具有在日间和夜间设计中的可透照的结构的金属化塑料构件；用于制造塑料构件的方法

摘要

本发明涉及一种金属化塑料构件(10)，包括由至少一种透光的塑料构成的基体(20)，在基体上施加金属层(30)，在该金属层中引入至少一个可透照的结构(40；41)。按照本发明，该至少一个可透照的结构(40；41)通过在金属层(30)中的一个区域形成，在该区域中多个透光的开口(50；51)布置在一个点矩阵中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属化塑料构件，包括由至少一种透光的塑料构成的基体，在基体上施加有金属层，在该金属层中引入可透照的结构。

本发明此外涉及一种用于制造这种塑料构件的方法。

背景技术

从现有技术中已知对塑料构件的表面进行金属化处理，以便尤其是出于装饰的原因使它们拥有吸引人的外观。这例如被实施用于机动车中的操作部件，如把手、按键、旋钮和变速手柄，但是也用于装饰条、扬声器等等。在家用器具的领域中也经常使用这种塑料构件。

在此情况下基本上使用两种用于制造由塑料制成的金属化部件的方法。它们或者是基于借助于PVD工艺(PVD–物理气相沉积)对由塑料制成的构件的金属化处理，或者是基于借助于电化学方法对由塑料制成的部件的电镀处理。两种方法原则上允许将耐久的金属覆层施加到由塑料制成的构件上，其中，这些方法具有不同的优点和缺点。例如，借助于PVD工艺如此地金属化处理操作部件，使得沉积在塑料构件上的金属层在没有例如由透明的保护漆构成的附加保护层的情况下也具有足够的耐磨强度和耐腐蚀性，这是存在疑问的。由于施加的金属层的微小的层厚，借助于PVD工艺进行金属化处理的塑料构件也不具有常常希望的“冷触感(cold touch)”，也就是说，金属化塑料构件的触觉与金属部件的触觉不相符。因此对塑料构件的电镀处理尤其是在机动车中的操作部件的领域中已经证明是更有利的。

这种塑料构件常常要求可以局部地背光照明，其中，在金属层中形成可透照的象征符号，其以这种方式在黑暗中仍然处于良好的可见状态。这种象征符号可以以不同的方式在金属层中形成。例如专利文献DE10208674B4描述一种用于制造具有可背光照明的象征符号的操作、装饰或显示部件的方法，其中首先在背面上遮盖塑料构件的一个区域，以便在这个区域中阻止对塑料的电镀处理。例如可以通过不干胶贴或者所谓的阻止漆实现遮盖。接着先施加一个薄的金属层，但是该金属层在象征符号的区域中可以被再次容易地去除掉。随后可以在金属层的留下的区域中通过电镀完成金属的表面覆层，其中，该金属的表面覆层保留所述象征符号。

由此可以提供塑料构件，该塑料构件可以通过发光器材如LED和/或光导体背光照明并且在所谓的夜间设计中形成具有吸引人的外观的构件。可背光照明的结构的形状在此几乎是可以自由选择的。但是，依据引入的结构以及对该结构所提出的要求的情况，如果这些结构在白天和在没有背光照明时也是可看见的，则可能是不利的。这些结构在这些条件下可能如此显著地突出或者如此地显眼，以至于它们影响了用于构件的希望的日间设计。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种具有可背光照明的结构的金属化塑料构件，该可背光照明的结构在没有在所谓的日间设计中的背光照明下可以具有金属层的外观。

按照本发明，这个任务通过一种根据独立权利要求1所述的塑料构件解决。塑料构件的有利的扩展方案由从属权利要求2-9中得出。此外，这个任务通过一种根据独立权利要求10所述的方法解决。这个方法的有利的扩展方案由从属权利要求11-14中得出。

