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CN102229266A - 铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法 - Google Patents

铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法 Download PDF

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CN102229266A
CN102229266A CN201110058897XA CN201110058897A CN102229266A CN 102229266 A CN102229266 A CN 102229266A CN 201110058897X A CN201110058897X A CN 201110058897XA CN 201110058897 A CN201110058897 A CN 201110058897A CN 102229266 A CN102229266 A CN 102229266A
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alloy substrate
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陈文荣
蒋焕梧
陈正士
吴柏川
孙代育
冯源源
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法。该复合体包括铝或铝合金基体及注塑结合于铝或铝合金基体的塑件，该铝或铝合金基体经电化学蚀刻使其由表面朝内部腐蚀形成有若干纳米孔，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。该复合体的制作方法包括如下步骤：提供铝或铝合金基体；对该铝或铝合金基体进行电化学蚀刻处理，使该铝或铝合金基体由表面朝内部腐蚀形成若干纳米孔；将所述经电化学蚀刻后的铝或铝合金基体置于注塑成型模具中，注塑塑件结合于铝或铝合金基体的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。

Description

铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法，尤其涉及一种结合力较强的铝或铝合金与塑料的复合体及该复合体的制作方法。
背景技术
铝或铝合金作为3C产品的外壳或零组件，其与其它材料连接的方法有焊接、机械连接及粘接。其中焊接是铝或铝合金最主要的连接方法。但当铝或铝合金与塑件连接时，就需要用到粘接的方法。所述粘接方法，是指利用胶粘剂作为中间的界面材料，将铝或铝合金与塑件结合于一体的方法。
所述粘接方法虽然可以实现铝或铝合金与塑件间的连接，但其存在以下缺点：粘结强度不够高，其结合力一般仅达0.5MPa；难以自动化，受操作者熟练程度影响；工作温度受胶粘剂性能影响，一般只能在-50-100℃的温度范围内正常工作；在环境光、热、湿气等因素下，胶粘剂会产生老化断裂等现象；大部分胶粘剂有毒，操作过程中会散发有刺激性的气体，危害人体健康。
目前，人们通过研究发现，将铝或铝合金经过某些特殊的表面蚀孔处理后可直接与注塑塑料相结合，且二者之间的结合力较强。该特殊的表面蚀孔处理包括：一、水溶液浸渍，如将铝或铝合金浸渍于水溶性的胺类化合物的稀溶液中，利用水溶液的弱碱性使铝或铝合金表面微细地浸蚀，在浸渍的同时发生胺类化合物分子向铝或铝合金表面的吸附；二、阳极氧化处理，即使铝或铝合金表面形成多孔的氧化铝膜。然而，上述水溶液浸渍的方法需用到有毒有害的胺类化合物，而阳极氧化处理制程较长，生产效率较低。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种结合力强、且可克服上述缺陷的铝或铝合金与塑料的复合体。
另外，还有必要提供一种上述铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法。
一种铝或铝合金与塑料的复合体，其包括铝或铝合金基体及注塑结合于铝或铝合金基体表面的塑件，该铝或铝合金基体通过电化学蚀刻处理使其由表面朝内部腐蚀形成有若干纳米孔，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料，且所述塑件结合于所述铝或铝合金基体形成有所述若干纳米孔的表面。
一种铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供铝或铝合金基体；
对所述铝或铝合金基体进行电化学蚀刻处理，使该铝或铝合金基体由表面朝内部腐蚀形成若干纳米孔；
将所述经电化学蚀刻后的铝或铝合金基体置于注塑成型模具中，注塑塑件结合于所述铝或铝合金基体形成有所述若干纳米孔的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
相较于现有技术，所述的铝或铝合金与塑料的复合体藉由电化学蚀刻处理，使铝或铝合金基体由表面朝内部腐蚀形成若干纳米孔，使得铝或铝合金基体与聚苯硫醚塑料或聚酰胺塑料之间的结合力大大增强。本发明避免了使用有毒有害的胺类化合物，且相较于阳极氧化处理，缩短了制程，提高了效率。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的铝或铝合金与塑料的复合体的剖视示意图。
图2是本发明较佳实施方式的铝或铝合金基体经电化学处理后的扫描电镜图。
