用于通過金屬絡(luò)合物注入形成白色陽極化膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明描述的實施例涉及陽極化膜和用于形成陽極化膜的方法。更具體地，描述 了用于提供具有不透明白色外觀的陽極化膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陽極化是一種電化學(xué)工藝，其使得金屬表面上自然形成的保護(hù)性氧化物變厚且變 堅韌。陽極化工藝涉及將金屬表面的一部分轉(zhuǎn)換成陽極膜。因此，陽極膜變成金屬表面的一 體部分。由于其硬度的原因，陽極膜可為底層金屬提供耐腐蝕性和表面硬度。此外，陽極膜 可增強金屬表面的外表外觀。陽極膜具有可被染料注入的多孔微結(jié)構(gòu)。染料可添加從陽極 膜的頂表面觀察到的特定顏色。例如，可在陽極膜的孔內(nèi)注入有機染料以向陽極膜添加多 種顏色中的任一種。可通過調(diào)整染色工藝來選擇顏色。例如，可控制染料的類型和數(shù)量以向 陽極膜提供特定顏色和暗度。
[0003] 然而，用于對陽極膜進(jìn)行著色的常規(guī)方法一直未能獲得具有清晰飽滿的白色外觀 的陽極膜。相反，常規(guī)技術(shù)獲得的膜看起來是灰白色、淺灰色、奶白或略透明的白色。在一些 應(yīng)用中，這些接近白色的陽極膜可能看起來顏色單調(diào)并在外觀上不吸引人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本文描述了涉及陽極膜或陽極化膜以及用于在襯底上形成陽極膜的方法的各種 實施例。實施例描述了用于制備視覺上不透明且顏色為白色的保護(hù)性陽極膜的方法。
[0005] 根據(jù)一個實施例，描述了一種用于提供對入射在暴露的第一表面上的幾乎所有波 長的可見光進(jìn)行反射的陽極膜的方法。陽極膜包括多個孔，所述孔被表征為具有平均孔徑 并且各自在第一表面處具有開口。該方法包括通過第一表面處的開口將金屬離子注入到陽 極孔中。金屬離子被表征為具有小于平均孔徑的平均離子直徑，從而使注入的金屬離子迀 移到與開口相對的孔末端。該方法還涉及將注入的金屬離子轉(zhuǎn)換成更大的金屬氧化物顆 粒，該金屬氧化物顆粒被表征為具有將金屬氧化物顆粒包埋在孔中的尺寸。金屬氧化物顆 粒提供光散射介質(zhì)，該介質(zhì)通過對入射在第一表面上的幾乎所有波長的可見光進(jìn)行漫反射 而形成白色外觀。
[0006] 根據(jù)另一個實施例，描述了一種金屬部件。該金屬部件包括設(shè)置于金屬部件的底 層金屬表面上方的保護(hù)膜。該保護(hù)膜包括多孔陽極膜，該陽極膜具有與部件的頂表面對應(yīng) 的頂表面。多孔陽極膜包括多個平行布置的孔，該孔具有與頂表面相鄰的頂端和與該部件 的底層金屬表面相鄰的底端?？椎闹辽僖徊糠志哂凶⑷肫渲械慕饘傺趸镱w粒。金屬氧化 物顆粒提供光散射介質(zhì)，以用于對入射在頂表面上的幾乎所有可見波長的光進(jìn)行漫反射， 并賦予多孔陽極膜白色外觀。
[0007] 根據(jù)另外一個實施例，描述了一種用于在部件上形成對入射在暴露的第一表面上 的幾乎所有波長的可見光進(jìn)行反射的保護(hù)層的方法。保護(hù)層包括多個孔，該孔被表征為具 有平均孔徑并且各自在第一表面處具有開口。該方法包括利用電解工藝在孔的至少一部分 內(nèi)驅(qū)動多個金屬絡(luò)合物離子。在電解工藝期間，底層金屬表面充當(dāng)電極，該電極朝向金屬襯 底吸引金屬絡(luò)合物離子并將其吸引至與孔的開口相對的孔底端。該方法還涉及允許金屬絡(luò) 合物離子在孔內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以形成金屬氧化物顆粒。金屬氧化物顆粒提供光散射介質(zhì)， 該介質(zhì)用于對入射在頂表面上的幾乎所有可見波長的光進(jìn)行漫反射，由此賦予保護(hù)層白色 外觀。
