产生彩虹色的加工方法、呈现彩虹色反射光泽的制品的制造方法以及呈现彩虹色反射光泽的制品

摘要

本发明涉及一种使待处理制品产生彩虹色的加工方法以及一种制造由铝或其合金构成的呈现彩虹色反射光泽的制品的方法。制备作为待处理制品(1)的基体(2)的铝板。通过无电镀膜法在此铝基体(2)的表面形成镍－磷合金沉积物(3)。接着在空气中于150－600℃的温度下热处理该制品5秒到1小时。然后用脉冲激光(10)照射沉积物(3)的表面。通过进行前述步骤，的确能够在制品(1)的表面形成呈现美丽的彩虹色反射光泽的衍射光栅(5)。此外，可以进一步提高加工速度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使待处理制品产生彩虹色的加工方法，该方法优选适用于例如配件、化妆品容器、药品包装容器、运输设备元件、建筑物内/外墙和/或用于制造这些制品的模头的表面。本发明还涉及一种制造呈现彩虹色反射光泽的制品的方法以及呈现彩虹色反射光泽的制品。

背景技术

正如日本专利公开如H6-198465和H6-198466所公开的，一种使待处理制品产生彩虹色的加工方法是众所周知的。根据该方法，在由不锈钢或钛制造的待处理制品的表面上形成一个作为激光光波导的由Cr₂O₃或TiN组成的涂层，然后用脉冲激光照射涂层的表面，从而产生微细不均匀的衍射光栅，该光栅使制品表面呈现出彩虹色反射光泽。

具体地说，日本专利公开H6-198465公开了下述产生彩虹色的加工方法。在此方法中，将由不锈钢或钛制造的待处理制品置于反应性气氛中进行热处理，以在制品表面产生作为激光光波导的Cr₂O₃或TiN涂层。然后，用激光照射涂层的表面，从而产生衍射光栅。采用此加工方法，通过热处理产生涂层可以提高加工操作的效率。

这种产生彩虹色的加工方法利用了以下现象。当脉冲激光照射涂层表面的相同部位时，照射激光经由涂层表面存在的微小缺陷、晶粒界面等传入涂层内部，并作为波导在涂层内部沿场的方向前进。这样，传入激光和照射激光互相干涉，造成待处理制品表面相应于干涉图样熔融和蒸发。结果就在待处理制品的表面形成了微细不均匀。这些微细不均匀构成了衍射光栅，从而造成光的光谱反射。结果，当光如阳光或荧光灯光照射微细不均匀处时，反射光的色调随观察角度的不同而不同，即产生了彩虹图案。

上述微细不均匀度的衍射光栅可以通过在用激光照射制品的同时连续移动激光或使用点状激光照射预定部位而形成。采用此方法的一个优点是，在待处理制品表面的任何部位都可以形成呈现彩虹色反射光泽的区域。

因此，认为这种产生彩虹色的加工方法优选适用于配件、工业产品等的表面装饰处理。此外，预期这种加工方法也可用于预付卡，比如电话卡和弹球盘(pachinko)卡的可视防伪处理。

此外，这种产生彩虹色的加工方法的突出优点在于，所产生的丰富多彩的色泽可以使看到已处理制品的人陶醉。另一方面，已处理制品呈现金属光泽，这是由于除了形成衍射光栅的部分外，基体金属的自然状态暴露在制品表面。因此，本方法的一个缺点是使看到已处理制品的人产生冷的感觉。

再有，由于构成能够产生彩虹色的衍射光栅的微细不均匀的深度为几个nm，所以存在衍射光栅易于被磨损的缺点。

此外，该加工方法对某些构成待处理制品的金属材料不适用。例如，在待处理制品由铝或其合金(以下简称“铝”)制造的情况下，即使激光照射到该制品表面，也不会形成衍射光栅。

本发明是考虑了上述技术背景而提出的。本发明的一个目的在于提供一种使待处理制品产生彩虹色的加工方法，其中该方法可以适用于任何制品而与材料种类无关，可以产生美丽的彩虹色反射光泽，可以形成耐磨损的衍射光栅，可以在除形成衍射光栅的部位以外的表面产生美丽的反射光泽，而且可以尽可能快地完成处理。本发明的另一个目的在于提供一种制造呈现彩虹色反射光泽的制品的方法，以及这种呈现彩虹色反射光泽的制品。

