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最全的手机行业表面处理新工艺

发布时间:2021-01-19 09:23编辑:小狐阅读: 542次 手机阅读

什么是表面处理

表面处理是利用物理学、化学、材料学和制造学等多学科的边缘性新技术,来改变零部件表面的状况和性质的一种工艺。

表面处理应用于各个领域,例如人类生产用的工业用品、生活用的日常用品、消费品、工艺品等。不同产品有不同需求,对应的表面处理方式也不同。

工业用品,多以改变表面性能为目的。主要为增强表面刚度、硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等性能需求。

工业消费品,改性满足功能要求的同时也注重装饰性。例如汽车外表面的表面处理,采用静电喷涂的方式,既有保护车体的功能需求也有美观的装饰属性。

日常用品,重视装饰,满足客户体验感,同时也需要满足防腐蚀、耐磨、防酸碱度等性能要求。

最全的手机行业表面处理新工艺(图1)

表面处理常用于塑胶、金属、玻璃等材质产品

最全的手机行业表面处理新工艺(图2)

表面处理常用的方式

表面处理技术在消费电子产业应用

智能手机消费电子的表面处理多采用最先进的工艺。目前常用的手机外壳多为塑胶外壳和金属外壳。手机表面处理主要针对外壳、卡托、按键、充电接口等精密结构件。表面处理的方法大致可以分为物理法和化学法,物理法包括:喷涂、PVD、NVCM、磁控溅射、蒸发镀、离子注塑、镭雕等;化学法主要包括:电泳、水电镀、阳极氧化、微弧氧化、化学腐蚀等。

最全的手机行业表面处理新工艺(图3)

手机表面处理方法分为物理方法和化学方法两大类

其中,真空镀膜和阳极氧化是目前两种常用的表面处理方法。

真空镀膜法

在手机消费电子的表面处理中,物理气相沉积(PVD)是最主要的真空镀膜方法。其原理为:在真空条件下,将金属气化成原子或分子,或者使其离子化成离子,直接沉积到工件表面,形成涂层,其沉积粒子束于非化学因素,如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。

真空不导电电镀,称NCVM,是一种真空电镀的高新技术。也是目前塑胶件外壳广泛采用的物理法表面处理工艺之一。采用新的镀膜技术、新的材料,做出普通真空电镀的不同颜色的金属外观效果,起到美化工件表面之功用。

最全的手机行业表面处理新工艺(图4)

NCVM目前广泛用于塑胶件外壳的真空镀膜工艺

最全的手机行业表面处理新工艺(图5)

真空镀膜表面处理的应用范围和优势

镭雕工艺是2014年推出的一种表面处理工艺。和网印移印相似,都是在产品上印字或图案之类的,是一种用光学原理进行表面处理的工艺。3D镭雕已成功应用在智能手机外壳的表面处理中。

最全的手机行业表面处理新工艺(图6)

3D镭雕新工艺

NCL(NCVM coating laser)电镀+喷涂+镭雕,是当下最为流行的一种塑胶件外壳表面处理新工艺,可以使得塑胶件呈高度仿真金属的效果。NCL工艺可以将高级聚碳酸酯做出铝合金喷砂阳极氧化及高光的金属效果,实现高度模拟金属的光泽和质感。

最全的手机行业表面处理新工艺(图7)

NCL工艺使塑胶件高度仿真金属效果

阳极氧化

阳极氧化只能针对金属外壳,多为铝、铝合金材质。目前广泛应用的是普通硫酸阳极氧化法。

硬质氧化:以阳极氧化膜的硬度和耐磨性作为首要性能目标的阳极氧化。硬质阳极氧化与普通阳极氧化的原理、设备、工艺和检测各方面没有本质差别,仅存在不同侧重之处,硬质阳极氧化是设法降低氧化膜的溶解性以增厚其膜厚增强膜层硬度。

最全的手机行业表面处理新工艺(图8)

硬质阳极氧化比普通阳极氧化效果更好,但脆性变差

最全的手机行业表面处理新工艺(图9)

苹果6S,7系铝合金外壳采用阳极氧化进行表面处理

阳极氧化的主要工艺流程:脱脂除油—碱腐蚀—抛光—阳极氧化—染色—封孔处理。其中碱腐蚀的目的是去除铝合金表面致密但不均匀的氧化膜,对高硅铝合金,采用HN03、HF混合溶液,其他铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液。

最全的手机行业表面处理新工艺(图10)

阳极氧化的工艺流程和作用

不同材质手机结构件表面处理应用

手机结构件的表面处理质量与基础结构件的本身的质地有关。针对不同的工艺生产的不同材料的手机结构件,需要有不同的表面处理方法。目前常用的材料包括塑胶、金属、玻璃和陶瓷,常用的加工方法有压铸、CNC加工、锻造和冲压。