【附圖說明】
[0008] 參考以下描述以及附圖可更好地理解所述實施例。此外，參考以下描述和附圖可 更好地理解所述實施例的優(yōu)點。
[0009] 圖1A和圖1B分別示出了利用傳統(tǒng)陽極化技術(shù)形成的陽極化膜的一部分的透視圖 和首U視圖。
[0010]圖2A-圖2E示出了經(jīng)歷陽極化工藝以提供具有分支孔的陽極化膜的金屬襯底的剖 視圖。
[0011] 圖3示出了指示用于提供具有分支孔的陽極化膜的陽極化工藝的流程圖。
[0012] 圖4A-圖4E示出了經(jīng)歷陽極化工藝以提供具有注入金屬氧化物顆粒的陽極化膜的 金屬襯底的剖視圖。
[0013] 圖5示出了描述用于提供具有注入金屬絡(luò)合物的陽極化膜的陽極化工藝的流程 圖。
[0014] 圖6A和圖6B示出了經(jīng)歷陽極化工藝以提供具有注入金屬氧化物顆粒的分支孔結(jié) 構(gòu)的陽極化膜的金屬襯底的剖視圖。
[0015] 圖7示出了指示用于提供具有分支孔和注入金屬絡(luò)合物的陽極化膜的陽極化工藝 的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下公開描述了陽極膜和用于形成陽極膜的方法的各種實施例。在以下描述和附 圖中闡述了特定細(xì)節(jié)，以提供對本發(fā)明技術(shù)的各種實施例的透徹理解。此外，在其他合適的 結(jié)構(gòu)和環(huán)境中可組合本發(fā)明技術(shù)的各種特征、結(jié)構(gòu)和/或特性。在其他情況下，在以下公開 中未詳細(xì)示出或描述熟知的結(jié)構(gòu)、材料、操作和/或系統(tǒng)，以避免不必要地使該技術(shù)的各種 實施例的描述難以理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可無需本文闡述的一個或 多個細(xì)節(jié)，或利用其他結(jié)構(gòu)、方法、部件等來實踐本發(fā)明技術(shù)。
[0017] 本申請論述了外觀為白色的陽極膜和用于形成此類陽極膜的方法。通常，白色是 對幾乎所有可見波長的光進(jìn)行漫反射的物體的顏色。本文描述的方法提供了陽極膜內(nèi)的內(nèi) 表面，該內(nèi)表面可對通過陽極膜的外表面的基本上所有波長的可見光進(jìn)行漫反射，從而賦 予陽極膜白色外觀。該陽極膜可充當(dāng)保護(hù)層，因為它能夠為底層襯底提供耐腐蝕性和表面 硬度。白色陽極膜很適合向消費產(chǎn)品的可見部分提供保護(hù)性且美觀的表面。例如，本文描述 的方法可用于為電子設(shè)備的金屬外殼和殼體提供保護(hù)性且具有吸引力的外觀部分。
[0018] 用于形成白色陽極膜的一種技術(shù)涉及一種光學(xué)方法，在該方法中，膜的多孔微結(jié) 構(gòu)被修改以提供光散射介質(zhì)。該技術(shù)涉及在陽極模內(nèi)形成分支的或不規(guī)則布置的孔。該分 支孔系統(tǒng)可對來自襯底的頂表面的入射可見光進(jìn)行散射或漫反射，從而給予陽極膜如從襯 底的頂表面觀看到的白色外觀。