本发明的其它目的将在下面的实施方案中得到体现。

发明内容

依据本发明，一种使待处理制品产生彩虹色的加工方法包括以下步骤：在待处理制品表面形成镍-磷合金沉积物；热处理该制品，至少使沉积物的表面部分氧化；然后，用激光照射沉积物的表面。

依照本方法，通过在待处理制品的表面形成镍-磷合金沉积物，然后在氧气氛(例如空气)中热处理该制品，镍-磷合金沉积物可自其表面沿深度方向被氧化，借此至少沉积物的表层部分被氧化。即，通过上述的热处理，至少在沉积物的表层部分形成了氧化膜。虽然推测该氧化膜的厚度为6-10nm，但是其厚度决不局限于上述数值。

用以形成衍射光栅的激光照射热处理后的沉积物表面。接着，激光从氧化膜的表面传入，而且该传入激光和照射激光互相干涉。结果，相应于干涉图样，在待处理制品表面形成了由微细不均匀构成的衍射光栅。

由于可以在各种金属材料制成的待处理制品表面形成镍-磷合金沉积物，因此，只要待处理制品表面形成镍-磷合金沉积物，就可以进行产生彩虹色的加工处理，而与材料种类无关。此外，这种镍-磷合金沉积物具有高表面硬度，例如为镍沉积物表面硬度的1.5倍或更多。所以，只要在镍-磷合金沉积物的表面形成了衍射光栅，就可能获得具有优异耐磨性的衍射光栅。

此外，氧化膜的厚度随加热时间的延长而增加，而氧化膜的折射率不同于基体金属的折射率。因此，当镍-磷合金沉积物的表面部分形成了氧化膜时，就会产生因氧化膜和基体金属的折射率差别而引起的干涉色。另一方面，由于除形成衍射光栅的部分以外的表面被氧化膜覆盖，因此，在形成了衍射光栅的部分以外的表面也会出现由干涉色造成的美丽反射光泽。该干涉色呈金色到紫色。当氧化膜的厚度较大时，则呈现紫色。

因此，当激光照射到氧化膜的表面以形成衍射光栅时，在由氧化膜和基体金属折射率差别而引起的干涉色中，将增加由衍射光栅引起的彩虹色。因而将出现非常美丽的彩虹色。另一方面，因为氧化膜覆盖着除形成衍射光栅的部分以外的表面，所以，在形成了衍射光栅的部分以外的表面也将出现因干涉色而产生的美丽反射光泽。

由于下面的原因，镍-磷合金沉积物厚度在3-20μm的范围内是理想的。如果厚度小于3μm，由于待处理制品基体的影响，就可能不会形成好的衍射光栅。另一方面，如果厚度大于20μm，那么就可能在氧化膜中产生裂纹。最优选的厚度是10-15μm。

至于待处理的制品，可以使用金属物，如由不锈钢或类似材料制造的产品。特别地，优选由铝制造的待处理制品。虽然按常规不可能在由铝制造的待处理制品表面直接形成衍射光栅，但本发明加工方法可以在由铝制造的待处理制品表面形成衍射光栅。

在本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法中，优选在空气中于150-600℃下进行热处理制品的步骤，时间为5秒到1小时。

在该情况下，可以阻止从可能在氧化膜中产生的晶间腐蚀等开始生长的裂纹的产生，这样就可以形成具有良好表面状况的氧化膜，从而确保由于折射率的差别而产生干涉色。因此可以确保形成产生美丽的彩虹色反射光泽的衍射光栅。再有，热处理制品的步骤特别优选在300-400℃下进行。此外，对制品进行热处理的步骤特别优选进行5-10分钟。

此外，优选在进行热处理制品这一步骤的同时，用氧气拦截罩盖住沉积物表面的一部分。

此时防止了被氧气拦截罩盖住的沉积物的部分表面发生氧化。这样就可以在预定部位产生如上所述的干涉色，从而改善装饰效果。

如果采用扫描方法，即在用激光照射的同时移动激光或待处理制品以形成衍射光栅，那么即使照射激光或待处理制品的移动速度提高，也可以形成产生美丽的彩虹色反射光泽的衍射光栅，从而提高处理操作效率。虽然激光相对于待处理制品的移动速度可以任意设定，但是理想的速度是500-1,000mm/min。

