等处理方式，将轻金属物件的外表面陶瓷化同时具有高光泽感。

[0031] 配合图4及图5所示，上述步骤完成之后，即可得到一种具有陶瓷质感的轻金属物件Z，其包括轻金属物件1、阳极氧化层2以及保护层3。轻金属物件1具有外表面100，阳极氧化层2形成于轻金属物件1的外表面100上并具有多个开孔200，其中多个开孔200在阳极氧化层2上是以朝向轻金属物件1的外表面100延伸的方式成形。保护层3形成于阳极氧化层2上并将多个开孔200密封，另外，保护层3表面300的60°光泽度不小于90GU且表面粗糙度Ra小于0.1μm。

[0032] 下文中，将对本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法的各个步骤进行详细描述。

[0033] 在步骤S100中，轻金属物件1可由铝、镁、钛或它们的合金构成。另外，轻金属物件1可使用多种方式成形，例如压铸、挤压、锻造及切削，以具有实际应用所需的形状(如薄片状)，从而可用于电子产品的外观件如外壳。

[0034] 在步骤S102中，阳极氧化层2是通过阳极氧化处理而形成的结晶状多孔陶瓷层。在执行过程中，是将轻金属物件1作为阳极并浸于碱性电解液中，阴极则采用耐腐蚀性的材料如不锈钢，在特定的操作条件下促使轻金属物件1的整个外表面100上形成有附着良好的阳极氧化层2。在本发明的实施例中，碱性电解液包含氧化剂、pH调节剂及成膜剂，碱性电解液的pH值为8‑13且温度在5℃至40℃的范围内。另外，阳极氧化层2的厚度在3μm至50μm的范围内，外观呈均匀的白色或灰色，表面粗糙度Ra小于1.0μm。

[0035] 氧化剂可选自于硝酸钠、硝酸钾、过锰酸钾和重铬酸钾所组成的群组，pH调节剂可选自于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化镁所组成的群组，成膜剂可选自于硅酸钠、氢氧化铝、磷酸二氢铵、六偏磷酸钠和磷酸三钠所组成的群组。并且，氧化剂、pH调节剂与成膜剂的含量可根据电解液的性能需要进行合理调整。然而，本发明不以上述所举的例子为限。

[0036] 较佳地，配合图3所示，步骤S102的阳极氧化处理为脉冲式阳极氧化处理，其可包括电压缓升阶段M1以及接续在电压缓升阶段M1之后的电压恒压阶段M2，其中电压缓升阶段M1的操作电压是从0V升高至目标电压Vt，且电压恒压阶段M2的操作电压是维持在目标电压Vt。进一步地说，脉冲式阳极氧化处理的操作条件包括：初始电压为0V且目标电压Vt为50V至600V，脉冲频率为500Hz至2000Hz，占空比为1％至50％。另外，电压缓升阶段M1的持续时间为1分钟至10分钟，电压恒压阶段M2的持续时间为5分钟至60分钟，其为电压缓升阶段M1的持续时间的二倍以上。如此操作下，能通过对氧化镁的成核速率、生长速率和溶解速率的控制，提高阳极氧化层2的表面平滑性与致密性，并使多个开孔200在阳极氧化层2上呈规则排列和均匀分布。并且，与一般的阳极氧化处理相比，本发明的阳极氧化处理也有利于降低电能消耗与提高生产效率。

[0037] 在本发明的实施例中，脉冲式阳极氧化处理的目标电压Vt可为50V、100V、150V、200V、250V、300V、350V、400V、450V、500V、550V或600V；脉冲频率可为500Hz、600Hz、700Hz、
800Hz、900Hz、1000Hz、1100Hz、1200Hz、1300Hz、1400Hz、1500Hz、1600Hz、1700Hz、1800Hz、
1900Hz或2000Hz；占空比可为1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或
50％。

[0038] 另外配合图2所示，本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法还可包括预处理步骤，即，在进行阳极氧化处理之前对轻金属物件1进行预处理(步骤S101)。需要说明的是，预处理的手段随不同的目的而有不同；举例来说，预处理的手段可包括脱脂、去碳化、碱洗、酸洗或它们的任意组合，以将轻金属物件1的外表面100上存在的缺陷、脏污、自然氧化膜等去除；或者，预处理的手段可包括抛光、喷砂或两者的组合，以产生特殊表面效果。

