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CN104562024B - 金属与树脂的复合体及其制造方法 - Google Patents

金属与树脂的复合体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属与树脂的复合体，包括金属件及与金属件结合的树脂件，金属件的表面形成有多个微孔，微孔包括与金属件的表面倾斜设置的第一斜向孔和第二斜向孔，第一斜向孔和第二斜向孔以垂直于金属件表面的方向为轴对称分布并相交于金属件的表面，树脂件部分侵入微孔而与金属件结合。本发明提供的金属与树脂的复合体具有较高的连接强度。本发明还提供了一种金属与树脂的复合体的制造方法。

Description

金属与树脂的复合体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属与树脂的复合体及其制造方法。
背景技术
在实际应用中，常常需要将树脂和金属进行连接形成复合体。
现有的树脂和金属连接方法之一是采用粘接剂进行粘合，但通过粘接剂粘合的方法无法制得连接强度高的金属和树脂的复合体。另一种连接方法是先在金属件表面制成多个微孔，然后将金属件放入模具内，注射金属与树脂件结合为一体。
在金属件表面成孔的方法包括化学蚀刻和聚焦离子束蚀刻等方式。虽然化学蚀刻能够快速且大量生产，需要使用大量的化学药剂，不符合现代环保生产的理念，并且，使用化学蚀刻成孔的方式无法良好地控制微孔的开口方向及宽深比，因此金属与树脂的复合体的连接强度不够高；虽然聚焦离子束蚀刻能够避免大量化学药品的使用，且具有优异的纳米阵列图形制作能力，但其制作时必须配合真空环境，因此并不适宜投入量产使用，同时其低加工速度亦不能负荷大面积的加工需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种连接强度高的金属与树脂的复合体，以及一种环保的、适合量产的金属与树脂的复合体的制造方法。
一种金属与树脂的复合体，包括金属件及与金属件结合的树脂件。金属件的表面形成有多个微孔，微孔包括与金属件的表面倾斜设置的第一斜向孔和第二斜向孔。第一斜向孔和第二斜向孔以垂直于金属件表面的方向为轴对称分布并相交于金属件的表面，该第一斜向孔的开口和该第二斜向孔的开口部分重合以使所述微孔的开口宽度小于所述微孔的孔底宽度，第一斜向孔与第二斜向孔依次间隔设置，树脂件部分侵入微孔而与金属件结合。
一种金属与树脂的复合体的制造方法，其包括如下步骤：首先，提供一成型的金属件，并对该金属件进行脱脂除油清洗。然后，在金属件的表面形成具有多个开口的光致抗蚀剂层，以所述光致抗蚀剂层为掩模，利用第一次电浆蚀刻透过所述多个开口于金属件的表面蚀刻出多个第一斜向孔，并利用第二次电浆蚀刻透过所述多个开口于金属件的表面蚀刻出多个第二斜向孔，所述第二斜向孔与第一斜向孔以垂直于金属件表面的方向为轴对称分布，并相交于该金属件的表面上以构成微孔，该第一斜向孔的开口和该第二斜向孔的开口部分重合以使所述微孔的开口宽度小于所述微孔的孔底宽度。接着，移除该光致抗蚀剂层；将金属件置于一成型模具中加热。最后，将树脂加热并加压注塑与金属件的表面接触，树脂侵入到金属件的表面的微孔中以与金属件结合。
相较于现有技术，上述金属与树脂的复合体中，金属件包括多个阵列的微孔，每个微孔包括与金属件的表面倾斜设置的第一斜向孔和第二斜向孔，树脂件熔融后侵入到微孔中以与金属件结合，因此，所述微孔的存在可有效提升该金属和树脂复合体的连接强度。
上述金属与树脂的复合体的制造方法通过电浆蚀刻的方法刻蚀出微孔，相较于化学蚀刻的方法，该方法有效减少了化学药剂的使用量，可降低制作过程的危害性，因而较为环保；同时，该方法还适用于多种金属，并不限于金属，技术应用的自由度较高。另外，相较于聚焦离子束的方法，该方法利用电浆蚀刻的方式来蚀刻微孔，可在常压下大面积同步蚀刻微孔，适宜进行大面积加工，加工更快速；并且，不需使用真空设备，可降低加工难度，因此，该方法更适合量产。
附图说明
图1是本发明提供的金属与树脂的复合体的剖面图。
图2～图6是本发明提供的金属与树脂的复合体的制造方法的示意图。
主要元件符号说明
金属与树脂的复合体 10
金属件 20
树脂件 30
光致抗蚀剂层 40
开口 41
表面 21
微孔 22
第一斜向孔 221
第二斜向孔 222
孔径宽 t1
孔深 t2
夹角 θ