本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法可以应用在使制品呈现彩虹色反射光泽的制造方法中，特别优选应用于使由铝或其合金制成的制品呈现彩虹色反射光泽的制造方法中。

本发明呈现彩虹色反射光泽的制品包括制品表面形成的镍-磷合金沉积物、至少在沉积物的表面部分形成的沉积物氧化层的氧化膜以及在氧化膜表面形成的产生彩虹色反射光泽的衍射光栅。

沉积物厚度为3-20μm是优选的。

本发明由铝或其合金制造的呈现彩虹色反射光泽的制品包括在由铝或其合金制造的制品表面形成的镍-磷合金沉积物、至少在沉积物的表面部分形成的沉积物氧化层的氧化膜以及在氧化膜表面形成的产生彩虹色反射光泽的衍射光栅。

沉积物厚度为3-20μm是优选的。

附图简要说明

图1是待处理制品的断面图，用于解释本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法的程序；以及

图2是待处理制品的透视图，用于解释本发明使待处理制品产生彩虹色的另一个优选加工方法。

实施本发明的最佳方式

以下将参照附图对本发明作详尽的解释。

图1(a)-(g)显示待处理制品的断面图，用于解释本发明优选的使待处理制品产生彩虹色的加工方法的程序。

在图1(a)中，参考数字1表示待处理金属制品。在此实施方案中，待处理制品1是铝板2。即使激光直接照射在该铝板2的表面，也不能够产生所期望的衍射光栅。

所以，在本发明中，如图1(b)所示，将镍-磷合金以无电镀膜方式沉积在作为基体的铝板2的表面上。这样，就在铝基体2的表面形成了镍-磷合金沉积物3。至于该沉积物3的厚度，由于下面的原因期望厚度在3-20μm的范围内。如果厚度小于3μm，那么由于铝基体2的影响，就可能不会形成好的衍射光栅(参见图1(g)中的参考数字5)。另一方面，如果厚度大于20μm，那么就可能在氧化膜中产生裂纹(参见图1(c)中的参考数字3a)。优选的厚度是10-15μm。

采用上述无电镀膜方式形成镍-磷合金沉积物3可以通过常规的方法完成。以下将对其中的一个例子作简要的解释。作为对铝基体2的表面预处理，进行基体表面的脱脂处理。接着，在浸蚀基体(碱洗)之后，用锌酸盐处理被浸蚀的基体。接着用硝酸清洗基体。然后将该铝基体2浸渍在镍盐如氯化镍的氨溶液中，从而在铝基体2的表面沉积镍-磷合金。上述氨溶液包含次磷酸钠。

因此，在铝基体2的表面形成镍-磷合金沉积物3之后，采用已知的加热方式，在空气中于150-600℃下对该待处理制品1进行热处理，时间为5秒到1小时。如果温度低于150℃或加热时间少于5秒，那么由于加热不充分，将可能不会形成良好的衍射光栅。另一方面，如果温度超过600℃或加热时间长于1小时，那么由于过度氧化，将可能不会形成良好的衍射光栅。因此，在150-600℃下热处理5秒到1小时是理想的。

通过这种热处理，沉积物3自表面沿深度方向被氧化。结果，如图1(c)所示，在该沉积物3的表面部分形成了沉积物3的氧化层的氧化膜3a。氧化膜3a和基体金属折射率之间的差异导致氧化膜3a的表面产生干涉色。这种干涉色呈现为金色到紫色。

这种热处理的加热温度为300-400℃是理想的。镍-磷合金沉积物3在热处理之前通常处于无定形状态，而该沉积物3在250-300℃加热温度下可能结晶。据推测，当制品在300-400℃下热处理时，整个沉积物3都将结晶而且沉积物3的表面部分将被氧化。我们发现，用激光照射结晶和氧化的沉积物3的表面可以形成产生非常美丽的反射光泽的衍射光栅。更优选加热时间为5-10分钟。

