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激光熔覆表面处理

阅读：443发布：2021-02-24

IPRDB可以提供激光熔覆表面处理专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种金属壳体，该金属壳体具有使用激光熔覆工艺涂覆有熔覆材料的表面区域。金属壳体可形成电子设备外壳的至少一部分。壳体的一个或多个表面的全部或部分可涂覆有熔覆材料。熔覆材料的涂层可在壳体的选择性区域处变化以在这些区域处提供不同的结构特性。熔覆材料的涂层可在选择性区域处变化以提供外表外观方面的对比。，下面是激光熔覆表面处理专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包括：

提供形成电子设备外壳的至少一部分的金属壳体，所述金属壳体包括外表面区域；以及在所述表面区域上执行激光熔覆工艺，其中所述表面区域涂覆有熔覆材料以形成熔覆区域。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述熔覆区域上执行修整工艺。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述修整工艺选自抛光、喷砂、砂磨、滚光、刷光、电解抛光、化学抛光以及它们的任何组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属壳体是经修整的金属壳体，在所述经修整的金属壳体中，在所述表面区域上执行激光熔覆工艺的步骤之前，在所述金属壳体的所述表面区域上执行修整工艺。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述外表面区域是所述金属壳体的外表面中的沟槽，并且其中所述熔覆区域是镶嵌的熔覆区域，其中执行激光熔覆工艺的所述步骤包括使用所述熔覆材料来填充所述沟槽以形成所述镶嵌的熔覆区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述熔覆区域具有选自耐腐蚀性、硬度和断裂韧度的结构特性，其中所述结构特性高于下方表面区域的对应的结构特性。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述金属壳体包括第二外表面区域，所述方法还包括：在所述第二表面区域上执行阳极化工艺以形成阳极化区域，其中所述熔覆区域包括所述金属壳体的拐角，并且其中所述阳极化区域延伸以在所述拐角处与所述熔覆区域会合；

以及

任选地，在所述阳极化区域和所述熔覆区域中的至少一者上执行修整工艺，其中所述修整工艺包括移除工艺，所述移除工艺使得所述阳极化区域和所述熔覆区域在这些区域会合于所述拐角处的地方彼此大体上齐平。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属壳体具有第二外表面区域，其中执行激光熔覆工艺的所述步骤包括在所述第二表面区域上执行所述激光熔覆工艺，其中所述第二表面区域涂覆有第二熔覆材料以形成第二熔覆区域。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二熔覆材料具有与所述第一熔覆材料的组成不同的组成。

10.根据权利要求8所述的方法，其中执行激光熔覆工艺的所述步骤包括：将所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料放置到模具中以形成熔覆预成型件；

将所述金属壳体放置到所述模具中，其中在所述模具中，所述熔覆预成型件的所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料附着到所述金属壳体的相应的所述第一外表面区域和所述第二外表面区域；

将具有附着到所述金属壳体的所述熔覆预成型件的所述金属壳体从所述模具移除；以及向所述熔覆预成型件施加激光束以形成所述第一熔覆区域和所述第二熔覆区域，其中所述激光束的作用使得在所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料与所述金属壳体的相应的所述第一外表面区域和所述第二外表面区域之间形成冶金粘结。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在将所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料放置到所述模具中之前将所述金属壳体放置到所述模具中。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一熔覆区域的硬度高于所述第二熔覆区域的硬度，并且其中所述第二熔覆区域的断裂韧度高于所述第一熔覆区域的断裂韧度。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一外表面区域和所述第二外表面区域形成所述金属壳体的同一表面的至少一部分。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述金属壳体包括两个表面，所述第一外表面区域形成所述两个表面中的一者的至少一部分，并且所述第二外表面区域形成所述两个表面中的另一者的至少一部分。

15.一种方法，包括：

提供形成电子设备外壳的至少一部分的金属壳体，所述金属壳体包括第一表面区域和第二表面区域；以及在所述第一表面区域上执行激光熔覆工艺以形成第一熔覆层；以及

在所述第二表面区域上执行激光熔覆工艺以形成第二熔覆层，

其中所述第一熔覆层和所述第二熔覆层具有不同的特性。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述第一熔覆层和所述第二熔覆层上执行修整工艺。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一熔覆层和所述第二熔覆层的所述不同特性包括所述第一熔覆层和所述第二熔覆层在结构特性或厚度方面的差异，其中所述结构特性选自耐腐蚀性、硬度和断裂韧度。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述第一熔覆层和所述第二熔覆层的所述不同特性包括所述第一熔覆层和所述第二熔覆层在颜色方面的差异。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一熔覆层由第一熔覆材料形成，并且所述第二熔覆层由第二熔覆材料形成，其中所述第一熔覆层和所述第二熔覆层的所述不同特性包括所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料在组成方面的差异。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料的所述组成各自包括陶瓷和金属，其中所述第一熔覆材料和所述第二熔覆材料在组成方面的所述差异包括在所述第一熔覆材料中的所述陶瓷的体积百分比大于在所述第二熔覆材料中的所述陶瓷的体积百分比。

