專利名稱：合金與塑料的結(jié)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種令合金與塑料相互結(jié)合的方法。
背景技術(shù)：
由合金與塑料構(gòu)成的復(fù)合材料，例如在汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品及工業(yè)設(shè)備上均有應(yīng)用需求，現(xiàn)有技術(shù)中，將合金與塑料結(jié)合的方法主要有下述三種1.以化學(xué)粘結(jié)劑粘合此結(jié)合方式最為簡(jiǎn)易，但普遍的化學(xué)粘結(jié)方式有結(jié)合強(qiáng)度較低與不耐高溫的疑慮，因此該方法不適用于結(jié)合有高強(qiáng)度需求或者有在高溫環(huán)境下使用需求的構(gòu)件。2.以機(jī)械方式連結(jié)例如可為射出包覆成形(injection over molding)、鉚釘 (blind rivet)接合或焊接縫合(weld seam)，然而以此方式結(jié)合的構(gòu)件，其結(jié)合處往往產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成使用時(shí)結(jié)合處易發(fā)生破壞。3.對(duì)合金進(jìn)行表面處理后再接合塑料此方法例如將合金浸泡在由氨(NH3)、聯(lián)氨 (N2H4)或胺系化合物的水溶液中，使其表面呈現(xiàn)親塑料的特性，隨后再以射出成形等方式令塑料熔液接觸合金表面，待塑料冷卻后即達(dá)成結(jié)合的目的，然而此方法的表面處理方式所使用的藥劑多具有刺激性臭味或毒性，不僅危險(xiǎn)性較高，該藥劑的儲(chǔ)存、使用中的防毒措施以及使用后的回收處理均將導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中用以結(jié)合合金與塑料的方式存在的諸多缺陷，本發(fā)明提供一種成本低廉且結(jié)合強(qiáng)度佳的合金與塑料的結(jié)合方法。為達(dá)成上述發(fā)明目的，本發(fā)明的方法，其步驟包含有準(zhǔn)備一合金；合金表面處理其以電化學(xué)處理方式令合金表面形成復(fù)數(shù)微細(xì)孔洞；結(jié)合塑料其令呈熔融狀的塑料成形于經(jīng)過前述處理的合金表面上。所述的合金可選自于鋁合金、鐵合金、鈦合金、鎂合金或鋅合金等。所述的塑料，可選自于熱塑性塑料或者熱固性塑料。較佳的，所述的塑料可選自于聚乙烯(Polyethylene ；ΡΕ)、聚丙烯 (Polypropylene ;ΡΡ)、尼龍 6 (PA 6)、尼龍 66 (ΡΑ 66)、尼龍 46 (ΡΑ 46)、尼龍 11 (PAll)、尼龍12(ΡΑ 12)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Ter印hthalate ;PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(polybutylene Terephthalate ；PBT)、聚縮醛(PolyoxyMethylene ；Ρ0Μ)、聚苯硫醚 (Polyphenylene Sulfide ;PPS)、聚醚醚酮(PolyetherEther Ketone ;PEEK)、聚四氟乙烯 (polytetrafIuoroethylene ；PTFE)、聚氧苯甲酉旨(Polyoxybenzylene ；Ρ0Β)所組成的群組。所述的塑料，其另可進(jìn)一步加入O至60wt %的添加物，該添加物可選自于玻璃纖維、碳纖維或陶瓷纖維。所述的結(jié)合塑料步驟，是以射出成形方式令塑料成形于合金表面，射出成形的條件為射出瞬間峰壓高于lOOMpa，料管溫度介于100至350°C之間，模具溫度介于20至200°C 之間。本發(fā)明的方法，主要是先經(jīng)由電化學(xué)處理令合金表面形成密布的微細(xì)孔洞，如此后續(xù)將塑料射出成形于合金表面時(shí)，熔融的塑料可進(jìn)入于該些微細(xì)孔洞內(nèi)，待塑料冷卻固化后，塑料便能夠附著于合金表面上，由本發(fā)明的方法所制成的合金與塑料的復(fù)合材料，其結(jié)合強(qiáng)度佳，且有一定的環(huán)境使用可靠度，并且制程中所使用的藥劑不具毒性與刺激臭味， 因此使用上較為安全，亦可省去安全維護(hù)及回收處理上的花費(fèi)，使得生產(chǎn)成本得以下降。


