用于通过在阳极化工艺之前或期间定位反射颗粒来制备白色外观金属氧化物膜的方法
【技术领域】
[0001]本公开整体涉及制备阳极膜的方法。更具体地，本发明公开了通过使用反射颗粒来制备具有白色外观的阳极膜的方法。
【背景技术】
[0002]阳极化是一种用于增大金属部件表面上的天然氧化物层的厚度的电解钝化工艺，其中待处理的部件形成电路的阳极。所得的金属氧化物膜(称为阳极膜)增强了金属部件表面的耐腐蚀性和耐磨性。阳极膜还可用于许多装饰性效果。例如，已经开发出给阳极膜着色的技术，这些技术可为阳极膜提供感知到的色彩。例如，可将蓝色染料注入阳极膜的孔内，使得从阳极膜的表面观察时，阳极膜呈蓝色。
[0003]在一些情况下，可能有利的是形成具有白色的阳极膜。然而，为提供白色外观阳极膜所做的传统尝试产生了呈灰白色或浅灰色的膜，而不是对许多人有吸引力的明快的白色。
【发明内容】
[0004]本文描述了涉及白色外观阳极膜及其形成方法的各种实施方案。
[0005]根据一个实施方案，描述了一种用于在金属基底上形成金属氧化物膜的方法。该方法包括将反射颗粒定位在金属基底内。该方法还包括将金属基底的至少一部分转换成金属氧化物膜，使得金属氧化物膜包括嵌入在其中的反射颗粒的至少部分反射颗粒。嵌入的反射颗粒赋予金属氧化物膜白色外观。
[0006]根据另一个实施方案，描述了一种部件。该部件包括金属基底。该部件还包括形成在金属基底上的金属氧化物膜。该金属氧化物膜包括被第二金属氧化物部分围绕的第一金属氧化物部分的图案。每个第一金属氧化物部分包括嵌入在其中的反射颗粒，使得金属氧化物膜呈现白色外观。
[0007]根据又一个实施方案，描述了一种用于在金属基底上形成金属氧化物膜的方法。该方法包括将反射颗粒添加到电解质浴中。该方法还包括通过在电解质浴中将金属基底阳极化来形成金属氧化物膜，使得反射颗粒的至少部分反射颗粒在阳极化期间嵌入金属氧化物膜内。嵌入的反射颗粒赋予金属氧化物膜白色外观。
[0008]下文将详细描述这些实施方案和其他实施方案。
【附图说明】
[0009]通过参考结合附图所作的以下描述可最佳地理解所述实施方案及其优点。这些附图绝不会限制本领域的技术人员在不脱离所述实施方案的实质和范围的情况下可对所述实施方案作出的形式和细节方面的任何改变。
[0010]图1A至图1C示出为金属氧化物膜提供感知到的白色外观的各种光散射机制。[0011 ]图2示出了指示相对光散射与平均颗粒直径之间的关系的曲线图。
[0012]图3示出经历传统着色方法之后的部件的横截面图。
[0013]图4示出在阳极化工艺之前或期间经历颗粒嵌入工序的部件的横截面图。
[0014]图5示出被配置为使金属与反射颗粒共沉积的电镀单元。
[0015]图6A至图6B示出经历共电镀工艺的部件的横截面图，该共电镀工艺涉及金属与反射颗粒的共沉积。
[0016]图7示出指示涉及使用参考图5和图6A至图6B所述的共电镀工艺形成白色金属氧化物膜的步骤的流程图。
[0017]图8A至图8F示出经历热注入工序及随后的阳极化工艺的部件的横截面图。
[0018]图9A至图9E示出经历不同的热注入工序及随后的阳极化工艺的另一个部件的横截面图。
[0019]图10示出指示涉及在基底上形成白色金属氧化物膜的步骤的流程图，这些步骤涉及参考图8A至图8F和图9A至图9E所述的热注入工艺。
[0020]图1IA至图1IC示出经历喷砂工艺的部件的横截面图。
[0021]图12示出指示涉及使用参考图1lA至图1lC所述的基底喷砂工艺形成白色金属氧化物膜的步骤的流程图。