21.一种电子设备外壳，包括：

金属壳体，其中所述金属壳体包括：底层金属基底；和

在所述底层金属基底的区域上的涂层，其中所述涂层通过使用激光熔覆工艺所形成的冶金粘结而被熔合至所述底层金属基底，其中所述涂层具有高于所述底层金属基底的对应的结构特性的结构特性，所述结构特性选自耐腐蚀性、硬度和断裂韧度。

22.根据权利要求21所述的电子设备外壳，其中所述金属壳体还包括在所述底层金属基底的第二区域上的第二涂层，其中所述涂层通过使用激光熔覆工艺所形成的冶金粘结而被熔合至所述底层金属基底。

23.根据权利要求22所述的电子设备外壳，其中所述第一区域上的所述第一涂层具有高于所述第二区域上的所述第二涂层的硬度的硬度。

24.根据权利要求21所述的电子设备外壳，其中所述金属壳体包括在所述底层金属基底的第二区域上的阳极化层，其中所述第一区域包括所述金属壳体的拐角，并且其中所述阳极化层与所述拐角相邻。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的电子设备外壳，其中所述涂层具有构成所述电子设备的外部暴露表面的抛光的表面。

说明书全文

激光熔覆表面处理

背景技术

[0001] 技术领域

[0002] 本发明涉及对金属制品的表面的处理以及一种具有经处理的表面的制品。更具体地，本发明涉及执行激光熔覆(cladding)处理以利用熔覆材料来涂覆金属壳体的一个或多个表面的全部或部分，并且进一步涉及一种金属壳体，这种金属壳体在选择性区域上具有不同的熔覆材料涂层以在金属壳体的这些区域处提供不同的结构特性和/或装饰特性。

[0003] 背景技术

[0004] 商业和消费品工业中的许多产品是金属制品或者包括金属壳体。这些产品的金属表面可通过任意种工艺来处理以改变表面从而产生所期望的效果，无论是功能性的(诸如耐腐蚀性和耐磨损性)、装饰性的(诸如颜色、反光度或表面纹理)或两者。这类特性对于消费者是很重要的，因为他们想要购买具有将承受日常使用的正常磨损并且依旧看起来崭新的表面的产品。这类表面处理的一个例子是阳极化。将金属表面阳极化使金属表面的一部分转变成金属氧化物，从而形成金属氧化物层。通过阳极化所形成的金属氧化物层的多孔性质可用于吸收染料，以对阳极化的金属表面赋予颜色。虽然阳极化的金属表面可提供增强的耐腐蚀性和耐磨损性，但可能难以在金属制品的边缘处诸如拐角处形成金属氧化物层。金属氧化物垂直地向表面中生长和从表面垂直地向外生长，并且这些生长表面在拐角处相交使得拐角本身不具有金属氧化物生长。

发明内容

[0005] 从广义上讲，可使用激光熔覆工艺对金属壳体进行表面处理以在壳体的表面区域上形成熔覆层。熔覆层可具有高于底层金属基底的对应的结构特性的一种或多种结构特性，该结构特性选自耐腐蚀性、硬度和断裂韧度。熔覆层可具有不同于底层金属基底的对应的装饰特性的装饰特性，该装饰特性诸如颜色、反光度和/或纹理。金属壳体可形成电子设备外壳的全部或部分。

[0006] 金属壳体可包括具有熔覆层的第二表面区域。第一表面区域和第二表面区域上的熔覆层可具有不同的特性。例如，熔覆层可具有不同的结构特性，诸如不同的耐腐蚀性、硬度和/或断裂韧度。熔覆层可具有不同的厚度。熔覆层可具有不同的外观，诸如不同的颜色、反光度和/或纹理。第一表面区域和第二表面区域上的熔覆层可具有不同的组成，这可实现熔覆层之间的在结构特性或外观方面的差异。可使用相应的阳极化和激光熔覆工艺对金属壳体进行表面处理以在一个表面区域上形成阳极化层并且在另一表面区域上形成熔覆层。金属壳体可具有与阳极化层相邻的非阳极化拐角，并且这些拐角可涂覆有熔覆层。

附图说明

[0007] 并入本文中并且形成说明书的一部分的附图以举例的方式而非限制的方式示出本发明。附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理，并且使相关领域中的技术人员能够进行和使用本发明。