金属件表面的垂直轴 N
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明较佳实施例的金属与树脂的复合体10包括金属件20及与金属件结合的树脂件30。
金属件20的材质可为铝合金、镁合金、不锈钢、铜及铜合金等。金属件20的表面21上具有多个微孔22，微孔22大致呈V型结构，包括相对于金属件20的表面21倾斜设置的第一斜向孔221和第二斜向孔222，相交于表面21，如图1所示，第一斜向孔221和第二斜向孔222对称分布在金属件表面21的垂直轴N两侧。
优选地，第一斜向孔221和第二斜向孔222与金属件表面21的垂直轴N之间具有夹角θ，夹角θ大致为15°～45°。优选地，微孔22呈均匀的阵列状排列。
第一斜向孔221和第二斜向孔222的孔径宽t1优选为100～300nm，孔深为t2，第一斜向孔221和第二斜向孔222的孔径宽深比(t1：t2)优选为1:3～1:5。由此可见，第一斜向孔221和第二斜向孔222均为纳米孔。
树脂件30通过注射或者热熔的方式部分侵入到微孔22中与金属件20结合。树脂件30采用结晶型热塑性树脂，例如聚苯硫醚(PPS)与玻璃纤维的混合物、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。若为聚苯硫醚与玻璃纤维的混合物时，其中玻璃纤维的质量百分含量优选为20～50％。
由于每个微孔22包括第一斜向孔221和第二斜向孔222，因此，当施加外力使金属件20和树脂件30分离时，所述外力可拆分为与孔底平行的摩擦正向力和与孔底垂直的剪切力，相较于传统直向孔的结构，第一斜向孔221和第二斜向孔222能提供更大的滑动摩擦力，进而使金属件20与树脂件30的连接强度更高。
本发明较佳实施例的金属与树脂的复合体10的制造方法主要包括如下步骤：
请参阅图2，提供一成型的金属件20，并对金属件20进行脱脂除油清洗。金属件20可以通过机械加工、铸造的方式形成。
该脱脂除油清洗主要包括将所述金属件20浸渍于含脱脂剂的水溶液中。所述脱脂剂可为常见的金属脱脂剂，该脱脂剂的浓度可为90～150g/L。浸渍时，所述脱脂剂的水溶液的温度优选在20～30℃之间。该浸渍的时间优选为1～6分钟。脱脂处理后对所述金属件20进行水洗。
请参阅图3，在金属件20的表面21形成一层光致抗蚀剂层40，光致抗蚀剂层具有多个开口41，优选地，开口41为圆形，呈阵列状排列，但并不限于此，开口41也可以是方形或其他形状。优选地，开口41的直径为100～300nm。
请参阅图4，利用第一次电浆蚀刻在金属件20的表面21上形成多个第一斜向孔221，第一斜向孔221与金属件表面21倾斜设置。
该步骤具体为：在常压下，将光致抗蚀剂层40作为掩模，利用第一次电浆蚀刻透过开口41对金属件20的表面21进行非等向性蚀刻，以形成多个第一斜向孔221，第一斜向孔221与金属件20的表面21倾斜设置。第一次电浆蚀刻之入射角度与金属件表面21的垂直轴N具有一偏移角度，优选地，所述偏移角度为5°～75°。电浆源可以采用氩气等一般常见的气体。
在本实施方式中，第一斜向孔221与金属件表面21的垂直轴N之间具有夹角θ，夹角θ大致为15°～45°。第一斜向孔221的孔径宽t1优选为100～300nm，孔深为t2，孔径宽深比(t1：t2)优选为1:3～1:5。当然，第一斜向孔221的尺寸并不限于此，也可以制得不同尺寸的第一斜向孔221。
请参阅图5，利用第二次电浆蚀刻在金属件20的表面21上形成多个第二斜向孔222，第二斜向孔222与第一斜向孔221以金属件表面21的垂直轴N对称分布，并相交于该金属件表面21上以构成微孔22。
该步骤具体为：在常压下，将光致抗蚀剂层40作为掩模，利用第二次电浆蚀刻透过开口41对金属件20的表面21进行非等向性蚀刻，所述第二次电浆蚀刻之入射角度与金属件表面21的垂直轴N具有一偏移角度，优选地，所述偏移角度为15°～45°，并且与第一次电浆蚀刻的入射角度沿着金属件表面21的垂直轴N对称。电浆源可以采用氩气等一般常见的气体。
在本实施方式中，第二斜向孔222与金属件表面21的垂直轴N之间具有夹角θ，夹角θ大致为15°～45°。第一斜向孔221的孔径宽t1优选为100～300nm，孔深为t2，孔径宽深比(t1：t2)优选为1:3～1:5。当然，第二斜向孔222的尺寸并不限于此，也可以制得不同尺寸的第二斜向孔222。