[0019] 另一項技術(shù)涉及一種化學(xué)方法，在該方法中，在陽極膜的孔內(nèi)注入金屬絡(luò)合物。金 屬絡(luò)合物是金屬氧化物的離子形式，其是在電解質(zhì)溶液中提供的。在向電解質(zhì)溶液施加電 壓時，可以向陽極膜的孔中汲取金屬絡(luò)合物。一旦處于孔中，金屬絡(luò)合物就可經(jīng)歷化學(xué)反應(yīng) 以形成金屬氧化物。在一些實施例中，金屬氧化物的顏色為白色，由此賦予陽極膜白色外 觀，該白色外觀可從襯底的頂表面被觀察到。
[0020] 如本文所用，術(shù)語陽極膜、陽極化膜、陽極層、陽極化層、氧化物膜和氧化物層可互 換使用，并且指任何適當(dāng)?shù)难趸锬?。陽極膜形成于金屬襯底的金屬表面上。金屬襯底可包 括多個合適金屬中的任一種金屬。在一些實施例中，金屬襯底包含純鋁或鋁合金。在一些實 施例中，合適的鋁合金包括1000、2000、5000、6000和7000系列鋁合金。
[0021]圖1A和圖1B分別示出了利用傳統(tǒng)陽極化技術(shù)形成的陽極化膜的一部分的透視圖 和剖視圖。圖1A和圖1B示出了具有設(shè)置于金屬襯底104上方的陽極膜102的部件100。通常， 通過將金屬襯底的頂部部分轉(zhuǎn)換成氧化物來在金屬襯底上生長陽極膜。因此，陽極膜變成 金屬表面的一體部分。如圖所示，陽極膜102具有多個孔106,它們是相對于襯底104的表面 基本垂直形成的細(xì)長開口?？?06均勻地形成于整個陽極膜102內(nèi)并相對于彼此平行，并相 對于頂表面108和金屬襯底104垂直。每個孔106都具有陽極膜102的頂表面108處的開口端 和鄰近金屬襯底104的封閉端。陽極膜102-般具有半透明的特性。也就是說，入射在頂表面 108上的大部分可見光能夠穿透陽極膜102并由金屬襯底104反射。因此，具有陽極膜102的 金屬部件一般會具有略柔和的金屬外觀。
[0022] 形成分支孔結(jié)構(gòu)
[0023] -種用于在襯底上提供白色陽極膜的方法涉及在陽極膜內(nèi)形成分支孔結(jié)構(gòu)。圖 2A-圖2E示出了經(jīng)歷陽極化工藝以提供具有分支孔的陽極膜的金屬部件200的表面的剖視 圖。在圖2A處，將襯底202的頂部部分轉(zhuǎn)換成阻隔層206。如此，阻隔層206的頂表面對應(yīng)于部 件200的頂表面204。阻隔層206-般是薄型的較致密的具有均勻厚度的阻隔氧化物，該阻隔 氧化物是非多孔層，因為其基本沒有孔，諸如部件100的孔106。在一些實施例中，形成阻隔 層206可涉及在包含中性至弱堿性溶液的電解質(zhì)浴中對部件200進(jìn)行陽極化。在一個實施例 中，使用包含單乙醇胺和硫酸的弱堿性浴。在一些實施例中，阻隔層206在頂表面204處具有 鋸齒狀部分208。與典型的多孔陽極膜的孔相比，鋸齒狀部分208的形狀一般寬而淺。阻隔層 206通常生長至小于約1微米的厚度。
[0024] 在圖2B處，在阻隔層206內(nèi)形成分支結(jié)構(gòu)210。在一些實施例中，鋸齒狀部分208可 方便形成分支結(jié)構(gòu)210。類似于陽極化工藝，可通過利用弱酸浴使部件200暴露于電解工藝 而在阻隔層206內(nèi)形成分支結(jié)構(gòu)210。在一些實施例中，在形成分支結(jié)構(gòu)210期間施加恒定電 壓。表1提供了適于在阻隔層206內(nèi)形成分支結(jié)構(gòu)210的電解工藝條件范圍。
[0025] 表 1
[0026]

[0027] 由于阻隔層206-般不導(dǎo)電且為致密的，因此在阻隔層206內(nèi)形成分支結(jié)構(gòu)210的 電解工藝與使用典型陽極化工藝形成孔相比一般較慢。該工藝期間的電流密度值一般較 低，因為電解工藝較慢。并非諸如圖1A和圖1B的孔106所示的長的平行孔，分支結(jié)構(gòu)