[0008] 图1是根据本专利申请的一个实施例的示例性方法的流程图，该示例性方法用于对金属壳体进行表面处理以获得激光熔覆的表面区域。

[0009] 图2至图4是根据本专利申请的一个实施例的金属壳体的放大的横截面侧视图，该金属壳体处于图1的方法中的不同阶段。

[0010] 图5是根据本专利申请的一个实施例的示例性子步骤的流程图，该示例性子步骤用于执行图1的方法的激光熔覆步骤。

[0011] 图6至图8是根据本专利申请的一个实施例的金属壳体的放大的横截面侧视图，该金属壳体处于执行图5的激光熔覆子步骤的不同阶段。

[0012] 图9是根据本专利申请的一个实施例的示例性子步骤的流程图，该示例性子步骤用于执行图1的方法的激光熔覆步骤。

[0013] 图10是根据本专利申请的一个实施例的示例性方法的流程图，该示例性方法用于对金属壳体进行表面处理以获得阳极化的表面区域和激光熔覆的另一表面区域。

[0014] 图11至图14是根据本专利申请的一个实施例的金属壳体的放大的横截面侧视图，该金属壳体处于图10的方法中的不同阶段。

[0015] 图15是示例性电子设备的透视图，该示例性电子设备具有根据本专利申请的方法的实施例而制作的金属壳体。

具体实施方式

[0016] 将参考附图来对本发明进行描述，在附图中类似的附图标号是指类似的元件。虽然对具体配置和布置进行了讨论，但应当理解，这只是出于示例性目的而进行的。相关领域中的技术人员将认识到，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可使用其他的配置和布置。对相关领域中的技术人员将显而易见的是，本发明还可用于多种其他应用。

[0017] 在本文所呈现的实施例中，使用激光熔覆工艺对金属壳体进行表面处理以在壳体的表面区域上形成熔覆层。熔覆层可比底层金属基底更耐用或在装饰上更具吸引力，并且为壳体提供更耐用和/或更具吸引力的表面。例如，在一些实施例中，熔覆层可具有高于底层金属基底的对应的结构特性的结构特性，该结构特性选自耐腐蚀性、硬度和断裂韧度。熔覆层可具有不同于底层金属基底的装饰特性的装饰特性，该装饰特性诸如颜色、反光度和/或纹理。

[0018] 如本领域的技术人员所已知的，激光熔覆工艺是一种硬涂覆技术，在该硬涂覆技术中使用激光束来将具有期望特性的熔覆材料熔合至金属基底上，从而在熔覆材料和金属基底之间形成冶金粘结。激光熔覆可产生由熔覆材料所形成的熔覆层，与其他硬涂覆技术相比，这种熔覆层在纯度、同质性、硬度、粘性和微观结构方面具有优异的特性。可控制激光束以提供基底和熔覆材料的集中加热和局部熔融。与常规焊接相比，激光熔覆可提供最小化的摊薄(dilution)和较小的热影响区，在该热影响区中基底和熔覆材料熔融并且最小程度地混合在一起以实现冶金粘结。使用激光熔覆工艺可避免熔覆材料和基底之间的高度混合，该高度混合可使所得的熔覆层的特性劣化。在本文所呈现的一些实施例中，使用激光熔覆工艺来熔覆金属壳体的表面区域。在一些实施例中，激光熔覆可用于形成金属壳体本身，在该金属壳体中使用激光熔覆工艺将壳体制造为近似网形的部件。

[0019] 可使激光熔覆工艺自动化并且可控制激光熔覆工艺以用熔覆层来精确地涂覆金属壳体的选择性表面区域。熔覆层的厚度可根据目标结构特性和/或装饰特性(例如，颜色、反光度和/或纹理)来选择。激光熔覆工艺可控制熔覆层的沉积以实现在若干微米至若干厘米之间变化的期望厚度。例如，在一些实施例中，激光熔覆工艺用于施加具有约50Rm至约2mm范围内的厚度或在其他实施例中约0.1mm至约0.5mm的厚度的熔覆层。示例性沉积速率可涉及对于具有约1mm的厚度的熔覆层而言每分钟若干平方厘米。

[0020] 可使用广泛选择范围的同源和非同源的粉末材料作为熔覆材料，并且可根据目标结构特性和/或装饰特性来选择这些材料。在一些实施例中，熔覆材料可包括陶瓷和金属。例如，熔覆材料可包括悬浮在金属基质(例如，不锈钢和其他钢合金，以及铝、镍、钴、镁、钛及它们的合金)中的陶瓷颗粒(例如，碳化钛、碳化钨)。在一些实施例中，基质金属被选择为形成金属基底的相同的金属。熔覆金属基质和金属基底的同质性可改善冶金粘结。陶瓷与金属的比率可根据目标结构特性和/或装饰特性来选择。例如，增加陶瓷颗粒在金属基质中的负载可实现更硬、更易碎的熔覆层。降低陶瓷颗粒在金属基质中的负载可实现更不易碎(即，更低的断裂韧度)并且具有更低硬度的熔覆层。更硬的熔覆层可更耐磨蚀、刮伤以及其他磨损，并且更不易碎的熔覆层在金属壳体的使用期间在经受冲击力时可更抗压裂。在一些实施例中，熔覆层的材料包括在可延展的金属基质中的硬的、易碎颗粒(例如，碳化物)，这种可延展的金属基质改善了熔覆材料的抗断裂性。可选择陶瓷颗粒与基质材料的比率以实现硬度和断裂韧度特性两者的所期望的平衡。

[0021] 在一些实施例中，熔覆材料中的陶瓷颗粒的体积百分比不超过约60体积％、不超过约50体积％、或者为约40体积％至约50体积％。在一些实施例中，可将熔覆材料的粉末材料与粘合剂混合以形成凝聚的粉末或形成糊剂以有利于在激光熔覆工艺期间将熔覆材料施加到金属基底。

