CN104562139B - 与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法及金属塑胶复合体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属表面处理领域，公开了一种与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法及金属塑胶复合体，就是在常温下，先将经过阳极氧化表面具有氧化膜的金属分别使用第一、第二、第三和第四溶液进行处理，再将处理后的金属与塑胶一体化形成金属塑胶复合体，其中，第一溶液由螯合剂、无水乙醇和乙二胺四乙酸组成，第二溶液由螯合剂、无水乙醇和无水碳酸钠组成，第三溶液由螯合剂、三乙醇胺、无水乙醇和氢氧化钠组成，第四溶液由螯合剂和无水乙醇组成。与现有技术相比，经过本发明的方法处理后的金属与塑胶一体化形成的复合体中金属与塑胶之间的结合力更强，提升了产品的机械强度，产品的应用范围也更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理领域，特别涉及一种与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法及金属塑胶复合体。
背景技术
在汽车、 家用电器制品、 产业机器等的部件制造等领域， 需要将金属与树脂牢固的结合在一起， 现在普通的技术采用粘合剂在常温或加热下发挥功能使金属与塑胶一体化结合。不通过粘合剂而直接将高强度的塑胶与镁、铝合金、不锈钢之类的金属一体化虽然已经出现，但是金属与塑胶之间的结合力不是很理想，塑胶很容易与金属脱落，使得产品的性能不稳定，应用范围受限。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法及金属塑胶复合体，经过本方法处理后的金属与塑胶之间一体化成型后，金属与塑胶之间的粘结力更好。
技术方案：本发明提供了一种与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法，包括以下步骤：S1：常温下，将经过阳极氧化表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、无水乙醇和乙二胺四乙酸组成的第一溶液中2~5min（优选3min）；S2：用水清洗经所述第一溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；S3：常温下，将S2中表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、无水乙醇和无水碳酸钠组成的第二溶液中1~3min（优选2min）；S4：用水清洗经所述第二溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；S5：常温下，将S4中的表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、三乙醇胺、无水乙醇和氢氧化钠组成的第三溶液中2~4min（优选3min）；S6：用水清洗经所述第三溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；S7：常温下，将S6中的表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂和无水乙醇组成的第四溶液中1~3min（优选2min）；S8：用水清洗经所述第四溶液浸泡过的具有氧化膜的金属。
本发明还提供了一种金属塑胶复合体，该复合体由使用本发明中的方法处理得到的表面具有氧化膜的金属与塑胶一体化成型得到。
优选地，所述第一溶液的浓度为280~300g/L，其中，螯合剂占10~20%（优选15%），无水乙醇占1~5%（优选3%），乙二胺四乙酸占18~23%（优选20%），余量为水；所述第二溶液的浓度为280~300g/L，其中，螯合剂占5~8%（优选6%），无水乙醇占2~4%（优选3%），无水碳酸钠占8~13%（优选10%），余量为水；所述第三溶液的浓度为280~300g/L，其中，螯合剂占20~28%（优选25%），三乙醇胺占1~4%（优选2%）、无水乙醇占3~8%（优选5%），氢氧化钠占5~10%（优选8%）；所述第四溶液的浓度为280~300g/L，其中，螯合剂占18~24%（优选20%），无水乙醇占1~3%（优选2%），余量为水。