[0039] 在步骤S104中，保护层3是通过电封孔的方式而形成。在执行过程中，是将轻金属物件1浸于树脂组合物中，并利用外加电场使树脂成分向轻金属物件1迁移，以在阳极氧化层2上沉积形成均匀的涂膜。进一步而言，保护层3为树脂组合物所形成，树脂组合物包含亚克力树脂及固体粉末，且视需要可进一步包含色料，树脂组合物的固含量为3％至30％，因此可以满足光泽度、硬度、耐候性等性能需要。固体粉末可为金属、非金属或其氧化物的粉末，固体粉末的具体例包括：氧化铝、氧化钛、二氧化硅、氧化铁、氧化锡的粉末及铝、金、银、铁的粉末。电封孔的实施条件可包括：操作电压为1V至150V，持续时间为30秒至10分钟。然后，附着于阳极氧化层2上的涂膜可通过烘烤而固化成保护层3，烘烤条件包括：烘烤温度为100℃至200℃，烘烤时间为15分钟至60分钟。并且，保护层3的一部分填置于阳极氧化层2的多个开孔200内，以将多个开孔200密封。

[0040] 参阅图2并配合图4及图6所示，本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法还可包括：在形成阳极氧化层2的步骤(步骤S102)与形成保护层3的步骤(步骤S104)之间，对轻金属物件1进行染色的步骤(步骤S103)。在执行过程中，是将轻金属物件1浸于染料中，使染料中的颜色成分4如有机颜料沉积于阳极氧化层2上并有至少部分渗入多个开孔200；完成后可视需要进行水洗程序，以将不在开孔200之内的颜色成分4移除。值得说明的是，本发明通过设定的脉冲电压操作阶段控制多个开孔200在阳极氧化层2上的构型与排列分布方式，包括电压缓升阶段M1与电压恒压阶段M2，能达到染色容易且更均匀的效果。另外，在保护层3的存在下，颜色成分4可以长期稳定的保持在阳极氧化层2的多个开孔200内，以使轻金属物件1具有多样的色彩变化。

[0041] 在步骤S106中，是利用号数在P500至P10000之间的砂纸对保护层3进行研磨抛光，且较佳为号数P2000的砂纸，以使保护层3表面300的60°光泽度不小于90GU且表面粗糙度Ra小于0.1μm。因此，可以在达到轻金属物件1的外表面100陶瓷化的同时增加其光泽感。在本发明的实施例中，用于研磨抛光的砂纸可含有以下材料的研磨粒：石榴石、金刚砂、氧化铝、氧化硅、氧化锌和/或氧化铬。保护层3在经过研磨抛光后，厚度减少至原来的20％至80％。

[0042] 本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法将在以下具体例中进一步说明，但所述的具体例仅做为示例说明使用，不应被解释为对本发明实施方式的限制。

[0043] 具体例1

[0044] 将AZ91D镁合金的物件浸于pH＝12的电解液中，电解液的温度为10℃，其包含过硝酸钾(为氧化剂)、氢氧化钾(为pH调节剂)及硅酸钠(为成膜剂)，并配合以下条件进行脉冲式阳极氧化处理：电压缓升阶段的目标电压为200V、脉冲频率为1000Hz、占空比为7％，电压缓升阶段持续5分钟，电压恒压阶段持续20分钟。完成后形成厚度20μm的阳极氧化层。将经过阳极氧化处理的物件浸于红色染料中进行染色15分钟，得到具有红色外观的物件。将此红色外观的物件浸于包含亚克力树脂及氧化铝粉末的树脂组合物中(总固含量为12％)，并在20V电压下进行电封孔5分钟，然后再经过180℃烘烤30分钟。结束后，使用含有氧化硅的砂纸(号数为P2000)进行研磨抛光，得到厚度10μm的红色高光陶瓷质感的物件，其表面的60°光泽度为95GU、表面粗糙度Ra为0.08μm。