[0022] 可根据目标装饰特性来选择熔覆材料。例如，也可通过改变金属基质的组成和/或陶瓷颗粒与金属基质的比率来修改熔覆层的颜色。例如，在一些实施例中，通过改变熔覆材料的组成来实现的不同颜色呈现为不同的灰色阴影。在一些实施例中，在熔覆材料中使用玻璃基质，这可使得熔覆层半透明或透明，并且底层金属基底的颜色可通过熔覆层来示出。另外也可通过调整基质中颗粒的大小和/或形状来改变熔覆层的装饰特性，这可以影响纹理。

[0023] 金属壳体的金属基底可为用于形成金属壳体的任何合适的金属(例如，不锈钢和其他钢合金，以及铝、镍、钴、镁、钛及它们的合金)。金属壳体可使用任何金属加工工艺(例如，挤出、浇铸、锻造、机加工、金属注塑(MIMS)工艺)来形成。

[0024] 例如，在根据本文所呈现的一些实施例的实现激光熔覆金属壳体的方法中，金属壳体可被锻造，其中任何另外的结构细节其后进行机加工(诸如使用例如计算机数制(CNC)来进行机加工以提供沟槽或孔或者精修壳体的轮廓)。然后，可利用熔覆材料来激光熔覆金属壳体的一个或多个表面的全部或部分。例如，在一些实施例中，金属壳体的外表面的全部或部分被激光熔覆。在一些实施例中，金属壳体的整个外表面被激光熔覆。在激光熔覆工艺后，可将任何另外的结构细节机加工至激光熔覆表面中。在一些实施例中，金属壳体形成电子设备外壳的全部或部分。可在金属壳体的外表面上提供激光熔覆表面以构成设备的外部暴露表面。

[0025] 在执行激光熔覆工艺之前，可为金属壳体提供初始基础表面修整，并且在执行激光熔覆工艺之后，可在熔覆层上提供修整。例如，在进行激光熔覆之前，可在金属基底的表面区域上执行修整工艺诸如喷砂，并且可在所得的熔覆层上执行修整工艺诸如抛光。可在金属基底或熔覆层上执行相关领域中的技术人员已知的任何机械或化学修整工艺。机械修整工艺的非限制性例子包括抛光(例如，打磨或擦光)、喷砂(例如，喷粗砂或喷砂粒)，以及整体修整方法诸如砂磨、滚光、刷光，以及它们的任何组合。化学修整工艺的非限制性例子包括电解抛光和化学抛光，诸如光亮浸渍。此外，对表面区域上的熔覆层的修整可包括施用顶涂层，诸如粉末涂层、清漆涂层、漆或其他装饰性修整层。在一些实施例中，对表面区域上的熔覆层的修整还可包括用于相对于相邻表面层来整平熔覆层的移除过程(例如，机加工)(参见例如，在稍后描述的图2至图4以及图10中所示的实施例的步骤30和50)。

[0026] 激光熔覆工艺可涉及1阶段或2阶段过程，如相关领域中的技术人员所已知的。在1阶段过程中，在施加激光束期间施用熔覆材料(例如，作为沿着激光束馈送的粉末或线材)。通过相对于在本领域中已知的激光位置的同轴的或侧向的喷嘴，该粉末可注射至基底上。在2阶段过程中，将熔覆材料预置在基底表面上(例如，作为预置的粉末、糊剂/粘合剂混合物、板、线材，通过等离子体喷涂或火焰喷涂)。然后使用激光束来将熔覆材料熔融至基底上。在一些实施例中，在3-D壳体的多个表面上的熔覆材料的预置可通过使用模具来实现，在该模具内，预成型件被附着到金属壳体(参见例如，稍后描述的图9的激光熔覆步骤)。随着熔覆材料被预置在壳体的期望表面区域上，金属壳体然后被移除。然后可施加激光束以在期望表面区域处将预置的熔覆材料粘结至壳体。

[0027] 如在本领域中所已知的，激光束使得在光束的路径中形成熔体池。从熔体池移除光束允许该池凝固并且产生沿循光束路径的实心熔覆层的轨道。然后，如果需要，可在第一熔覆层的顶部沉积另一熔覆层以实现最终熔覆层的期望的厚度或特性。或者激光束或者基底可保持静止，而控制另一个基底或激光束在x、y和z方向上移动使得光束沿基底的表面行进，从而局部地熔融光束路径中的熔覆材料以将熔覆材料粘结至基底上。在一些实施例中，可在激光熔覆之前对金属基底进行预热，以便减小熔覆层中的冷却速率并且最小化或防止该层在冷却时的断裂。

[0028] 金属壳体上的所得熔覆层可为一层或多层堆叠的熔覆层。在一些实施例中，熔覆层是一层熔覆层，并且在一些实施例中，熔覆层是多层熔覆层。在多层熔覆层形成熔覆层的情况下，熔覆层的数量被优化至最小量，因为相邻熔覆层之间的粘结可能失效并且不利地影响熔覆层的机械特性。