[0022]图13A至图13C示出经历复合金属层的形成的部件的横截面图，该复合金属层的形成涉及粉末冶金工艺。
[0023]图14A至图14D示出经历复合金属层的形成的部件的横截面图，该复合金属层的形成涉及反射颗粒多孔预成型件的形成。
[0024]图15A至图lf5D示出经历复合金属层的形成的部件的横截面图，该复合金属层的形成涉及铸造工艺。
[0025]图16示出指示形成白色外观金属氧化物膜的步骤的流程图，这些步骤涉及参考图13A至图13C、图14A至图14D和图15A至图1所述的复合材料的形成。
[0026]图17A示出用于在阳极化工艺期间形成氧化物层并且同时将颗粒沉积到氧化物层内的阳极化单元。
[0027]图17B示出在同时进行颗粒嵌入和阳极化工艺之后的部件的横截面图。
[0028]图18示出指示涉及通过同时进行颗粒嵌入和阳极化工艺形成白色金属氧化物膜的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0029]本部分描述了根据本专利申请的方法的代表性应用。提供这些实施例仅是为了添加上下文并有助于理解所述实施方案。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所述实施方案。在其他情况下，为了避免不必要地模糊所述实施方案，未详细描述熟知的处理步骤。其他应用也是可能的，使得以下实施例不应视为是限制性的。
[0030]本申请涉及用于改善金属氧化物涂层的装饰性和白度的方法和装置的各种实施方案。所述方法包括在阳极化工艺之前或期间将反射颗粒定位在基底上或基底内，以使所得的金属氧化物膜呈白色。白色外观金属氧化物膜非常适合于为消费型产品的可见部分提供具有保护性且吸引人的表面。例如，本文描述的方法可用于提供电子设备(诸如总部在Cupertino ,California的Apple Inc.制造的那些电子设备)的金属壳体和外壳的具有保护性且在装饰上吸引人的外部部分。
[0031 ]本申请描述在基底上形成金属层，然后将金属层的至少一部分转换成金属氧化物层的各种方法。如本文所述，术语“膜”、“层”和“涂层”可互换使用。在一些实施方案中，金属层是铝层。除非另有描述，否则如本文所用，“铝”和“铝层”可指任何合适的含铝材料，包括纯铝、铝合金或铝混合物。如本文所用，“纯”或“接近纯”的铝通常指与铝合金或其他铝混合物相比具有更高的铝金属百分比的铝。如本文所用，术语“氧化物膜”、“氧化物层”、“金属氧化物膜”和“金属氧化物层”可互换使用，并且可指任何适当的金属氧化物膜。在一些实施方案中，使用阳极化工艺将金属氧化物层转换成金属氧化物层。因此，金属氧化物层可称为阳极膜。
[0032]通常，白色是对几乎所有可见波长的入射光进行散射的物体的色彩。因此，当入射在金属氧化物膜顶表面的几乎所有可见波长的光被散射时，金属氧化物膜可被感知为白色。赋予金属膜白色外观的一种方式是将反射颗粒嵌入该膜内。颗粒可影响从金属氧化物膜通过反射、折射和衍射进行的光散射。反射涉及当光在膜内的颗粒处反弹时其方向的改变。折射涉及当光从一种介质传到另一种介质(诸如从氧化物膜介质到颗粒介质)时其方向的改变。衍射涉及当光绕过路径中的颗粒时其方向的改变。