随后，如图1(d)所示，以与传统的使待处理制品产生彩虹色的加工方法相同的方式，使用线偏振光的Q开关Nd：YAG激光作为单模脉冲激光10，用该脉冲激光10照射以使许多脉冲照射在氧化膜3a的表面的相同位置。激光10通常以离焦方式照射。此外，尽管可以将渣化(slag)、准分子激光等用作照射激光，但是在此实施方案中，使用YAG激光是理想的。参考数字12代表的是会聚激光10的凸透镜。

因此，如图1(e)所示，照射激光经由氧化膜3a表面存在的微小缺陷、微小晶粒界面等传入氧化膜3a内部，并作为波导沿场的方向穿过氧化膜3a前进。然后，传入激光11和照射激光10互相干涉，从而造成氧化膜3a的表面相应于干涉图样熔融和蒸发。结果，如图1(f)所示，形成了微细不均匀4。这些微细不均匀4构成了色散和反射光的衍射光栅，并具有衍射光栅耦合器的功能。如图1(g)所示，通过在使用激光10进行照射的同时移动激光10或移动待处理制品1，在待处理制品1的表面上沿着激光10的照射轨迹线形成预定的衍射光栅5。

进行了上述处理而得到的制品1的表面具有呈现美丽的彩虹色反射光泽的区域。这样，制品1可以作为配件使用。而且，由于基体2是由铝制造的，所以可以获得非常轻质的配件。

图2是待处理制品的透视图，用于解释本发明另一个优选的使待处理制品产生彩虹色的加工方法。

依据本方法，使用一个具有矩形孔16的氧气拦截板15。在热处理的时候，将罩板15置于镍-磷合金沉积物3的表面，盖住沉积物3的部分表面。然后，在这种遮盖状态下，对制品1进行热处理。在此方式下进行热处理之后，从沉积物3的表面移走罩板15。其他处理条件与前文所述的处理条件相同。

依据本方法，沉积物3只有通过孔16暴露的表面部分被氧化，而且只有该暴露表面部分产生干涉色。

以下，将对本发明的具体实施例进行解释。

制备铝板(材料：日本工业标准Al100，尺寸：50mm×50mm×0.1mm厚)，作为待处理制品的基体，并且如下所述在每一个铝板的表面形成表面层。<实施例1-9>

预处理铝基体(脱脂处理→碱洗浸蚀→锌酸盐处理→硝酸清洗)。然后，根据传统方法采用无电镀膜方式在每个铝基体表面形成镍-磷(Ni-P)合金沉积物(厚度：见表1)。接着，让这些基体在空气中进行热处理，热处理温度在150-600℃之间变化，热处理时间在5秒到1小时之间变化。这些热处理均在加热炉中完成。热处理条件也如表1所示。将这些样品命名为实施例1-9。  

                                    表1

  样品            层        加热时间评价(见注)    类型厚度(μm)加热温度(℃)加热时间实施例1 Ni-P合金沉积物    10    150  5秒    ○实施例2 Ni-P合金沉积物    10    150  1小时    ○实施例3 Ni-P合金沉积物    10    350  5分钟    ◎实施例4 Ni-P合金沉积物    10    600  5秒    ○实施例5 Ni-P合金沉积物    10    600  1小时    ○实施例6 Ni-P合金沉积物    3    400  10分钟    ○实施例7 Ni-P合金沉积物    5    400  10分钟    ○实施例8 Ni-P合金沉积物    15    400  10分钟    ◎实施例9 Ni-P合金沉积物    20    400  10分钟    ○对比例1 Ni-P合金沉积物    10    -  -    ×对比例2 Ni沉积物    10    400  10分钟    ×对比例3 耐酸铝    7    -  -    ×对比例4 无    -    -  -    ×

注：◎形成了非常好的衍射光栅

    ○形成了好的衍射光栅

    ×未形成衍射光栅<对比例1>

以与前述实施例相同的方式，在铝基体表面形成镍-磷合金沉积物(10μm厚)。将此样品命名为对比例1。<对比例2>

按照传统方法，在铝基体表面形成镀镍层(10μm厚)。接着，将基体置于加热炉中于空气和400℃的加热温度下处理10分钟。将此样品命名为对比例2。<对比例3>

按照传统方法，在铝基体表面形成草酸的耐酸铝层(7μm厚)。将此样品命名为对比例3。<对比例4>

在铝基体表面未形成任何层。将此样品命名为对比例4。

对于前述实施例1-9以及前述对比例1-4，在振动波长为1.06μm、脉宽为100ns、激光频率(repeat)为1KHz及激光输出功率为2W的条件下，用线性偏振光的Q开关Nd：YAG激光照射每个样品的表面，以便形成衍射光栅。