[0029] 现在将描述图1至图15的流程图和图示以进一步说明根据本文所呈现的实施例的示例性的方法和激光熔覆金属壳体。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本文所公开的一个实施例的任何特征均可与本文所公开的任何其他实施例的任何特征相结合。因此，上文所描述的方法和金属壳体的任何特征均可与下文参考图1至图15所描述的方法和金属壳体的任何特征相结合。

[0030] 图1是用于对金属壳体进行表面处理以获得激光熔覆的表面区域的示例性方法的高级流程图。该方法包括提供金属壳体的步骤10(在一些实施例中，该步骤可具有如上所述的基础修整)，接着是步骤20和任选的步骤30。在步骤20中，在金属壳体的一个或多个区域上执行激光熔覆。任选地，步骤20之后可以是在一个或多个熔覆区域上执行修整工艺的步骤30。

[0031] 在一些实施例中，激光熔覆工艺用于沉积熔覆材料的镶嵌物。例如，要进行激光熔覆的表面区域是在金属壳体的表面中的沟槽。对沟槽进行激光熔覆可将熔覆材料镶嵌在沟槽中。沟槽中的所得的熔覆层可经受修整工艺，该修整工艺移除任何多余的镀层使得熔覆层与壳体的相邻表面大体上齐平。图2至图4是根据本文所呈现的一个实施例的金属壳体在图1方法的不同阶段的放大的横截面侧视图，其中熔覆材料被镶嵌在金属壳体上。如图2所示，在步骤10中提供了金属壳体15。金属壳体15具有包括形成表面区域16a的区域的表面16。表面区域16a是表面16中的沟槽14。在图3所示的步骤20中，执行激光熔覆工艺以用熔覆层25来涂覆表面区域16a以便使用熔覆材料来填充沟槽14。在熔覆层25和表面区域16a的下层金属之间形成冶金粘结70。在熔覆工艺后，层25的多余的熔覆材料可能从沟槽14中延伸出来，高于壳体15的表面16。在图4所示的步骤30中，使熔覆层25经受修整工艺以移除这一多余的熔覆材料。熔覆层25的修整表面与壳体15的相邻表面16大体上齐平，并且熔覆层25具有对应于沟槽14的深度的厚度。图2至图4仅仅是示例性的并且提供本文所述的方法的说明性目的，并且为了包括由熔覆层25所形成的熔覆区域的处理金属壳体15的其他变型在随后的实施例中进行了描述并且对于本领域的技术人员而言应是显而易见的。

[0032] 在一些实施例中，金属壳体可包括涂覆有各自具有不同特性的一个或多个熔覆层的一个或多个另外的表面区域。例如，在一些实施例中，金属壳体可包括具有第二熔覆层的第二表面区域。第一表面区域和第二表面区域上的熔覆层可具有不同的特性(例如，不同的结构特性和/或装饰特性)。在一些实施例中，第一表面区域和第二表面区域上的熔覆层可具有不同的组成，这可实现熔覆层之间的在结构特性或外观方面的差异。例如，熔覆层的组成可包括陶瓷和金属，并且陶瓷与金属的比率可在不同表面区域处的熔覆层之间变化。在一些实施例中，第一表面区域和第二表面区域上的熔覆层可具有不同的厚度。在用户操纵金属壳体期间可能暴露于更高可能性的接收冲击的表面区域与不具有相同可能性的冲击暴露的另一表面区域上的熔覆层相比，可具有更高抗断裂性的熔覆层。在使用金属壳体期间可能暴露于更高可能性的接收刮伤或磨蚀的表面区域与不具有相同可能性的此类暴露的另一表面区域上的熔覆层相比，可具有提供更高硬度的熔覆层。

[0033] 图5是用于执行激光熔覆工艺以实现具有不同特性的熔覆层的不同表面区域的步骤20的示例性子步骤21和23的高级流程图。在步骤21中，激光熔覆金属壳体的第一表面区域使其具有第一熔覆层，并且在步骤23中，激光熔覆金属壳体的第二表面区域使其具有第二熔覆层。图6至图8是示出了子步骤21和23的金属壳体15的放大的横截面侧视图。在所示的步骤10的实施例中，提供金属壳体15，其中金属壳体15的表面16包括第一表面区域16a和第二表面区域16b。金属壳体15具有不同的表面18，该表面具有表面区域18a。表面16和18彼此紧邻，其中表面区域16b和18a在共享边缘处、在拐角19处会合。
在图7所示的步骤21中，使用激光熔覆工艺将第一熔覆层25涂覆在第一表面区域16a上。
在图8所示的步骤23中，使用激光熔覆工艺将第二熔覆层35涂覆在第二表面区域16b、表面区域18a中的任一区域上，或涂覆在这两个区域上。如图8所示，激光熔覆两个表面区域
16b和18a使其具有第二熔覆层35。在熔覆层25和35与表面16和18的下层金属之间形成冶金粘结70。