按照本发明的金属化塑料构件包括由至少一个透光的塑料制成的基体，在基体上施加金属层，在金属层中引入至少一个可透照的结构。按照本发明，该至少一个可透照的结构通过在金属层中的一个区域形成，在该区域中多个透光的开口布置在一个点矩阵中。因此，在金属层的、在其中要形成可透照的结构的区域中，这个区域不是完全没有金属层的材料，而是这个区域通过具有许多合适的开口的可透照的点阵结构形成。

这具有优点，即可以在一个结构内如此选择点矩阵的开口的数量和尺寸，使得提出的外观任务可以得到满足。然后可以尤其是如此地选择参数，使得结构的面在夜间设计中是可透照的，从而该结构可以被清楚地辨认。同时可以如此地选择参数，使得该结构在所谓的日间设计中在没有背光照明下几乎是觉察不到的，也就是说，具有大致连续的金属层的外观。

但是也可以希望在日间设计中的结构的部分可见性。如果相应地选择点矩阵的参数，那么该结构在夜间设计中被很好地透照，但是在日间设计中也还能够被看见。但是这些参数被如此地选择，即产生一种在外观上吸引人的日间设计。

在此，可透照的结构可以仅仅设置在构件的金属层的一个分区域中，以便在那里例如形成一个象征符号或一个装饰元素。但是金属层也可以完全地通过一个由许多开口构成的点矩阵进行结构化处理，以便提供一种塑料构件，其在夜间设计中是完全可透照的。相反，在没有背光照明时，该构件在日间设计中作为具有相应的金属装饰效果的、完全金属化的构件起作用。

此外，在一个金属表面内可以如此地形成诸如符号、编字码、图形元素，等等的结构，即各个结构是可透照的。但是也可能的是，一个结构通过一个金属面形成，该金属层位于一个可透照的面中。在这种情况下不是结构本身是可透照的，而是围住该结构的面是可透照的。以这种方式这些结构在夜间设计中也是可辨认的，而它们在日间设计中大致是看不见的或者具有至少一个吸引人的外观。

开口可以以不同的图案布置在使用的点矩阵或点阵结构内。这例如可以是有序的或无序的图案。但是最好使用规则的图案，其中，开口尤其可以布置在多个排中。这具有优点，即开口尽可能均匀地填满一个面，其中，在一个排的相邻的开口之间的间距可以大致相同地选择。这有利于通过开口形成的点阵结构的均一的外观。

各个开口的形状也可以是不同的。例如考虑圆形或矩形或正方形的开口。例如具有倒圆的角部的多边形形状的开口已经证明是有利的，但是采用具有倒圆的角部的矩形开口也可以实现好的结果。

对期望的日间和夜间设计至关重要的是开口的尺寸和它们相互间的间距。已经证明有利的是，开口的最大伸展在0.02和0.3mm之间。在这个范围中不仅可以制造大致看不见的结构，而且可以制造可部分看见的结构。对于大致看不见的结构而言，已经发现例如在0.02和0.08mm之间的范围是有利的，在该范围中可以达到相应的外观效果。在圆形的开口情况下，尤其是在0.04和0.06mm之间的直径下可以实现好的结果。在此情况下对在低于0.04mm的直径下的结构的透照变得较差，而在高于0.06mm的直径下的开口是如此地大，以至于这些结构在没有背光照明的情况下是相当显眼的。

但是开口的伸展的最佳选择在此也取决于对各个构件提出的要求。为了制造可部分看见的结构，例如在0.09和0.3mm之间的伸展已经证明是有利的。尤其是在0.07和0.15mm之间可以取得好的结果。

对于在开口之间的间距，在相邻的开口的中心点之间的间距在0.1和0.2mm之间已经证明是有利的。尤其是通过0.12mm的间距取得了好的结果。在一个排的直接相互并排设置的开口中，它们涉及的是相邻的开口。