进一步地，在所述S1中，所述阳极氧化主要包含以下步骤：S1-1：将经过预处理的金属作为阳极放入由浓度为160~250g/L的H2SO4和浓度为20~30g/L的硫酸铝组成的混合溶液中；S1-2：在温度为15~24℃、电压为15~22V条件下对上述金属电解5~15min，得到所述表面具有氧化膜的金属；以6063铝合金为例，优选条件为：硫酸为200g/L，电压19V，硫酸铝为25g/L，时间12min，温度20℃。
进一步地，在所述S1-1中，所述预处理主要包含以下步骤：S1-1-1：在60℃条件下，使用碱性或酸性脱脂剂对金属进行3~5min脱脂处理后清洗；S1-1-2：在50~60℃条件下，使用浓度为55~65g/L（优选60 g/L）的氢氧化钠对经过脱脂处理的金属进行15~30s（优选15s）活化处理后清洗；S1-1-3：在常温条件下，使用浓度为180~220g/L（优选200g/L）的硝酸对经过活化处理的金属进行15~30s（优选30s）中和处理后清洗。
优选地，所述金属为铝合金、镁合金或不锈钢。
有益效果：本方法是对经过阳极氧化表面形成了氧化膜的金属进行预处理，第一溶液的作用是去除金属表面比较疏松的氧化膜，由于经阳极氧化过程形成的氧化膜中会出现大量氧化孔，在氧化孔内还可能存在其它金属杂质影响后续金属表面与塑胶的粘结力，所以在将疏松的氧化膜去除后，本方法再使用第二溶液对氧化孔内的杂质进行渗透深层清理，另外，本方法为了能够使金属与非金属的塑胶之间粘结的更加牢固，会在深层清理后使用第三溶液填充氧化孔及覆盖氧化层，以形成金属与塑胶结合的引发剂介质，即相当于是金属与塑胶之间的胶黏剂，最后，为了保证引发剂介质表面平整，增加塑胶在引发剂介质表面的流动性，以更好地使金属与塑胶结合，本方法会使用第四溶液将引发剂介质表面进行整平。经过上述四个溶液的预处理后在将金属与塑胶进行一体成型，能够有效提升金属与塑胶的结合力。
具体实施方式
下面对本发明较佳实施例进行详细的介绍。
实施方式1：
将市售的6063铝合金按注塑模具要求截成长宽厚分别为20厘米，8厘米，0.8厘米尺寸的测试片试做步骤如下：
一、预处理
在60℃条件下，使用碱性或酸性脱脂剂对铝合金进行脱脂处理，3min后用两道水清洗；
在50℃条件下，使用浓度为60g/L的氢氧化钠对经过脱脂处理的铝合金进行15s活化处理后用两道水清洗；
在常温条件下，使用浓度为200g/L的硝酸对经过活化处理的铝合金进行30s中和处理后用两道水清洗。
二、阳极氧化
将经过预处理的铝合金作为阳极放入由浓度为200g/L的硫酸和浓度为25g/L的硫酸铝组成的混合溶液中；在温度为20℃、电压为19V条件下对上述铝合金电解12min，得到表面具有氧化膜的铝合金，最后用两道水清洗。
三、表面处理
常温下，将经过阳极氧化表面具有氧化膜的铝合金在浓度为290g/L的第一溶液中浸泡3min，之后用两道水进行清洗；上述第一溶液由15%的螯合剂、3%的无水乙醇、20%的乙二胺四乙酸以及水组成。
螯合剂可以是用于环氧树脂的胶黏剂、填充型或增强型热固性树脂、用于玻纤增强的环氧树脂，如ABS、尼龙、PBT、PPT等，能提高无机填料底材和树脂的粘合力以提高其物理性能；乙二胺四乙酸用于对各种金属离子的络合和分离，在本工艺中用于合成金属与塑胶聚合的引发剂。
接着将经过第一溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为290g/L的第二溶液中浸泡2min，之后用两道水进行清洗；上述第二溶液由6%的螯合剂、3%的无水乙醇、10%的无水碳酸钠以及水组成。
无水碳酸钠用于对氧化膜内的氧化孔进行调整，使氧化孔形成有规律的立体孔，利于塑胶粒子浸入并粘结；
接着将经过第二溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为290g/L的第三溶液中浸泡3min，之后用两道水进行清洗；上述第三溶液由25%的螯合剂、2%的三乙醇胺、5%的无水乙醇、8%的氢氧化钠以及水组成。
三乙醇胺是用于对氧化孔进行调整，使氧化孔形成有规律的立体孔，利于塑胶粒子浸入并粘结；氢氧化钠用于氧化孔内的清洗，去除氧化孔内的障碍物。
最后将经过第三溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为290g/L的第四溶液中浸泡2min，之后用三道水进行清洗后吹干；上述第四溶液由20%的螯合剂、2%的无水乙醇以及水组成。
四、成型