图3是本发明较佳实施方式的注塑塑件结合于铝或铝合金基体表面的示意图。
主要元件符号说明
复合体 100
铝或铝合金基体 11
塑件 13
纳米孔 111
注塑成型模具 20
下模 21
第二模穴 211
上模 23
浇口 231
第一模穴 233
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，本发明一较佳实施方式的铝或铝合金与塑料的复合体100包括铝或铝合金基体11、及形成于铝或铝合金基体11表面的若干塑件13。
请参阅图2，所述铝或铝合金基体11的表面形成有若干纳米孔111，该若干纳米孔111的平均孔径为20-60nm。从图2可以看到，所述若干纳米孔111在铝或铝合金基体11表面的分布较均匀。该若干纳米孔111的存在可使得注塑所述塑件13的部分塑料嵌入到该若干纳米孔111中，从而增强了若干塑件13与铝或铝合金基体11的结合力。所述铝或铝合金基体11的表面粗糙度Ra值为0.1-1μm。所述若干纳米孔111可藉由对所述铝或铝合金基体11进行电化学蚀刻处理由该铝或铝合金基体11的表面朝内部腐蚀而形成，经该电化学蚀刻处理后的铝或铝合金基体11表面经EDS（Energy Dispersive Spectrometer）测试证明未形成有铝的氧化物。
塑件13以模内注塑的方式结合于铝或铝合金基体11形成有所述若干纳米孔111的表面。注塑塑件13的塑料可为具有高流动性的结晶型热塑性塑料，如聚苯硫醚（PPS）塑料、聚酰胺（PA）塑料等。所述聚苯硫醚塑料中可添加玻璃纤维，其中该玻璃纤维的质量百分含量可为30%。
本发明一较佳实施方式的制作上述铝或铝合金与塑料的复合体的方法包括如下步骤：
提供铝或铝合金基体11。
对该铝或铝合金基体11进行脱脂除油处理，以使该铝或铝合金基体11的表面清洁。该脱脂除油处理包括将所述铝或铝合金基体11浸渍于含钠盐的溶液中的步骤。所述含钠盐的溶液可包含有30-50g/L的碳酸钠，30-50g/L的磷酸钠，以及3-5g/L的硅酸钠。浸渍时，保持所述含钠盐的温度在50-60℃之间。该浸渍的时间可为5-15分钟。脱脂除油处理后对所述铝或铝合金基体11进行水洗。
对经脱脂除油处理后的铝或铝合金基体11进行碱咬处理，以使该铝或铝合金基体11的表面较平整，可提升后续电化学蚀刻的成孔效果。该碱咬处理包括将所述铝或铝合金基体11浸渍于碱性溶液中的步骤。所述碱性溶液中包含有10-50g/L的氢氧化钠。所述碱咬处理在室温下进行约3-5分钟。碱咬处理后对所述铝或铝合金基体11进行水洗。
对经碱咬处理后的铝或铝合金基体11进行电化学蚀刻处理，即通过电化学蚀刻使该铝或铝合金基体11由表面朝内部腐蚀，从而在该铝或铝合金基体11的表面形成平均孔径为20-60nm的若干纳米孔111。该电化学蚀刻处理可在硫酸及磷酸的混合溶液中通电进行，并以该铝或铝合金基体11作为阳极，以不锈钢板或铅板作为阴极。该硫酸的体积浓度为30-50ml/L，该磷酸的体积浓度为20-60ml/L。电化学蚀刻时，使通过所述混合溶液的电流密度为2-4A/dm2。该电化学蚀刻的时间为8-15分钟，远低于阳极氧化所需要的时间（约20-60分钟）。电化学蚀刻后对所述铝或铝合金基体11进行水洗并干燥。
在该电化学蚀刻过程中，作为阳极的铝或铝合金基体11表面发生的主反应为Al-3e=Al3+，即铝或铝合金基体11表面的铝在外加电压的作用下失去电子，形成铝离子溶解于混合溶液中，使该铝或铝合金基体11的表面形成若干纳米孔111。由此可见，该若干纳米孔111的形成是直接蚀刻铝或铝合金基体11而形成，或者说该电化学蚀刻处理使该铝或铝合金基体11由表面朝内部腐蚀而形成所述若干纳米孔111。其与阳极氧化处理所形成的纳米孔存在本质的区别。阳极氧化处理的实质是在铝材基体的表面形成多孔的铝的氧化物膜，其阳极主反应为：2H2O-4e-=O2+4H+，4Al+3O2=2Al2O3，即铝材基体表面的铝直接与在外加电压作用下产生的O2结合形成铝的氧化物膜，该铝的氧化物膜在其形成过程中产生纳米孔。
请参阅图3，提供一注塑成型模具20，该注塑成型模具20包括上模23及下模21，上模23设置有若干浇口231、及若干与所述塑件13相对应的第一模穴233，下模21形成有可容置所述铝或铝合金基体11的第二模穴211。将所述经电化学蚀刻后的铝或铝合金基体11置于该第二模穴211中，经由若干浇口231注塑塑料填充于若干第一模穴233中形成若干塑件13，制得所述复合体100。注塑塑件13的塑料可为具有高流动性的结晶型热塑性塑料，如PPS，PA等。注塑时控制模具的温度在120-140℃之间。
对所述铝或铝合金与塑料的复合体100进行了抗拉强度及剪切强度测试。测试结果表明，该复合体100的抗拉强度可达10MPa，剪切强度可达20MPa。且对经上述测试后的复合体100在进行温湿度存储试验（72小时，85℃，85%相对湿度）及冷热冲击试验（48小时，-40-85℃，4小时/cycle，12cycles）后发现，该复合体100的抗拉强度及剪切强度均无明显减小。
相较于现有技术，所述的铝或铝合金与塑料的复合体100藉由电化学蚀刻处理，在铝或铝合金基体11的表面形成平均孔径为20-60nm的若干纳米孔111，且使该铝或铝合金基体11的表面粗糙度Ra值为0.1-1μm，使得该铝或铝合金基体11与聚苯硫醚塑料及聚酰胺塑料之间的结合力大大增强。该方法避免了使用有毒有害的胺类化合物，且相对于阳极氧化处理，缩短了制程的时间，提高了效率，降低了生产成本。
另外，该电化学蚀刻使铝或铝合金基体表面成孔的技术相较于通常的化学蚀刻，成孔速率快，效率高，并可通过调节电流参数控制得到所需要的纳米孔的形态、孔径、孔分布的密度及均匀性等，其优点也是显而易见的。