对由塑料制成的基体的金属化处理可以以不同的方式实施。例如可以使用PVD工艺或对可电镀的塑料的电镀处理。作为可电镀的塑料可以使用例如聚酰胺、ABS或ABS/聚碳酸脂混合物。金属层的厚度在此例如可以在10-50μm之间。

用于形成可透照的点阵结构的开口可以在制造金属层之后引入到该金属层中，或者在制造金属层期间就已经被制造。这例如可以通过遮盖一定的区域和/或激光消融来实现。

本发明还包括一种用于制造具有在金属层中的至少一个可透照的结构的金属化塑料构件的方法，其中在基体上制造金属层，该金属层通过一个或多个层形成。为了在金属层的一个区域中制造至少一个可透照的结构，对金属层进行结构化处理，其中，多个开口以点矩阵的形式被制造在金属层中。

这可以特别有利地通过一种电镀方法实现，该电镀方法具有以下的方法步骤:

a)制造塑料毛坯，

b)在塑料毛坯上化学地或物理地沉积可导电的第一金属层，

c)通过部分地剥蚀来结构化处理第一金属层以形成结构，和

d)在被结构化处理的第一金属层上电化学沉积至少一个第二金属层，

其中，借助于激光消融实施对第一金属层的结构化处理，其方式是，为了形成结构，将多个开口以点矩阵的形式用激光加工到第一金属层中。

因此，在按照本发明的方法的这个实施方式中，该结构不是用激光加工到完成的金属层中，而是到一个第一金属层中，该第一金属层首先为了对塑料毛坯进行电镀处理而被制造在该塑料毛坯上。在接下来的电化学沉积第二金属层期间，被激光加工的开口不用这个第二金属层覆层，由此在产生的金属层中也产生相应的开口。

在此情况下，用激光加工出的开口的轮廓通过接下来的电镀处理通常变得较软，这可以降低对激光消融的要求。矩形或多边形开口在电镀处理之后会具有倒圆的角部。例如，为了在产生的装饰层中获得近似圆形的开口，也不必将圆形的开口用激光加工到第一金属层中。相反，开口也可以通过多个紧密地相互并排地用激光加工的线条产生。例如本发明的一个实施方式规定，每个开口通过至少两个线条形成，它们在相同的定向上相互并排地用激光加工到第一金属层中。最好将三个这样的线条在相同的定向上相互并排地用激光加工到第一金属层中。

这些线条在相同的长度下形成具有稍微倒圆的角部的矩形。在接着的电镀处理中，金属沉积在开口的边缘处，由此角部变得较软，从而这样形成的开口的形状接近圆。如果选择一个具有比两个另外的线条较大的长度的中间线条，那么同样产生一个矩形，它的角部在电镀处理期间变得较软。用激光加工到第一金属层中的开口的最大伸展因此选择得比在产生的金属层中力争达到的开口的最大伸展稍微较大。

因此可以以有利的方式制造一种根据所描述的实施方式之一所述的塑料构件，其中，可透照的结构可以以简单的方式借助于在可电镀的塑料毛坯上对一个中间层的激光加工来制造。在此情况下，开口的轮廓通过接着的电镀处理变得较软，这可以改善尤其是在日间设计中的结构的视觉外观。

附图说明

由从属权利要求和以下借助于附图对优选实施例的说明中得出本发明的其它的优点、特点和有利的扩展方案。

附图中:

图1显示了通过按照本发明的塑料构件的一个实施方式的示意截面图；

图2显示了具有两个可背光照明的结构的塑料构件的示意俯视图；

图3显示了在一种用于制造金属化塑料构件的可能的方法中的步骤的流程图；

图4显示了具有在一个面内的可背光照明的结构的塑料构件的示意俯视图；

图5显示了具有在一个可背光照明的面内的结构的塑料构件的示意俯视图；

图6显示了在一个可背光照明的结构内的矩形开口的放大视图；和

图7显示了在一个可背光照明的结构内的大致圆形的开口的放大视图。

具体实施方式

从图1的示意视图中可以看见通过一个按照本发明的塑料构件10的一个示范性的实施方式的截面图。构件10至少由透明的基体20组成，在基体上施加有金属层30。为了简化视图，金属层30相对于基体20被相对较厚地示出，其中，金属层30的厚度例如可以位于10-30μm的数量级，而基体20比其厚数倍。基体20例如如此厚，即它针对各自的使用目的形成稳定的构件，但是在此情况下可以被光源透照。它的厚度例如可以大于2mm，尤其是大于4mm。