请参阅图6，去除该光致抗蚀剂层40，然后将金属件20嵌入到一成型模具中，并加热金属件20。优选地，金属件20被加热至100～350℃。该加热的方式可为电磁感应加热。
请继续参阅图1，在所述加热的模具中注射熔融的树脂件30，树脂件30部分侵入金属件20的表面21的微孔22，冷却后，树脂件30与金属件20结合于一体，即获得金属与树脂的复合体10。
上述金属与树脂的复合体中，金属件包括多个阵列的微孔，每个微孔包括与金属件的表面倾斜设置的第一斜向孔和第二斜向孔，树脂件熔融后侵入到微孔中以与金属件结合，因此，所述微孔的存在可有效提升该金属和树脂复合体的连接强度。
上述金属与树脂的复合体的制造方法通过电浆蚀刻的方法刻蚀出微孔，相较于化学蚀刻的方法，该方法有效减少了化学药剂的使用量，可降低制作过程的危害性，因而较为环保；同时，该方法还适用于多种金属，并不限于金属，技术应用的自由度较高。另外，相较于聚焦离子束的方法，该方法利用电浆蚀刻的方式来蚀刻微孔，可在常压下大面积同步蚀刻微孔，适宜进行大面积加工，加工更快速；并且，不需使用真空设备，可降低加工难度，因此，该方法更适合量产。
本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种金属与树脂的复合体，包括金属件及与该金属件结合的树脂件，其特征在于：该金属件的表面形成有多个微孔，所述微孔包括与该金属件的表面倾斜设置的第一斜向孔和第二斜向孔，该第一斜向孔和该第二斜向孔对称分布于该金属件表面的垂直轴的两侧并相交于该金属件的表面，该第一斜向孔的开口和该第二斜向孔的开口部分重合以使所述微孔的开口宽度小于所述微孔的孔底宽度，该第一斜向孔与该第二斜向孔依次间隔设置，该树脂件部分侵入所述微孔而与该金属件结合。
2.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体，其特征在于：该第一斜向孔与第二斜向孔的孔径宽分别为100～500nm，孔径宽深比分别为1:3～1:5。
3.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体，其特征在于：该金属件的材质为铝合金、镁合金、不锈钢、铜及铜合金中的至少一种。
4.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体，其特征在于：该树脂件由结晶型热塑性树脂组成。
5.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体，其特征在于：所述微孔呈阵列状排列。
6.一种金属与树脂的复合体的制造方法，其包括如下步骤：
提供一成型的金属件，并对该金属件进行脱脂除油清洗；
该金属件的表面形成具有多个开口的光致抗蚀剂层；
以所述光致抗蚀剂层为掩模，利用第一次电浆蚀刻透过所述多个开口于该金属件的表面蚀刻出多个第一斜向孔，所述第一斜向孔与该金属件的表面倾斜设置；
利用第二次电浆蚀刻透过所述多个开口于该金属件的表面蚀刻出多个第二斜向孔，所述第二斜向孔与所述第一斜向孔以垂直于该金属件表面的方向为轴对称分布，并相交于该金属件的表面上以构成微孔，该第一斜向孔的开口和该第二斜向孔的开口部分重合以使所述微孔的开口宽度小于所述微孔的孔底宽度；
移除该光致抗蚀剂层；
将该金属件置于一成型模具中加热；
在所述模具中注射熔融的树脂件，该树脂件侵入到该金属件的表面的微孔中以与该金属件结合。
7.如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法，其特征在于：该第一次电浆蚀刻和第二次电浆蚀刻是在常压下进行的非等向性蚀刻。
8.如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法，其特征在于：该第一斜向孔和该第二斜向孔的孔径宽分别为100～500nm，孔径宽深比分别为1:3～1:5。
9.如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法，其特征在于：该金属件的材质为铝合金、镁合金、不锈钢、铜及铜合金中的至少一种。
10.如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法，其特征在于：该树脂件由结晶型热塑性树脂组成。
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