[0045] 具体例2

[0046] 将AZ31B镁合金的物件浸于pH＝13的电解液中，电解液的温度为20℃，其包含过锰酸钾(为氧化剂)、氢氧化钠(为pH调节剂)及六偏磷酸钠与磷酸三钠的组合(为成膜剂)，并配合以下条件进行脉冲式阳极氧化处理：电压缓升阶段的目标电压为250V、脉冲频率为800Hz、占空比为5％，电压缓升阶段持续3分钟，电压恒压阶段持续30分钟。完成后形成厚度
30μm的阳极氧化层。将经过阳极氧化处理的物件浸于包含亚克力树脂及二氧化硅粉末的树脂组合物中(总固含量为16％)，并在30V电压下进行电封孔3分钟，然后再经过160℃烘烤60分钟。结束后，使用含有氧化铝的砂纸(号数为P7000)进行研磨抛光，得到厚度20μm的白色高光陶瓷质感的物件，其表面的60°光泽度为100GU、表面粗糙度Ra为0.05μm。

[0047] 具体例3

[0048] 将6063铝合金的物件浸于pH＝11的电解液中，电解液的温度为18℃，其包含硝酸钠(为氧化剂)、氢氧化钠(为pH调节剂)及氢氧化铝(为成膜剂)，并配合以下条件进行脉冲式阳极氧化处理：电压缓升阶段的目标电压为150V、脉冲频率为1200Hz、占空比为10％，电压缓升阶段持续3分钟，电压恒压阶段持续10分钟。完成后形成厚度15μm的阳极氧化层。将经过阳极氧化处理的物件浸于蓝色染料中进行染色30分钟，得到具有蓝色外观的物件。将此蓝色外观的物件浸于包含亚克力树脂及二氧化钛粉末的树脂组合物中(总固含量为10％)，并在100V电压下进行电封孔3分钟，然后再经过200℃烘烤30分钟。结束后，使用含有氧化铝的砂纸(号数为P10000)进行研磨抛光，得到厚度9μm的蓝色高光陶瓷质感的物件，其表面的60°光泽度为92GU、表面粗糙度Ra为0.03μm。

[0049] 具体例4

[0050] 将纯钛的物件浸于pH＝13的电解液中，电解液的温度为10℃，其包含硝酸钾(为氧化剂)、氢氧化锂(为pH调节剂)及硅酸钠与六偏磷酸钠的组合(为成膜剂)，并配合以下条件进行脉冲式阳极氧化处理：电压缓升阶段的目标电压为120V、脉冲频率为1500Hz、占空比为8％，电压缓升阶段持续2分钟，电压恒压阶段持续12分钟。完成后形成厚度10μm的阳极氧化层。将经过阳极氧化处理的物件浸于包含亚克力树脂及银粉末的树脂组合物中(总固含量为14％)，并在25V电压下进行电封孔10分钟，然后再经过170℃烘烤40分钟。结束后，使用含有金钢砂的砂纸(号数为P2000)进行研磨抛光，得到厚度4μm的灰色高光陶瓷质感的物件，其表面的60°光泽度为90GU、表面粗糙度Ra为0.08μm。

[0051] 实施例的有益效果

[0052] 本发明的其中一种有益效果在于，本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法，凭借“形成阳极氧化层于所述轻金属物件的外表面上”、“形成保护层于所述阳极氧化层上”和“利用号数在P500至P10000之间的砂纸对所述保护层进行研磨，以使所述保护层表面的60°光泽度不小于90GU且表面粗糙度Ra小于0.1”，以使轻金属物件具有多样的色彩变化与陶瓷质感外观，从而获得独特的表面装饰效果。

[0053] 更进一步来说，本发明的具有陶瓷质感的轻金属物件的制作方法所使用的阳极氧化处理为脉冲式阳极氧化处理，其可包括电压升压阶段及接续在电压升压阶段之后的电压恒压阶段，如此操作下，能通过对氧化镁的成核速率、生长速率和溶解速率的控制，提高阳极氧化层的表面平滑性与致密性，并使多个开孔在阳极氧化层上呈规则排列和均匀分布。并且，与一般的阳极氧化处理相比，本发明的阳极氧化处理也有利于降低电能消耗与提高生产效率。

[0054] 再者，本发明通过设定的脉冲电压操作阶段控制多个开孔在阳极氧化层上的构型与排列分布方式，包括电压缓升阶段与电压恒压阶段，能达到染色容易且更均匀的效果。

[0055] 以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。