在金属层30中引入许多开口，在图1中仅仅示范性地用附图标记50和51标出它们中的两个开口。这些开口完全穿过金属层30并且基体20是透光的，因此构件可以通过光源进行背光照明。光由此可以通过基体20和开口50，51进入，由此在金属层30上可以形成发光的结构。在图1中多个开口形成两个结构40和41，如它们也可以从图2的示意俯视图中获知的那样。图1示出一个通过这些开口中的多个开口的截面图。

在此，开口的尺寸在图中不是按正确比例的，而是这些开口要小许多倍，因此一个结构由比为了较简单地图示而在图中示出的多得多的开口形成。

对塑料构件并且由此对结构的透照可以以不同的方式实现。例如为此可以在基体后面设置一个或多个光源。作为光源尤其可以使用LED。光导体形式的基体也可以用于对结构的背光照明。

在图2中的结构40和41是示范性的简单的结构。在此结构40完全遮盖构件10的左边的区域，其说明如何对一个构件进行结构化处理，以使该构件完全地在透照的夜间设计和日间设计下以金属外观显现。构件10的金属层的其余区域因此也可以配设结构40的点阵结构(格栅结构)。

相反，第二结构41形成字母“T”，用于揭示如何可以对构件部分地进行结构化处理，以形成一个象征符号。然而也可以选择任何其它的结构，如文字、数字、符号、图案、延长的线，等等。结构40，41分别通过许多开口形成，它们形成一个相应成形的点矩阵。一个在金属层30内的要透照的面由此通过一个区域形成，多个开口位于该区域中。

开口的形状在图2的实施例中是大致圆形的，其中选择了具有稍微倒圆的角部的多边形。开口在点矩阵中布置在多个排中。在右边的结构41中，各个排在与构件10的侧面成90°的角度下延伸。在左边的结构40中，这些排相互相对错开地布置，或者说点阵结构被转动了45°。

如此地选择各个结构40，41的开口的数量或尺寸，即这些结构可以背光照明，也就是说开口足够大并且如此相互间隔开，使得在背光照明时在视觉上产生一个连续的面，该面通过背光照明可以在金属层30上看见。但是，在没有背光照明时，一个结构不是作为具有许多开口的不均匀的面来作用，而是例如同时如此地选择开口的尺寸，使得一个结构在没有背光照明时在视觉上大致如一个连续的金属面那样地显现。

图3示出在一种用于制造这种塑料构件的可能的方法中的步骤的流程图。

在方法步骤1中，例如借助于注塑成型由可电镀的塑料(例如ABS/聚碳酸脂混合物)制造一个本体。这可以用常规的注塑成型法实现，其中，本体也可以通过一种双组分塑料构件来形成，其中，一个分组分由一种可电镀的塑料构成，而另一个分组分由一种不可电镀的塑料(例如聚碳酸脂)构成。

在随后的方法步骤2中，至少对构件的可电镀的层的表面进行一个酸洗过程，在该酸洗过程中丁二烯成分被从ABS塑料成分的表面上溶解出来。这个方法步骤优选在铬硫酸浴中实施。除了对塑料构件的可电镀的表面进行粗化处理，此外还去除可电镀的表面的污物，尤其是可能粘附的有机污物。

在方法步骤3中，活化可电镀的基体表面，也就是说，例如从胶体溶液中使该表面开始生长钯种子(钯核)，其中，钯核优选用锡保护胶体遮盖。锡保护胶体通过清洗被去除，由此产生具有活性钯的表面。