采用注塑成型机将熔融的PPT塑胶注塑在经过上述表面处理的铝合金的氧化膜表面，得到本实施方式中的铝合金PPT塑胶复合体S1。
在上述注塑成型的过程中，铝合金的烘烤温度为60℃，烘烤时间为55min。
实施方式2：
将市售的6063铝合金按注塑模具要求截成长宽厚分别为20厘米，8厘米，0.8厘米尺寸的测试片试做步骤如下：
一、预处理
在60℃条件下，使用碱性或酸性脱脂剂对铝合金进行脱脂处理，5min后用两道水清洗；
在60℃条件下，使用浓度为65g/L的氢氧化钠对经过脱脂处理的铝合金进行20s活化处理后用两道水清洗；
在常温条件下，使用浓度为220g/L的硝酸对经过活化处理的铝合金进行25s中和处理后用两道水清洗。
二、阳极氧化
将经过预处理的铝合金作为阳极放入由浓度为250g/L的硫酸和浓度为30g/L的硫酸铝组成的混合溶液中；在温度为24℃、电压为22V条件下对上述铝合金电解15min，得到表面具有氧化膜的铝合金，最后用两道水清洗。
三、表面处理
常温下，将经过阳极氧化表面具有氧化膜的铝合金在浓度为300g/L的第一溶液中浸泡5min，之后用两道水进行清洗；上述第一溶液由20%的螯合剂、5%的无水乙醇、23%的乙二胺四乙酸以及水组成。
接着将经过第一溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为300g/L的第二溶液中浸泡3min，之后用两道水进行清洗；上述第二溶液由8%的螯合剂、4%的无水乙醇、13%的无水碳酸钠以及水组成。
接着将经过第二溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为300g/L的第三溶液中浸泡4min，之后用两道水进行清洗；上述第三溶液由28%的螯合剂、4%的三乙醇胺、8%的无水乙醇、10%的氢氧化钠以及水组成。
最后将经过第三溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为300g/L的第四溶液中浸泡3min，之后用三道水进行清洗后吹干；上述第四溶液由24%的螯合剂、3%的无水乙醇以及水组成。
四、成型
采用注塑成型机将熔融的PPT塑胶注塑在经过上述表面处理的铝合金的氧化膜表面，得到本实施方式中的铝合金PPT塑胶复合体S2。
在上述注塑成型的过程中，铝合金的烘烤温度为55℃，烘烤时间为60min。
实施方式3：
将市售的6063铝合金按注塑模具要求截成长宽厚分别为20厘米，8厘米，0.8厘米尺寸的测试片试做步骤如下：
一、预处理
在60℃条件下，使用碱性或酸性脱脂剂对铝合金进行脱脂处理，5min后用两道水清洗；
在55℃条件下，使用浓度为55g/L的氢氧化钠对经过脱脂处理的铝合金进行30s活化处理后用两道水清洗；
在常温条件下，使用浓度为180g/L的硝酸对经过活化处理的铝合金进行15s中和处理后用两道水清洗。
二、阳极氧化
将经过预处理的铝合金作为阳极放入由浓度为160g/L的硫酸和浓度为20g/L的硫酸铝组成的混合溶液中；在温度为15℃、电压为15V条件下对上述铝合金电解5min，得到表面具有氧化膜的铝合金，最后用两道水清洗。
三、表面处理
常温下，将经过阳极氧化表面具有氧化膜的铝合金在浓度为280g/L的第一溶液中浸泡2min，之后用两道水进行清洗；上述第一溶液由10%的螯合剂、1%的无水乙醇、18%的乙二胺四乙酸以及水组成。
接着将经过第一溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为280g/L的第二溶液中浸泡1min，之后用两道水进行清洗；上述第二溶液由5%的螯合剂、2%的无水乙醇、8%的无水碳酸钠以及水组成。
接着将经过第二溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为280g/L的第三溶液中浸泡2min，之后用两道水进行清洗；上述第三溶液由20%的螯合剂、1%的三乙醇胺、3%的无水乙醇、5%的氢氧化钠以及水组成。
最后将经过第三溶液浸泡的表面具有氧化膜的铝合金在浓度为280g/L的第四溶液中浸泡1min，之后用三道水进行清洗后吹干；上述第四溶液由18%的螯合剂、1%的无水乙醇以及水组成。
四、成型
采用注塑成型机将熔融的PPT塑胶注塑在经过上述表面处理的铝合金的氧化膜表面，得到本实施方式中的铝合金PPT塑胶复合体S3。
在上述注塑成型的过程中，铝合金的烘烤温度为50℃，烘烤时间为65min。
对比例1：