圖1為本發(fā)明的合金與塑料的結(jié)合方法的流程圖。圖2為合金置于一射出成形模具中的示意圖。圖3為依據(jù)本發(fā)明的方法所制成的合金與塑料的復(fù)合材料成品示意圖。圖4為本發(fā)明中采用鋁合金時(shí)的表面處理步驟的流程圖。圖5為本發(fā)明中采用鋁合金時(shí)，其表面處理步驟中的前處理步驟的流程圖。圖6為鋁合金經(jīng)過陽(yáng)極處理后以電子顯微鏡觀察的表面微結(jié)構(gòu)照片實(shí)例。附圖標(biāo)記說明A-合金;M-模具；Ml-流道；P-塑料；Y-箭頭方向；Z-箭頭方向；1-準(zhǔn)備一鋁合金；2-鋁合金表面處理；21-前處理；211-脫脂；212-堿洗；213-化拋； 214-犁地；215-酸洗；22-陽(yáng)極處理；3-結(jié)合塑料。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。配合參見圖1所示，本發(fā)明的合金與塑料的結(jié)合方法，其步驟包含有準(zhǔn)備一合金(1)于本發(fā)明中，合金可選自于不同種類的鋁合金、鐵合金、鈦合金、 鎂合金或鋅合金等，如鋁合金又可選用美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)制定的鋁合金成份標(biāo)準(zhǔn)中的1系列鋁合金、2系列鋁合金、3系列鋁合金、4系列鋁合金、5系列鋁合金、6系列鋁合金及7系列鋁合金等，該鋁合金可以適當(dāng)加工方法如擠型、鍛造或壓鑄制作成型，隨后并且可進(jìn)行拋光或噴砂等表面處理；合金表面處理O)此步驟是以電化學(xué)處理方式令合金表面形成密布的微細(xì)孔洞，該電化學(xué)處理依據(jù)合金種類而有不同的制程，各制程的參數(shù)請(qǐng)容后述；結(jié)合塑料(3)其令呈熔融狀的塑料成形于合金上經(jīng)過前述處理的表面上，由于熔融的塑料可進(jìn)入于合金表面的微細(xì)孔洞內(nèi)，因此待塑料冷卻固化后，塑料便能夠附著于合金表面上，配合參見圖2所示，于本發(fā)明中是采用射出成形方式達(dá)到令塑料成形于合金表面的目的，如圖所示在一射出成形模具(M)中可先置放有經(jīng)過表面處理后的合金(A)，隨后再將塑料(P)自流道(Ml)射入模具(M)內(nèi)，待塑料(P)冷卻固化后便可得到如圖3所示的成品，射出成形制程條件為料管溫度介于100至350°C之間，模具(M)溫度介于20至 200 0C之間，而為使塑料能注入于微細(xì)孔洞中，射出瞬間峰壓必須高于IOOMpa。于本發(fā)明中，塑料(P)的種類可為熱塑性塑料或者熱固性塑料，其中熱塑性塑料例如為聚乙烯、聚丙烯、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍11、尼龍12、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、 聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚縮醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氧苯甲酯等，此外，于塑
5料(P)中可進(jìn)一步加入有玻璃纖維、碳纖維或陶瓷纖維以增進(jìn)其強(qiáng)度，添加的比例為0至 60wt%o以下分別針對(duì)不同合金種類的電化學(xué)處理制程進(jìn)行說明。當(dāng)合金采用鋁合金時(shí)，參見圖4所示，其表面處理( 步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為前處理(21)，參見圖5所示，該前處理步驟包括有脫脂011)將鋁合金浸置于有機(jī)鹽類、無(wú)機(jī)鹽類及非離子介面活性劑的混合水溶液中1至5分鐘之間，該鹽類例如可為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉，其溶液具有除去鋁合金表面油脂的功效；堿洗012)將鋁合金浸置于堿性水溶液10至60秒之間，該堿性水溶液可為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、葡萄糖酸鈉水溶液或其混合物水溶液；化拋(chemical polish) (213)將鋁合金浸置于酸性溶液中5至180秒之間，該酸性溶液可為磷酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、甘氨酸溶液或其混合物溶液；犁地(mat finishing) (214)將鋁合金浸置于銨類水溶液中0至100秒之間，該銨類溶液可為氟化氫銨水溶液、硫酸銨水溶液或其混合物水溶液；酸洗015)將鋁合金浸置于硝酸水溶液中20至60秒之間；陽(yáng)極處理0 其處理?xiàng)l件為使用硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液、硼酸水溶液或其混合水溶液作為電解液，處理溫度介于5至35°C，電流密度介于0. 