结果如表1所示。

如表1所示，实施例1-9的样品表明在其表面没有产生裂纹，并且能够获得产生美丽彩虹色反射光泽的衍射光栅。

此外，实施例1-9的样品表明，可以在照射激光以非常快的速度移动下，比如500-1000mm/min，形成衍射光栅，并且加工操作效率优异。

另一方面，对比例1-4的样品表明，当照射激光的移动速度为500-1000mm/min，或甚至降低到1mm/min时，由于表面生成的裂纹破坏了表面状态，所以不能获得产生美丽彩虹色反射光泽的衍射光栅。

此外，制备不锈钢板(材料：SUS304，尺寸：50mm×50mm×0.1mm厚)，作为待处理制品的基体，并且以与前述铝基体相同的方式在不锈钢板的表面形成镍-磷合金沉积物(10μm厚)。

在这种情况下，这些经在150-600℃的温度下热处理5秒到1小时的样品也表明，在前述条件下可以获得产生美丽彩虹色反射光泽的衍射光栅。此外还表明可以在非常高的工作速度比如工作速度为500-1000mm/min的条件下形成衍射光栅，并且加工操作效率优异。

正如从上文所了解的，依据本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法，可以产生呈现非常美丽的彩虹色的制品，其中由于镍-磷合金沉积物的氧化膜与基体金属之间折射率的差异而形成的干涉色加到了由于衍射光栅而形成的彩虹色中。此外，由于干涉色的缘故，除形成衍射光栅部分以外的表面也能够呈现美丽的反射光泽。

此外，依据本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法，即使待处理制品的构成材料由铝组成也能够形成衍射光栅，而按照传统方法是不能够在铝表面形成衍射光栅的。因此，待处理制品不受其构成材料种类的限制，这样就扩大了应用范围。

而且，由于镍-磷合金沉积物的表面硬度高，因此就有可能形成高耐磨的衍射光栅或高耐久性的衍射光栅。

此外，如果镍-磷合金沉积物的厚度在3-20μm的范围内，那么就确保能够形成良好的衍射光栅。

而且，如果待处理制品在空气中于温度为150-600℃下热处理5秒到1小时，那么就确保能够形成产生美丽的彩虹色反射光泽的衍射光栅。

此外，如果在对制品进行热处理的同时，用氧气拦截罩盖住沉积物表面的一部分，那么就可以仅仅使所需部分产生干涉色。

如果在用激光照射制品时使激光相对于待处理制品以500-1000mm/min的速度移动，那么就能够提高加工操作效率。

按照制造呈现彩虹色反射光泽的制品的方法，可以获得与上述效果相同的效果。

而且，按照制造呈现彩虹色反射光泽的铝或其合金制品的方法，可以获得与上述效果相同的效果。

此外，依据呈现彩虹色反射光泽的制品，可以获得具有优异耐久性的衍射光栅的制品。如果制品是用铝或其合金制造的，那么就可以获得轻质的制品。

本申请要求享有于2000年8月22日提交的日本专利申请2000-250941的优先权，该申请的内容在此全部引用作为参考。

本说明书中的术语和叙述仅用于解释性目的，而本发明并不局限于这些术语和叙述。应该意识到的是，在不偏离由附加的权利要求所规定的本发明实质和范围的情况下，可以有许多改进和替代。

工业适用性

本发明使待处理制品产生彩虹色的加工方法可以应用于例如配件、化妆品容器、药品包装容器、运输设备元件、建筑物内/外墙的装饰处理。该方法也可以应用于预付卡的可视防伪处理。

制造呈现彩虹色反射光泽的制品的方法可以应用在制造例如配件、化妆品容器、药品包装容器、运输设备元件、建筑物内/外墙的制造方法中。该方法也可以应用于预付卡的制造方法中。

呈现彩虹色反射光泽的制品可以应用于例如配件、化妆品容器、药品包装容器、运输设备元件、建筑物内/外墙。