Claims (14)

1.一种铝或铝合金与塑料的复合体，其包括铝或铝合金基体及注塑结合于铝或铝合金基体表面的塑件，其特征在于：该铝或铝合金基体通过电化学蚀刻处理使其由表面朝内部腐蚀形成有若干纳米孔，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料，且所述塑件结合于所述铝或铝合金基体形成有所述若干纳米孔的表面。
2.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述若干纳米孔的平均孔径为20-60nm，该铝或铝合金基体的表面粗糙度Ra值为0.1-1μm。
3.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述铝或铝合金基体的表面未形成有铝的氧化物膜。
4.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚塑料或聚酰胺塑料。
5.如权利要求4所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述聚苯硫醚中添加有玻璃纤维，该玻璃纤维的质量百分含量为30%。
6.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述塑件至少部分嵌入结合于所述铝或铝合金基体的若干纳米孔中。
7.一种铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供铝或铝合金基体；
对上述铝或铝合金基体进行电化学蚀刻处理，使该铝或铝合金基体由表面朝内部腐蚀形成若干纳米孔；
将所述经电化学蚀刻后的铝或铝合金基体置于一注塑成型模具中，注塑塑件结合于所述铝或铝合金基体形成有所述若干纳米孔的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
8.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述若干纳米孔的平均孔径为20-60nm，该铝或铝合金基体经电化学蚀刻后的表面粗糙度Ra值为0.1-1μm。
9.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述电化学蚀刻在体积浓度为100-250ml/L的硫酸及体积浓度为20-60ml/L的磷酸的混合溶液中通电进行8-15分钟，通过该混合溶液的电流密度为2-4A/dm2。
10.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述电化学蚀刻以铝或铝合金基体为阳极，阳极主反应为：Al-3e=Al3+。
11.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述铝或铝合金基体的表面经电化学蚀刻后未形成有铝的氧化物膜。
12.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚塑料或聚酰胺塑料。
13.如权利要求7所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述制作方法还包括在电化学蚀刻前对该铝或铝合金基体进行碱咬处理的步骤。
14.如权利要求13所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述碱咬包括将所述铝或铝合金基体浸渍于含有10-50g/L的氢氧化钠的碱性溶液中3-5分钟的步骤。
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