1至ΙΟΑ/dm2之間，處理時(shí)間介于2至100分鐘之間；如圖6所示，經(jīng)前述陽(yáng)極處理所得的氧化膜上密布有微細(xì)孔洞，該孔洞的孔徑視陽(yáng)極處理制程參數(shù)而定甚至可控制為納米等級(jí)。當(dāng)合金采用鐵合金時(shí)，其表面處理(2)步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為 酸洗將鐵合金浸置于硝酸(HNO3)水溶液中1至60分鐘之間，溶液溫度維持于20 至80°C之間；電化學(xué)蝕刻其電解液可選自于濃度介于0. IM至飽和之間的氯化鈉(NaCl)水溶液或濃度介于0. IM至飽和之間的硝酸鈉(NaNO3)水溶液，處理溫度介于20至50°C之間，處理電壓介于IOmV至100V之間。當(dāng)合金采用鈦合金時(shí)，其表面處理(2)步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為陽(yáng)極處理其電解液的組成包含有濃度介于0. 1至4M之間的硫酸(H2SO4)及硫酸鈉(Na2SO4)水溶液與濃度介于0. 01至2M之間的氫氟酸(HF)水溶液，處理電壓介于10至 150V之間。當(dāng)合金采用鎂合金時(shí)，其表面處理(2)步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為脈沖陽(yáng)極處理其以濃度介于0. 1至20g/L之間的氟化鉀(KF)及0. 1至20g/L 之間的硅酸鈉(Na2SiO3)水溶液作為電解液，或以濃度介于0.1至20g/L之間的氫氧化鈉 (NaOH)、0. 1至20g/L之間的氟化鉀(KF)及0. 1至30g/L之間的硅酸鈉(Na2SiO3)水溶液作為電解液，并施加10至^OV之間的脈沖電壓，該脈沖電壓的頻率介于0. 01至800Hz之間。當(dāng)合金采用鋅合金時(shí)，其表面處理(2)步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為陽(yáng)極蝕刻(anodic etching)其電解液的組成包含有氯化銨(NH4Cl)及過氧化氫(H2O2)，該氯化銨(NH4Cl)對(duì)過氧化氫(H2O2)的莫耳比的比值介于1至50之間，處理電流密度介于0. 1至55A/dm2之間。當(dāng)合金采用鋅合金時(shí)，其表面處理(2)步驟另可為包含有下述步驟為電鍍其電解液的組成包含有濃度介于0. 5mM至2M之間的氯化鋅(ZnCl2)、0. 01至 IM之間的氯化鉀(KCl)及50 μ M至0. IM的界面活性劑的水溶液，處理溫度為70°C，處理電壓為-IV，參考電位為鋅金屬的還原電位。以下列舉本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例，其依前述步驟制作如圖3所示的成品，隨后并對(duì)成品進(jìn)行拉伸測(cè)試，從而求得合金(A)及塑料(P)的結(jié)合處的斷裂強(qiáng)度，該拉伸測(cè)試如圖3 所示，是將合金(A)及塑料(P)分別以?shī)A具固定后，令?yuàn)A持塑料(P)的夾具分別朝向箭頭Y 及箭頭Z方向位移，從而進(jìn)行正向拉伸及側(cè)向拉伸兩種測(cè)試實(shí)施例一使用合金種類為AA5052鋁合金，在有機(jī)鹽類0. 15wt%、無(wú)機(jī)鹽類 1. ^t %與非離子界面活性劑0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒進(jìn)行脫脂，在氫氧化鈉 250g/L與葡萄糖酸鈉10g/L的混合水溶液中浸置10秒進(jìn)行堿洗，在磷酸98%與甘氨酸2% 的混合溶液中浸置30秒進(jìn)行化拋，在硝酸水溶液中浸置30秒進(jìn)行酸洗，隨后以硫酸175g/ L的水溶液作為電解液以0. 6A/dm2的電流密度處理70分鐘，處理完畢后的鋁合金表面以射出成形方式結(jié)合有聚苯硫醚(PPS)，聚苯硫醚(PPQ中添加有50wt%的玻璃纖維，本實(shí)施例在正向拉伸測(cè)試及側(cè)向拉伸測(cè)試所測(cè)得的強(qiáng)度分別為14. 4及3. Igf/cm2。實(shí)施例二 使用合金種類為AA5052鋁合金，在有機(jī)鹽類0. 15wt%、無(wú)機(jī)鹽類 1. ^t %與非離子界面活性劑0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒進(jìn)行脫脂，在氫氧化鈉 250g/L與葡萄糖酸鈉10g/L的混合水溶液中浸置10秒進(jìn)行堿洗，在磷酸98 %與甘氨酸2 % 混合溶液中浸置30秒進(jìn)行化拋，在硝酸水溶液中浸置30秒進(jìn)行酸洗，隨后以硫酸175g/L 的水溶液作為電解液以0. 