在方法步骤4中，以化学的方式，也就是说，在不使用电镀电流下，将导电的第一金属层施加到被活化的基体表面上。为此基体被引入到一个合适的镍浴中，从该镍浴中镍沉淀到活化的基体表面上(所谓的“化学镀镍”)。在此产生的薄镍层(“第一金属层”)例如具有1μm的厚度。

在一个备选的方法操控中，在方法步骤3a中，活化可电镀的基体表面活化，也就是说，从胶体溶液中使该表面开始生长钯种子(钯核)，其中，钯核优选用锡保护胶体遮盖。该锡保护胶体在一个没有示出的方法步骤中在一种碱性溶液中用铜替换。在此形成的铜层提供足够高的遮盖度并且由此提供导电能力，以便能够在没有其它的中间步骤下(例如化学镀镍/化学镀铜的沉积)以电化学方式进行电镀。这种方法也称为直接金属化。

此外已知，在图中没有示出的方法步骤的顺序：塑料(ABS，ABS-PC，PC，PES，PEI，PEEK，等等)的膨润，在氧化溶液(铬硫酸、高锰酸钾，等等)中酸洗(浸蚀)，在含金属络合物的溶液中活化，通过在碱性硫化物溶液中形成金属硫化物进行交联和最后在金属浴中进行电化学电镀，也允许放弃化学镀镍或化学镀铜的费时的化学沉积。

在备选的方法步骤5中，薄的镍层的层厚借助于在低的电流强度下镍或铜的电化学沉积被增大几百纳米，用于提高第一金属层的导电能力和/或载流能力(“预镀镍”，“预镀铜”)。

在没有示出的下一个方法步骤中，在可电镀的表面上用第一金属层(也就是说，薄的镍层和必要时由预镀镍或预镀铜构成的层)遮盖的基体被从电镀过程中取出、洗涤和干燥。

在下一个方法步骤6中，第一金属层借助于激光被结构化处理，以便在产生的金属层中形成至少一个结构或者对金属层大致完全地进行结构化处理。这例如可以借助于红外打标激光器来实现。为此塑料毛坯被适当地固定在容纳体上，并且为了激光消融可以使用Nd:YAG或CO₂-激光器。为了在产生的结构中形成希望的开口，可以将具有类似形状的开口用激光加工到第一金属层中。这可以是圆形、椭圆形、矩形、多边形、线条，等等。

结果表明，开口的适宜的形状例如可以通过对多个线条的激光加工来制造，这些线条被用激光相互并排地加工到第一金属层中。由此形成具有稍微倒圆的角部的矩形或多边形。例如为此使用三条用激光加工的线条。这些线条可以具有相同的长度或者中间的线条例如比上边的和下边的线条较长。在接下来的电镀期间这些开口的角部进一步变圆，由此各个开口接近圆形的形状或者至少它们的角部被倒圆。

随后，一个或多个如此制造的、现在具有被结构化处理的第一金属层的塑料毛坯被输送到电镀过程中。在此情况下，在下一个方法步骤7中，在第一(如果施加了预镀铜或预镀镍：第二)电化学电镀步骤中电镀第一金属中间层。第一金属中间层一般地由铜组成并且具有典型地在10和20微米之间的厚度。

在随后的方法步骤8和9中，在由铜构成的第一中间层上电镀由镍构成的第二中间层。第二中间层例如可以实施成由亚光镍(绒面镍)构成的、具有5-10微米的厚度的单层的层。备选地，第二中间层也可以设计成光亮镍、半光亮镍、亚光镍、微孔镍和/或裂缝镍的层次序。例如由大约5微米半光亮镍构成的层结构在实践中已经证明是有利的，在其上随后施加一个具有大约5微米厚度的、由亚光镍或光亮镍(依据完成的金属化表面的希望的外观而定)构成的层。这种层结构由于半光亮镍的积极的特性而具有高的耐腐蚀性。如果金属化构件被设置用在强腐蚀的环境中，那么已经证明有利的是，使用至少一个由裂缝镍构成的中间层，尤其是将半光亮镍、光亮镍或亚光镍和裂缝镍的层次序用于第二中间层。

