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深圳市鑫迪科技有限公司技术总监 邱耀弘博士
图：会议现场
材料制造加工一般分类两类：减材制造和增材制造。减材制造是我们目前应用最广的制造方法，如：车、铣、刨等；增材制造是近年来非常流行的方法，如：3D打印。和材料制造相类似，获取微/纳米结构也有减材和增材两大类方法。下面我们具体看一下：
一、材料削减法(Remove material, RM)
获取微/纳米结构的减材方法主要通过液体刻蚀和高能量移除的方法实现。其中，酸刻蚀条件温和、表面处理效果均匀、360°无死角，目前应用广泛。高能移除法会使金属结构件产生高温，会产生一定的变形和残留应力，且不适合复杂结构，故目前应用不多。
1．均质相金属
图：均质相金属的刻蚀效果
这类处理技术常用于铝/镁合金。如上图所示：金属光滑的表面通过酸等重复刻蚀，得到大的纳米洞（200-500nm），大纳米洞中有小的纳米孔（20-80nm）。这类技术广泛应用于手机结构件中（纳米注塑的前处理）。
2．兼具软硬相的非均质相金属
图：兼具软硬相非均质相金属的刻蚀效果
这类处理技术常用于钛和铜。通过酸蚀作用，金属表面软相被除去，留下硬相部分（如上图所示）；硬相突出的纳米峰尺寸为100-500nm（白色部分），软相“平地”呈现暗色。
3．晶界侵蚀的非均质金属
图：晶界侵蚀的均质金属的刻蚀效果
这类处理技术常用于不锈钢与铁系合金中。不锈钢系列合金含有大量的耐蚀-镍、铬金属﹐因此处理相当费时﹐利用晶粒边界的低含镍与铬量﹐进行深孔腐蚀﹐因此深度甚至达10mm = 10,000nm。
通过比较，前三类方法得到的纳米孔洞尺寸大小为：均质相金属（200-500nm、20-80nm）＜兼具软硬相的非均质相金属（100-500nm）＜晶界侵蚀的非均质金属（10,000nm）。
4．高能移除法
1）激光汽化
激光汽化是以高能的激光交叉与偏摆角度制作微结构的一类方法。激光汽化容易产生热残留应力，导致基材扭曲，故难以工业化应用。
2）等离子汽化
等离子源类似激光，进行微结构加工；等离子能量远低于激光，所以较难执行。
3）传统CNC高速铣切微结构
苹果手机等不采用NMT或组合制程，CNC机加工仍是可靠的方式；这类方法加工品厚，结构大且粗，残留应力高。
二、材料增加法(Additivematerial, AM)
1.均质相金属
图：均质相金属阳极氧化效果
这类处理技术常用于纯铝中。当铝的不纯物低于3wt%时，可以获得很有规律的六方试管结构（氧化铝）。这类方法被熟知的应用为铝合金的阳极氧化，通过氧化得到六方试管结构，试管内加入透光染料或胶，再用封孔剂封孔，即可得到色彩靓丽的金属表面。
2．非均质相金属
图：均质相金属与非均质相金属的对比
非均质相金属包括压铸铝合金/镁合金/锌合金/钛合金等，非均质相金属由于结构没有规律，生成的氧化物纳米结构也没有规律。
铝合金(不纯物<5%)的氧化层，是很规则的六方中空管状物，所以适当填入染料，可以获得不同的颜色，很好看，光线穿透染料层反色金属光泽；钛合金的阳极氧化层，是不规则的连续孔洞，染料染了之后，颜色显色没有铝合金好看。
哪些材料也能做阳级发色?
只要使用正确的药水，常用有色金属都可以阳级发色如：压铸铝/镁铝/锌等合金、钛等。但必须考虑到是：
a.经济性与环保性；
b.氧化层与底材的密度必须接近(通常在50%以内的范围，如下表)。
表：常见金属的阳级发色情况
|
材料(纯金属) |
密度g/cm3 |
安定氧化物 |
密度g/cm3 |
比例值 |
阳级层 |
|
镁 |
1.71 |
MgO |
3.85 |
+2.25 |
NG |
|
铝 |
2.73 |
Al2O3 |
3.7 |
+1.35 |
Good |
|
钛 |
4.5 |
TiO2 |
4.25 |
-0.94 |
Good |
|
锌 |
6.4 |
ZnO |
5.6 |
-0.875 |
SFSG |
|
铁 |
7.8 |
Fe2O3 |
5.24 |
-0.672 |
NG |
|
铜 |
8.9 |
CuO |
6.4 |
-0.719 |
NG |
3.高能氧化技术
图：微弧氧化（左）和电晕处理（右）
高能氧化主要有微弧氧化和电晕处理。微弧氧化是通过高压放电的形式在其表面形成氧化层的方法，微弧氧化可以大幅度提高材料表面硬度。
4. 熔射喷涂技术
熔射喷涂的能量高,增材层过厚,不适合薄件产品,尤其是手机外壳。熔射喷涂主要包括：
1）火焰熔射喷涂，包括粉末火焰熔射、线材火焰熔射。
2）电弧熔射-线材熔射。
3）等离子熔射，包括粉末等离子熔射、线材等离子熔射。
4）超音速抛射。
本文引用的照片和资料,部分取自台湾晟铭电子/东莞成名电子/台湾昱捷/日本大成化成, 均为属该公司所有，如需引用需事先沟通并注明出处。
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