6A/dm2的電流密度處理70分鐘，處理完畢后的鋁合金表面以射出成形方式結(jié)合有聚丙烯(PP)，聚丙烯(PP)中添加有30wt%的玻璃纖維，本實(shí)施例在正向拉伸測(cè)試及側(cè)向拉伸測(cè)試所測(cè)得的強(qiáng)度分別為30. 8及6. Ig/cm2。實(shí)施例三使用合金種類為AA6061鋁合金，在有機(jī)鹽類0. 15wt%、無(wú)機(jī)鹽類 1. ^t %與非離子界面活性劑0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒進(jìn)行脫脂，在氫氧化鈉 250g/L與葡萄糖酸鈉10g/L的混合水溶液中浸置10秒進(jìn)行堿洗，在磷酸98%與甘氨酸2% 的混合溶液中浸置30秒進(jìn)行化拋，在硝酸水溶液中浸置30秒進(jìn)行酸洗，隨后以硫酸175g/ L的水溶液作為電解液以0. 8A/dm2的電流密度處理53分鐘，處理完畢后的鋁合金表面以射出成形方式結(jié)合有聚丙烯(PP)，聚丙烯(PP)中添加有30wt%的玻璃纖維，本實(shí)施例在正向拉伸測(cè)試及側(cè)向拉伸測(cè)試所測(cè)得的強(qiáng)度分別為50. 7及5. Igf/cm2。實(shí)施例四使用合金種類為AA6061鋁合金，在有機(jī)鹽類0. 15wt%、無(wú)機(jī)鹽類 1. 與非離子界面活性劑0. 35wt%混合溶液中浸置60秒進(jìn)行脫脂，在氫氧化鈉250g/ L與葡萄糖酸鈉10g/L的混合水溶液中浸置10秒進(jìn)行堿洗，在磷酸98%與甘氨酸2%混合溶液中浸置30秒進(jìn)行化拋，在硝酸水溶液中浸置30秒進(jìn)行酸洗，隨后以硫酸175g/L的水溶液作為電解液以0. 6A/dm2的電流密度處理70分鐘，處理完畢后的鋁合金表面以射出成形方式結(jié)合有尼龍66 (PA 66)，尼龍66 (PA 66)中添加有33wt%的玻璃纖維，本實(shí)施例在正向拉伸測(cè)試及側(cè)向拉伸測(cè)試所測(cè)得的強(qiáng)度分別為82. 1及13. 9Kgf/cm2。由上述可知，本發(fā)明的方法所制成的合金與塑料的復(fù)合材料，其結(jié)合強(qiáng)度佳，在-50至120°C之間有優(yōu)良的使用可靠度，并且在電化學(xué)處理制程中，所使用的藥劑不具毒性，因此制程安全性高，從而可省去安全維護(hù)及回收處理上的花費(fèi)，使得生產(chǎn)成本得以下降。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種合金與塑料的結(jié)合方法，其步驟包含有準(zhǔn)備一合金；合金表面處理其以電化學(xué)處理方式令合金表面形成復(fù)數(shù)微細(xì)孔洞；結(jié)合塑料其令呈熔融狀的塑料成形于合金上經(jīng)過前述處理的表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的塑料，可選自于熱塑性塑料或者熱固性塑料。
3.如權(quán)利要求2所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的塑料可選自于聚乙烯、聚丙烯、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍11、尼龍12、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚縮醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氧苯甲酯所組成的群組。
4.如權(quán)利要求2所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的塑料進(jìn)一步加入有0至 60wt %的添加物，該添加物可選自于玻璃纖維、碳纖維或陶瓷纖維。
5.如權(quán)利要求3所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的塑料進(jìn)一步加入有0至 60wt %的添加物，該添加物可選自于玻璃纖維、碳纖維或陶瓷纖維。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金可選自于鋁合金、鐵合金、鈦合金、鎂合金或鋅合金等。
7.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的鋁合金可選自于1系列鋁合金、2系列鋁合金、3系列鋁合金、4系列鋁合金、5系列鋁合金、6系列鋁合金及7系列鋁合金所組成的群組。
8.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的結(jié)合塑料步驟，是以射出成形方式令塑料成形于合金表面，射出成形制程條件為瞬間峰壓高于lOOMpa，料管溫度介于100至350°C之間，模具溫度介于20至200°C之間。