本实施方式与实施方式1的区别在于：本实施方式中的铝合金没有经过第三部分的表面处理，其余均与实施方式1相同，得到金属塑胶复合体DS1。
对比例2：
本实施方式与实施方式2的区别在于：本实施方式中的铝合金没有经过第三部分的表面处理，其余均与实施方式2相同，得到金属塑胶复合体DS2。
对比例3：
本实施方式与实施方式3的区别在于：本实施方式中的铝合金没有经过第三部分的表面处理，其余均与实施方式3相同，得到金属塑胶复合体DS3。
性能测试：
将各金属塑胶复合体固定于万能材料试验机进行产品拉伸测试，测试结果如表1。
表1
从表1可以看出，经过本发明中第一、第二、第三和第四溶液分别对经过阳极氧化表面具有氧化膜的金属进行表面处理后，再将熔融的塑胶与经过处理的金属一体化形成的金属塑胶复合体比没有使用上述表面处理直接将塑胶与金属一体化形成的金属塑胶复合体的拉力强度要高很多，说明本发明能够提升金属表面与塑胶的结合力。
上述各实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：常温下，将经过阳极氧化表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、无水乙醇和乙二胺四乙酸组成的第一溶液中2~5min；
S2：用水清洗经所述第一溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；
S3：常温下，将S2中表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、无水乙醇和无水碳酸钠组成的第二溶液中1~3min；
S4：用水清洗经所述第二溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；
S5：常温下，将S4中的表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂、三乙醇胺、无水乙醇和氢氧化钠组成的第三溶液中2~4min；
S6：用水清洗经所述第三溶液浸泡过的表面具有氧化膜的金属；
S7：常温下，将S6中的表面具有氧化膜的金属浸泡在由螯合剂和无水乙醇组成的第四溶液中1~3min；
S8：用水清洗经所述第四溶液浸泡过的具有氧化膜的金属；
其中，所述第一溶液、所述第二溶液、所述第三溶液以及所述第四溶液的浓度均为280~300g/L；所述螯合剂是用于环氧树脂的胶黏剂、填充型或增强型热固性树脂、用于玻纤增强的环氧树脂，能提高无机填料底材和树脂的粘合力以提高其物理性能；
在所述第一溶液中，螯合剂的含量为10~20%，无水乙醇的含量为1~5%，乙二胺四乙酸的含量为18~23%，余量为水；
在所述第二溶液中，螯合剂的含量为5~8%，无水乙醇的含量为2~4%，无水碳酸钠的含量为8~13%，余量为水；
在所述第三溶液中，螯合剂的含量为20~28%，三乙醇胺的含量为1~4%，无水乙醇的含量为3~8%，氢氧化钠的含量为5~10%，余量为水；
在所述第四溶液中，螯合剂的含量为18~24%，无水乙醇的含量为1~3%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法，其特征在于，在所述S1中，所述阳极氧化主要包含以下步骤：
S1-1：将经过预处理的金属作为阳极放入浓度为160~250g/L的硫酸中；
S1-2：在温度为15~24℃、电压为15~22V条件下对上述金属电解5~15min，得到所述表面具有氧化膜的金属。
3.根据权利要求2所述的与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法，其特征在于，在所述S1-1中，所述预处理主要包含以下步骤：
S1-1-1：在60℃条件下，使用碱性或酸性脱脂剂对金属进行3~5min脱脂处理后清洗；
S1-1-2：在50~60℃条件下，使用浓度为55~65g/L的氢氧化钠对经过脱脂处理的金属进行15~30s活化处理后清洗；
S1-1-3：在常温条件下，使用浓度为180~220g/L的硝酸对经过活化处理的金属进行15~30s中和处理后清洗。
4.根据权利要求1~3中任一项中所述的与塑胶一体化形成复合体材料的金属表面处理方法，其特征在于，所述金属为铝合金、镁合金或不锈钢。
5.一种金属塑胶复合体，其特征在于，由权利要求1~4中任一项中所述的方法处理得到的表面具有氧化膜的金属与塑胶一体化成型得到。
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