[0034] 熔覆层25和35可具有不同的特性(例如，诸如稍前所描述的结构特性和/或装饰特性)。在一些实施例中，熔覆层25和35由相同的熔覆材料形成(具有相同的组成)但具有不同的厚度，这导致层25和35之间在特性方面的差异。在一些实施例中，熔覆层25和35由不同的熔覆材料形成(具有不同的组成)。熔覆层25和35(具有不同的组成)还可在厚度方面不同。在一些实施例中，熔覆层25和35的熔覆材料组成在组分的类型和/或量方面不同。对于包括悬浮在基质材料(例如，金属基质)中的颗粒(例如，陶瓷颗粒)的熔覆材料而言，基质材料的类型或颗粒的类型可在熔覆层25和35的组成之间不同。熔覆层25和35的组成还可在颗粒与基质材料的相对比率(例如，体积比)方面不同。

[0035] 在一些实施例中，熔覆层25和35的熔覆材料可各自包括相同的陶瓷和金属基质，其中组成方面的差异在于每层熔覆层中的陶瓷颗粒的体积百分比方面的差异。仅作为例子而非作为限制，第一熔覆层25中的陶瓷颗粒的体积百分比可大于第二熔覆层35中的陶瓷颗粒的体积百分比，或反之亦然。在一些实施例中，熔覆层25和35的这种在特性方面的差异可通过改变形成熔覆层25和35的熔覆材料的组成来实现。例如，熔覆层35的组成可具有更低体积百分比的硬陶瓷颗粒(相对于熔覆层25的组成)以改善断裂韧度，并且熔覆层25的组成可具有更高体积百分比的硬陶瓷颗粒以改善硬度。在图8的实施例中，熔覆层35涂覆金属壳体15的拐角19。在用户操纵金属壳体15期间，拐角19可能具有比表面区域
16a更高可能性的接收冲击力。例如，手持式电子设备可包括在其外表面上具有熔覆层25和35的金属壳体15(参见例如，稍后描述的图8的设备100)。如果设备掉落在地上，拐角
19可以是受到地面的冲击的可能位点。在使用金属壳体15期间，表面区域16a可具有比拐角19处的表面区域16b和18a更高可能性的接收刮伤或磨蚀。在此类情况下，期望熔覆层
35具有比熔覆层25更高的断裂韧度，并且熔覆层25具有比熔覆层35更高的硬度。

[0036] 图6至图8仅仅是示例性的并且提供本文所述的方法的说明性目的，并且为了包括由相应的熔覆层25和35所形成的两个熔覆区域来处理金属壳体15的其他变型在随后的实施例中进行了描述并且对于本领域的技术人员而言应是显而易见的。还应当显而易见的是，多于两个的熔覆层可对金属壳体15的相应表面区域进行激光熔覆。

[0037] 1阶段或2阶段激光熔覆工艺的用途可用于用熔覆层25和35来涂覆金属壳体15。在一些实施例中，熔覆层25和35依次涂覆在彼此紧邻(例如，区域16和16b或区域16b和
18a)并且彼此邻接的表面区域上。在此类实施例中，可使用合适的掩蔽材料来掩蔽壳体15上的一个熔覆层(例如，层25)，而通过激光熔覆工艺来沉积另一个熔覆层(例如，层35)。
掩蔽可用于提供将熔覆层25和35沉积在它们会合的边界处的另外的精确度。在一些实施例中，可借助激光束的聚焦以期望的精确度来沉积熔覆材料，并且掩蔽是不必要的。

[0038] 在采用2阶段过程的一些实施例中，可使用模具来在施加激光束之前将熔覆材料(例如，层25和35的熔覆材料)预置在3-D基底上(例如，金属壳体15的表面16和18上)。图9是用于使用模具来执行2阶段激光熔覆工艺的步骤20的示例性子步骤22、24、26和28的高级流程图。作为一个示例性实施例，在描述图9的子步骤时，将参考图8所示的熔覆层25和35。在步骤22中，将熔覆材料放置在模具中以形成熔覆预成型件，并且在步骤24中，将金属壳体15放置于模具中。将熔覆材料放置在模具中(步骤22)可发生在将金属壳体15放置在模具中(步骤24)之前或之后。熔覆预成型件可在模具的内部对齐排成一行，使得模具中的壳体15的表面区域16a面向对应于熔覆层25的熔覆材料，并且使得壳体15的表面区域16b和18a面向对应于熔覆层35的熔覆材料。在模具中，使第一熔覆层25和第二熔覆层35的材料附着到相应的表面区域16a、16b和18a。可使用任何合适的机制来将熔覆材料的预成型件附着到金属壳体15的表面。例如，在一些实施例中，使用粘合剂来将熔覆预成型件附着到壳体15。在步骤26中，将金属壳体15从模具中移除。金属壳体15具有附着到其上的熔覆预成型件。在步骤28中，对熔覆预成型件施加激光束以便以冶金方式(参见例如，冶金粘结70，图8)将熔覆材料粘结至表面区域16a、16b和18a以形成相应的熔覆层25和35。