9.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鋁合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為前處理；陽(yáng)極處理其處理?xiàng)l件為使用硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液、硼酸水溶液或其混合水溶液作為電解液，處理溫度介于5至35°C之間，電流密度介于0. 1至ΙΟΑ/dm2之間， 處理時(shí)間介于2至100分鐘之間。
10.如權(quán)利要求9所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的陽(yáng)極處理制程，其前處理步驟可包含有脫脂將鋁合金浸置于有機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽類及非離子介面活性劑的混合水溶液中1至5分鐘之間；堿洗將鋁合金浸置于堿性水溶液10至60秒之間；化拋將鋁合金浸置于酸性溶液中5至180秒之間；犁地將鋁合金浸置于銨類水溶液中0至100秒之間；酸洗將鋁合金浸置于硝酸水溶液中20至60秒之間。
11.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鐵合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為酸洗將鐵合金浸置于的硝酸水溶液中1至60分鐘，溶液溫度維持于20至80°C ；電化學(xué)蝕刻其電解液可選自于濃度介于0. IM至飽和之間的氯化鈉水溶液或濃度介于0. IM至飽和之間的硝酸鈉水溶液，處理溫度介于20至50°C之間，處理電壓介于 IOmV-IOV 之間。
12.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鈦合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為陽(yáng)極處理其電解液的組成包含有濃度介于0. 1至4M之間的硫酸及硫酸鈉與0. 01至 2M之間的氫氟酸的水溶液，處理電壓介于10至150V之間。
13.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鎂合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為脈沖陽(yáng)極處理其以濃度介于0. 1至20g/L之間的氟化鉀、0. 1至20g/L之間的硅酸鈉水溶液作為電解液，并施加10至^OV之間的脈沖電壓，該脈沖電壓的頻率介于0. 01至 800Hz之間。
14.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鎂合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為脈沖陽(yáng)極處理其以濃度介于0. 1至20g/L之間的氫氧化鈉、0. 1至20g/L之間的氟化鉀及0. 1至30g/L之間的硅酸鈉水溶液作為電解液，施加10至^OV之間的脈沖電壓，該脈沖電壓的頻率介于0. 01至800Hz之間。
15.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鋅合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為陽(yáng)極蝕刻其電解液的組成包含有氯化銨及過氧化氫，該氯化銨對(duì)過氧化氫的莫耳比的比值介于1至50之間，處理電流密度介于0. 1至55A/dm2之間。
16.如權(quán)利要求6所述的合金與塑料的結(jié)合方法，其中所述的合金為鋅合金，且其表面處理步驟進(jìn)一步包含有下述步驟為電鍍其電解液的組成包含有濃度介于0. 5mM至2M之間的氯化鋅、0. 01至IM之間的氯化鉀及50 μ M至0. IM的界面活性劑的水溶液，處理溫度為70°C，處理電壓為-IV，參考電位為鋅金屬的還原電位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合金與塑料的結(jié)合方法，其首先對(duì)合金進(jìn)行電化學(xué)處理，使其表面形成微孔洞，隨后將塑料以射出成形方式成形在合金的表面，由于熔融狀的塑料可進(jìn)入微孔洞內(nèi)，因此待塑料冷卻固化后，塑料便能夠附著于合金表面上。
文檔編號(hào)C25D3/22GK102373499SQ201010257220
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者張正武, 胡少剛, 譚家彥 申請(qǐng)人:可成科技股份有限公司