最后，在方法步骤10中，在由镍构成的第二中间层上电镀一个由装饰金属构成的层，该装饰金属例如可以是铬。这个装饰层的典型的层厚一般地在100纳米和几微米之间，在铬的情况下优选为至少300纳米。

最后，可以在最后的方法步骤(没有示出)中再施加一个漆层，该漆层例如可以改变或改善在正面施加的金属层或它的耐腐蚀性。

这样制造的构件可以在制造过程结束时经受一个透射光测试，以检查通过激光消融结构化处理的面的光学特性。

在图2的实施方式中使用了具有大致圆形形状的多边形开口，而图4和5示出了具有矩形开口的实施方式，它们的角部被稍微地倒圆。矩形开口最好在一个伸展方向上比在另一个伸展方向上更长。各引入的结构“GTI”是编字码(字标)，它们的形状也在一个伸展方向上比在另一个伸展方向上更长。已经证明有利的是，矩形开口在与字体走向相同的纵向上延伸。以这种方式，这些结构显得在视觉上非常吸引人。也就是说，对于一个水平延伸的编字码而言，矩形开口也被水平放置地布置。在图4和5的情况下，开口在此在一个点矩阵中被布置在多个排中。

在按照图4的塑料构件10'的实施方式中，编字码“GTI”作为结构42是可背光照明的，而围住编字码的面是不可背光照明的，而是由一个连续的金属层构成。矩形开口53位于字体走向的方向上，其中，开口的尺寸在此处也不是按正确比例的，而是为了简化图示仅仅示出有限数量的开口53。

相反，在按照图5的塑料构件10”的实施方式中，编字码“GTI”作为结构43是不可背光照明的，而围住编字码的面是可背光照明的。在此处矩形开口53也位于字体走向的方向上。

开口的最大伸展和它们相互间的间距是如此选择的，即产生希望的日间和夜间设计。图6为此示出一个可背光照明的结构的局部截面图，该结构通过多个具有倒圆的角部的矩形开口53形成。如果要借助于这种点矩阵例如实现在日间设计中的结构的部分可见性，那么在一定的数量级上的尺寸已经证明是有利的。该数量级例如可以在0.09和0.3mm之间，尤其是在0.07和0.15之间。在矩形开口的情况下，长度L例如在0.09mm和0.15mm之间，而宽度B可以在0.07和0.12mm之间。在矩形开口的短边之间的间距A在此可以位于0.04mm和0.05mm之间，而在矩形开口的两个长边之间的间距a可以位于0.05mm和0.08mm之间。如果要降低在日间设计中的结构的可见性，那么选择相应更小的开口。如果要提高可见性，那么选择相应更大的开口。

图7示出一个可背光照明的结构的局部截面图，该结构通过多个具有大致圆形形状的多边形开口52形成。如果要借助于这种点矩阵例如实现在日间设计中的几乎不可见的结构，那么同样在一定的数量级上的尺寸已经证明是有利的。在此情况下，开口52的直径D例如在0.02和0.08mm之间，尤其是在0.04和0.06mm之间。在一排中的两个相邻开口的中心点之间的间距A_m例如位于0.1和0.2mm之间，尤其是为大约0.12mm。如果要实现在日间设计中的结构的部分可见性，那么选择相应更大的直径D并且必要时也可以增大在开口之间的间距A_m。

附图标记表

10，10'，10”塑料构件

20基体

30金属层

40，41，42，43 结构，可透照的/可背光照明的

50，51，52开口，圆形形状

53开口，矩形形状