塑胶件外壳主要通过注塑成型制备

塑胶件主要是通过注塑成型的方式来完成,注塑成型是将已加热融化的材料喷射注入到模具内,经由冷却与固化后,得到成型品的方法,适用于量产形状复杂产品。主要工序包括:合模、注射、保压、冷却、开模和取出。

最全的手机行业表面处理新工艺(图11)

塑胶件的注塑成型工艺流程

最全的手机行业表面处理新工艺(图12)

注塑过程中四大核心是材料、模具、工艺和设计

金属类外壳主要通过CNC或压铸法制备

金属外壳精密结构件主要由四种方式制备:压铸、CNC加工、锻造和冲压。其中前两种更为常用,以韩国三星、LG等厂商为首,主要采用压铸法加工金属外壳;以苹果为代表的厂商主要采用CNC加工金属外壳。

最全的手机行业表面处理新工艺(图13)

典型手机的加工方式

压铸法成本低于CNC法,但结构件质量难以控制。类似于塑料的注塑成型,将熔融金属液体高压注入带有手机壳模样的模具里经冷却成型;该方法对于大批量生产具有明显的成本优势,但是由于压铸铝的沙孔、流痕、纹路不一致等难题,其表面处理的难度较高,成品率相比最低。

CNC法是高成本换取高品质的工艺。采用数控机床,对金属内腔、外腔等进行粗铣、精铣、抛光等处理,以形成精密结构件。CNC方法加工周期最长,但成品率高、外观质感最好,属于典型的高成本换取高品质的工艺。

锻造工艺难于设计。将金属加热到一定温度,使用工具锻打成型。锻压的手机外壳成本中等、质量中等,但设计空间较小。

冲压可设计性最差,常用于低端手机中。常温下的金属加工工艺,主要对象为金属板材。冲压手机外壳大部分性能参数都十分优异,其加工成本最低、加工周期最短、成品率最高,外观质感仅次于全CNC,但是可设计性最差。也就是说冲压难以成型结构复杂的手机外壳,常在低价位手机中应用。

以上几种方法可以单独使用,也可以配合使用,以完成金属外壳结构件的制备。

最全的手机行业表面处理新工艺(图14)

精密结构件加工方式的6个考量维度

手机表面处理发展趋势

目前手机外壳主要以塑胶和金属为主,玻璃和陶瓷材料作为后起之秀,有望成为下一代手机的外壳材质。

最全的手机行业表面处理新工艺(图15)

塑胶件

最全的手机行业表面处理新工艺(图16)

OPPO中端机新品塑胶外壳呈金属效果

玻璃

手机玻璃外壳的主要表面处理方式:丝印、喷涂、镀膜、镭雕、AF处理,其中玻璃镀膜就是在玻璃表面涂渡一层或多层金属膜或金属化合物,以改变玻璃光学性能和物理性能。玻璃镀膜的优点:防止漆面氧化、增强韧性和延伸性、耐高温、易清洗、防划痕、耐腐蚀等。

3D玻璃由于表面光滑,高曲面度,导致贴合性不强,镀膜难度更大。目前可以采用的方法包括:1.贴合膜方案:在一张膜上提前丝印、喷镀、镭雕好颜色后,将其3D成型,再贴合在玻璃后壳上;2.直接镀膜+3D喷绘法:直接在玻璃上进行表面处理,后者处理效果更好,但难度也更大。

最全的手机行业表面处理新工艺(图17)

玻璃镀膜的制备方法

陶瓷

陶瓷表面处理原理和塑胶表面处理类似。陶瓷和塑胶均采用物理法表面处理工艺,区别在于,陶瓷表面附着力不如塑胶好。由此需要对陶瓷表面进行预处理。预处理可以通过增加陶瓷表面粗糙度而增加结合面积,增加贴合附着力;或者通过陶瓷表面和第一层薄膜发生化学反应,形成微细孔洞,而增加附着力。

阳极氧化在陶瓷表面处理工艺中扮演预处理的角色,目的是通过化学反应使陶瓷表面形成微小的细孔,让涂层进入微孔后增加附着力。陶瓷外壳主要表面处理工艺包括:抛光、拉丝、喷砂、镭雕、PVD、AF处理,其中AF处理,又称指纹涂层处理,用以防止指纹和油污沾附、耐磨性好。

本文相关词条概念解析:

表面

表面是指固体表层一个或数个原子层的区域。由于表面粒子(分子或原子)没有邻居粒子,使其物理性和化学性与固体内部明显不同。表面电子结构状况不仅直接影响外来原子或分子在固体表面上的吸附和催化反应,也是影响复合材料结合强度,复层光电薄膜性能的关键因素。对于这种表面结构的测定,已不能采用通常三维体相X射线衍射(XRD)技术,而必须依赖低能电子衍射(LEED),才能获得二维点阵,元格基矢的大小及相对于基底表面的晶格取向。表面特殊电子结构的存在,是影响表面光,电吸收和发射,以及影响表面或界面电子传输特性的关键因素。

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