[0039] 应当理解，前面对具有图8中的两个熔覆层25和35的涂覆壳体15的参考仅仅是示例性的并且提供图9的子步骤的说明性目的，并且其他变型对于本领域的技术人员而言应是显而易见的。例如，在一些实施例中，可采用图9的子步骤利用一个熔覆层(例如，层25或35中任一个)来对3-D金属壳体的全部或部分进行激光熔覆，或者利用多于两个熔覆层对3-D金属壳体的全部或部分进行激光熔覆。

[0040] 在一些实施例中，可使用相应的阳极化和激光熔覆工艺对金属壳体进行表面处理以在一个表面区域上形成阳极化层并且在另一表面区域上形成熔覆层。金属壳体可具有与阳极化层相邻的非阳极化的拐角，并且这些拐角可涂覆有熔覆层。因此，可能难以用金属氧化物层来形成阳极化层的表面(诸如拐角)可反而被激光熔覆。图10是用于对金属壳体进行表面处理以获得激光熔覆的表面区域和阳极化的另一表面区域的示例性方法的高级流程图。该方法包括：提供金属壳体(在一些实施例中，可具有如上所述的基础修整)的步骤10、接着是熔覆步骤20和阳极化步骤40(以任一顺序)，以及任选的步骤50。在熔覆步骤20中，在金属壳体的第一表面区域上执行激光熔覆工艺以形成熔覆区域。在阳极化步骤40中，在金属壳体的第二表面区域上执行阳极化工艺以形成阳极化区域。任选地，熔覆步骤
20和阳极化步骤40之后可以是在熔覆区域和阳极化区域中的任一者或两者上执行修整工艺的步骤50。可使用本领域的技术人员已知的任何合适的修整工艺来用于熔覆区域和阳极化区域。如本领域中已知的，对于阳极化区域，修整工艺可包括染色和/或密封阳极化区域。在染色和/或密封后，可执行另外的修整步骤(例如，抛光或纹理化)，包括早前参考壳体的基质金属以及熔覆层的修整所描述的任何机械和化学修整工艺。

[0041] 如前所述，激光熔覆工艺可为本领域的技术人员已知的一种或多种激光熔覆表面处理中的任一种。阳极化工艺可为本领域的技术人员已知的一种或多种阳极化表面处理中的任一种。此类阳极化表面处理可包括例如标准阳极化和硬阳极化方法。标准阳极化和硬阳极化是本技术领域的术语。标准阳极化是指使用硫酸浴的能够产生最多至约25微米(μm)的氧化物层的阳极化工艺。硬阳极化是指使用维持在约或略高于水的冰点(例如在约0和5摄氏度之间的范围内)处的硫酸浴以产生最多至约100微米的氧化物层的阳极化工艺。当利用同一溶液染色时，以及当都未染色时，标准阳极化层的颜色通常比硬阳极化层更亮。正如其名称所隐含的，硬阳极化层比标准阳极化层更硬并且因此更耐刮伤且更耐磨。在一些实施例中，可使用双阳极化处理来形成阳极化层25，由此阳极化层25包括标准阳极化和硬阳极化层和/或区域两者，诸如在美国专利公布No.2011/0017602中详细描述的，该专利以引用的方式全文并入本文中。

[0042] 在一些实施例中，熔覆步骤20包括图5的子步骤，由此熔覆区域包括具有不同熔覆层的区域，该不同熔覆层可具有不同的特性。在一些实施例中，熔覆步骤20包括图9的子步骤，其中采用使用模具的2阶段熔覆工艺来对第一表面区域进行激光熔覆。熔覆步骤20可在阳极化步骤40之前或之后进行。在一些实施例中，可使用合适的掩蔽材料来掩蔽第一表面区域和第二表面区域中的一者，同时在第二表面区域和第一表面区域中的另一者上执行操作时。例如，熔覆步骤20可在阳极化步骤40之前进行。在熔覆第一表面区域时可掩蔽第二表面区域。可移除第二表面区域上的掩蔽，并且然后可掩蔽熔覆的区域。掩蔽可保护熔覆区域不受随后的阳极化工艺的非期望的影响。然后可阳极化第二表面区域，之后可移除熔覆区域上的掩蔽。在一些实施例中，可使用激光束的聚焦以期望的精确度来沉积熔覆材料，并且第二表面区域的掩蔽是不必要的。

[0043] 又如，阳极化步骤40可在熔覆步骤20之前进行。在阳极化第二表面区域时可掩蔽第一表面区域。可移除第一表面区域上的掩蔽，并且然后可掩蔽阳极化区域。然后可对第一表面区域进行激光熔覆，之后可移除阳极化区域上的掩蔽。在一些实施例中，可使用激光束的聚焦以期望的精确度来沉积熔覆材料，并且阳极化区域的掩蔽是不必要的。