[0033]图1A至图1C示出金属氧化物膜中的颗粒如何分别通过反射、折射和衍射来散射光。在图1A中，光线106进入金属氧化物膜102，该金属氧化物膜具有嵌入在其中的颗粒104。如图所示，光线106在颗粒104的一个颗粒处反弹并从氧化物膜102的顶表面108离开。这样，光线106在颗粒104处反射离开。在图1B中，光线110进入金属氧化物膜102，并在其遇到第一颗粒104时改变方向。光线110随后遇到第二、第三和第四颗粒104，每次它都改变方向，直到光线110最终从氧化物膜102的顶表面108离开。这样，光线110被氧化物膜102内的若干颗粒104折射。在图1C中，传入光被示为光波112。光波112进入金属氧化物膜102并遇到第一颗粒104，这导致光波112发生衍射。衍射时，光波112扩散并在不同方向上散射。光波112随后可遇到第二颗粒104，这导致进一步衍射，直到光波112从氧化物膜的顶表面108离开。因此，入射光可通过反射、折射和衍射的方式在颗粒104处散射，从而赋予氧化物膜102从顶表面108观察时的白色外观。应该指出的是，本文提及的“反射颗粒”可指当定位在氧化物膜内时可反射、折射和/或衍射可见光的颗粒。在一些实施方案中，颗粒需要使传入的可见光高度反射、折射和/或衍射，以便提供足够白的金属氧化物膜。
[0034]—般来讲，颗粒104的折射率越高，从氧化物膜102发生的散射量将越大。颗粒的反射率与其折射率成正比。因此，具有高折射率的颗粒通常具有高反射性。对于本文所述的实施方案，可使用能够与传入光相互作用使得金属氧化物膜呈白色的任何合适类型的颗粒。在一些实施方案中，颗粒具有高折射率。在一些实施方案中，颗粒包括由诸如氧化钛、氧化锆、氧化锌和氧化铝等金属氧化物制成的那些。在一些实施方案中，使用诸如铝、钢或铬颗粒的金属颗粒。在一些实施方案中，使用诸如碳化钛、碳化硅或碳化锆的碳化物。在一些实施方案中，使用金属氧化物、金属和碳化物颗粒中的一种或多种的组合。应当理解，上述实施例并非意在表示可根据本文所述的实施方案使用的颗粒的详尽列表。
[0035]除颗粒的材料之外，颗粒的尺寸也会影响发生的光散射的量。这是因为颗粒尺寸会影响发生的光折射的量。图2示出显示相对光散射与平均纳米颗粒直径(nm)之间的关系的曲线图200。如图所示，具有约200和300nm范围内的平均直径的颗粒表现出最大的光散射量。该范围对应于可见光波长的约一半。具有小于200nm或大于300nm的平均直径的颗粒也可制备具有白色外观的阳极膜。然而，需要更多的具有小于200nm或大于300nm的直径的颗粒，以便制备与由具有约200和300nm之间的直径的颗粒制备的膜的白度量相同的膜。
[0036]颗粒的形状也会影响阳极膜外观的白度的量。在一些实施方案中，具有大致球形形状的颗粒散射光最高效，从而赋予膜最白的外观。氧化物膜内的颗粒的数量可根据氧化物膜的所需装饰性和结构特性而变化。通常有利的是，使用足够的颗粒来产生白色外观氧化物膜，但颗粒的数量不能多到使氧化物膜变得具有高应力。过多的颗粒可导致氧化物膜失去其结构完整性并导致膜内出现裂纹。
[0037]在本文所述的实施方案中，反射颗粒在阳极化工艺之前或阳极化工艺期间被置于基底上。这导致与使用传统方法着色的阳极膜相比，颗粒在阳极膜内的放置不同。在传统方法中，染料在已经形成阳极膜之后被沉积到阳极膜的孔中。举例而言，图3示出经历传统着色方法之后的部件300的近距离横截面图。在阳极化工艺期间，基底302的一部分被转换成阳极膜304。阳极孔306在相对于顶表面308垂直的方向上生长并且高度有序，因为它们彼此平行而且间隔均匀。在基底302的一部分转换成阳极膜304之后，染料颗粒305被沉积到孔306内，从而赋予基底302色彩，该色彩与染料颗粒305的色彩一致。
[0038]在本文所述的实施方案中，该方法涉及在阳极化之前或阳