[0044] 图11至图14是在步骤40在步骤20之前进行的实施例中的金属壳体15在图10的方法的不同阶段处的放大的横截面侧视图。在图11所示的实施例中，在步骤10中，金属壳体15具有表面16和18，这两个表面由被斜截并且具有表面12的拐角19接合。在图12所示的阳极化步骤40中，将表面16和18阳极化以形成相应的阳极化层45和47。在图13所示的熔覆步骤20中，利用熔覆层35来对斜截拐角19的表面12进行激光熔覆。阳极化层45延伸来在斜截拐角19的边缘11处与熔覆层35会合。阳极化层47延伸来在斜截拐角19的边缘13处与熔覆层35会合。在图14所示的步骤50中，在层45、47和/或35上进行修整工艺。例如，可对阳极化层45和/或47进行染色和/或密封，并且还可具有抛光或喷砂修整。例如，熔覆层35可具有抛光或喷砂修整。在所示的实施例中，在步骤20后，阳极化层45和47在边缘11和13处高于熔覆层35而延伸。在此类实施例中，用于阳极化层45和47的修整工艺可包括移除多余的金属氧化物，使得阳极化层45和47在这些层在边缘11和13处接触的位置与熔覆层35大体上齐平。作为如本文所描述利用激光熔覆工艺和阳极化工艺来处理金属壳体15的结果，可能难以阳极化的斜截拐角19可反而利用熔覆层35进行熔覆。此外，熔覆层35可具有提供与底层金属基底相比改善的结构特性和/或装饰特性的特性。例如，熔覆层35可具有比底层金属基底更高的耐腐蚀性。可选择熔覆层35的组成以提供改善的硬度和/或断裂韧度。例如，熔覆层35可被配置为具有足够的断裂韧度以承受在使用金属壳体期间拐角19可能暴露于的期望的冲击力和/或磨蚀。图11至图14仅仅是示例性的并且提供用于本文所述的方法的说明性目的，并且为了包括熔覆区域和阳极化区域来处理金属壳体15的其他变型对于本领域的技术人员而言应是显而易见的。

[0045] 根据本文所描述的方法而制造的金属壳体的应用可包括具有由金属制成的壳体的任何产品。在一些实施例中，产品是电子设备(例如，PC计算机、平板电脑、移动电话、MP3播放器、扫描仪)，并且金属壳体15形成电子设备的外壳的全部或部分。图15示出根据本专利申请的一个实施例的示例性MP3播放器设备100的透视图。设备100具有外壳110，该外壳包括相反的前壁和后壁17(在所示视图中，后壁被隐藏)，该前壁和后壁通过围绕前壁和后壁17的外周延伸的金属壳体15而接合在一起。金属壳体具有顶部外表面和底部外表面16(在所示视图中，顶表面被隐藏)，以及左侧和右侧外表面18(在所示视图中，左侧表面被隐藏)。金属壳体15的底表面16包括在点m处会合的相邻表面区域16a和16b。表面区域16a利用熔覆层25来进行激光熔覆，并且表面区域16b利用熔覆层35来来进行激光熔覆。连接器端口112和114(例如，用于接收音频和电源插座)形成在底表面16的表面区域16a中。侧表面18包括也利用熔覆层35来进行激光熔覆的表面区域18a。因此，熔覆层35涂覆金属壳体15的拐角19。其他外表面16和18(在所示视图中被隐藏)可同样在局部表面区域处利用一个或多个熔覆层来进行激光熔覆。例如，还可沉积熔覆层35来涂覆金属壳体15的点a、b、c处的其他三个拐角。金属壳体15的内表面也利用一个或多个熔覆层(例如，熔覆层25和/或35)来进行激光熔覆。在一些实施例中，前壁和后壁17可以是金属的，并且壁17的表面的全部或部分可进行激光熔覆、阳极化和/或具有另一种金属表面处理。

[0046] 在一些实施例中，在使用设备100期间，表面区域16a可能比表面区域16b和18a具有更高可能性的接收刮伤或磨蚀(例如，表面区域16a可能被附接至连接器端口112和114的音频和电源插座所刮伤)。如果用户掉落了设备100，则拐角19可能比表面区域16a具有更高可能性的接收更大冲击力。在此类情况下，期望熔覆层35具有比熔覆层25更高的断裂韧度，并且熔覆层25具有比熔覆层35更高的硬度。

[0047] 对特定实施例的上述说明将如此完全地展现本发明的一般性质，使得其他人在不需要过度实验和不脱离本发明一般概念的情况下，能够通过运用本领域技术范围内的知识容易地对此类特定实施例的各种应用进行修改和/或调整。因此，基于本文呈现的教导和指导，此类调整和修改旨在处于本文所公开的实施例的等同物的含义和范围之内。

[0048] 应当理解，本文中的措辞或术语是出于说明的目的，而不是为了进行限制，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员按照所述教导和指导来进行解释。另外，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，但应当仅根据以下权利要求书及其等同物来进行限定。

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一种金属表面处理剂-专利编号CN109722658A	2020-05-12	337
铝制热交换器用表面处理剂及表面处理方法-专利编号CN103857828B	2020-05-12	934
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一种用于镁合金表面处理的专用表面处理剂-专利编号CN101240419A	2020-05-13	909
一种金属表面处理工艺-专利编号CN110643979A	2020-05-11	495
金属表面处理剂及金属表面处理方法-专利编号CN105164313A	2020-05-11	154
表面处理设备-专利编号CN103692668A	2020-05-11	926

激光熔覆表面处理

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