CN103129027A - 金属与塑料的复合体的制备方法及该复合体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属与塑料的复合体的制备方法，其包括如下步骤：提供钛或钛合金基体；使用溶液对该钛或钛合金基体进行浸泡腐蚀；对浸泡腐蚀后的钛或钛金基体进行电化学腐蚀，以碳酸氢钠的水溶液为电解液，使该钛或钛合金基体表面形成具有若干腐蚀孔洞的多孔层，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，且腐蚀孔洞间相互交错连通使多孔层形成三维网络多孔结构；注射熔融塑料于多孔层的表面，以形成金属与塑料的复合体。该方法工艺简单、绿色环保，由该方法制得的复合体的金属与塑料的结合强度高。本发明还提供由上述方法所制得的金属与塑料的复合体。

Description

金属与塑料的复合体的制备方法及该复合体

技术领域

本发明涉及一种金属与塑料的复合体的制备方法及由该方法所制得的复合体。

背景技术

目前钛合金与塑件结合的方式仍大量采用胶粘的方式。为提高胶接间的结合力，除选用高性能的粘胶外，常对钛合金工件进行表面处理，如化学蚀刻。钛合金经过化学蚀刻工艺可在其表面形成纳米孔。但使用该种方法制得的钛合金与塑料件之间的结合力不强，限制了其进一步的应用。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种钛合金与塑料件结合牢固的复合体的制备方法。

另外，还有必要提供一种上述方法所制得的复合体。

一种金属与塑料的复合体的制备方法，其包括如下步骤：

提供钛或钛合金基体；

使用溶液对该钛或钛合金基体进行浸泡腐蚀，以除去钛或钛合金基体表面的氧化膜；

对浸泡腐蚀后的钛或钛金基体进行电化学腐蚀，以碳酸氢钠的水溶液为电解液，使该钛或钛合金基体表面形成具有若干腐蚀孔洞的多孔层，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错连通使多孔层形成三维网络多孔结构，该多孔层的厚度为1.5-1.8μm；

注射熔融塑料于多孔层的表面，以形成金属与塑料的复合体。

一种金属与塑料的复合体，其包括钛或钛合金基体、形成于钛或钛合金基体表面的多孔层及形成于多孔层表面的塑料件，该多孔层中形成有若干腐蚀孔洞，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错连通使多孔层形成三维网络多孔结构，该多孔层的厚度为1.5-1.8μm。

本发明所述复合体的制备方法，使用电化学腐蚀的方法对钛或钛合金基体进行腐蚀使其表面形成具有若干腐蚀孔洞的多孔层，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔洞间相互交错连通使多孔层形成为三维网络多孔结构；然后注射熔融的塑料于多孔层的表面。该方法工艺简单、绿色环保，由该方法制得的复合体金属与塑料的结合强度高。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式的复合体的剖视示意图。

主要元件符号说明

复合体	100
		钛或钛合金基体	11
塑料件	13
		多孔层	15

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金属与塑料的复合体100的方法包括如下步骤：

(1) 提供钛或钛合金基体11。

(2) 对该钛或钛合金基体11进行常规的脱脂除油处理。依次采用酒精、丙酮、水对钛或钛合金基体11进行清洗，以除去表面脏污。

(3) 使用清洗溶液对该钛或钛合金基体11进行浸泡腐蚀。该清洗溶液中含有质量浓度为18%的硝酸(HNO₃)和质量浓度为10%的氢氟酸(HF)。该浸泡腐蚀可除去钛或钛合金基体11表面形成的氧化膜层。

(4) 对浸泡腐蚀后的钛或钛合金基体11进行电化学腐蚀，使该钛或钛合金基体11表面形成一多孔层15。该多孔层13中形成有朝内凹陷的若干腐蚀孔洞，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错连通，使多孔层15形成为三维网络多孔结构(未图示)。该若干腐蚀孔洞的深度为1.5-1.8μm，即多孔层15的厚度为1.5-1.8μm。该电化学腐蚀以钛或钛合金基体11作为阳极，铜片为阴极，电解液使用浓度为2-10mol/L的碳酸氢钠(NaHCO₃)的水溶液，电解液的温度为45-65°C，通过钛或钛合金基体11表面的电流密度为4-8mA/cm²，处理时间为6-8h。电化学腐蚀过程中发生的化学反应为：

电解液：HCO₃ ^–+H₂O→H₂CO₃+OH^–

阳 极：Ti+OH^–→e^–+TiO₃ ^2-+H₂O

阴 极：e^–+H₂O→OH^–+H₂↑

总反应式：Al+OH^–→AlO₂ ^–+ H₂↑

反应过程中，电解液中NaHCO₃发生电离生成氢氧根离子，阳极的钛或钛合金基体11表面的单质钛与氢氧根离子发生反应，失去电子生成偏钛酸根(TiO₃ ^2-)离子并溶解于电解液中，如此使得钛或钛合金基体11表面被腐蚀形成多孔层15。阴极的水电离出氢离子，然后氢离子得到电子，生成氢气。

此外，由于钛或钛合金基体11表面的单质钛存在晶界处的钛原子和晶粒处的钛原子两种不同的形态，而晶界处的钛原子活性较高，其与氢氧根离子以较快的速度发生反应，如此使得钛或钛合金基体11表面形成的若干腐蚀孔洞的孔径大小不一，孔径范围为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错，所述多孔层15的三维多孔网络结构有利于其与树脂的结合。

(5) 对电化学腐蚀后的钛或钛合金基体11进行水洗并烘干。

(6) 在钛或钛合金基体11的表面进行注射成型塑料件13以形成金属与塑料的复合体100。将表面形成有多孔层15的钛或钛合金基体11放入注塑成型设备中，注射熔融的塑料于多孔层15的表面，高流动性的塑料将流入多孔层15的三维网络多孔结构中。

请再次参阅图1，本发明一较佳实施方式的复合体100，其包括钛或钛合金基体11、形成于钛或钛合金基体11表面的多孔层15及形成于多孔层15表面的若干塑料件13。该多孔层15中形成若干腐蚀孔洞，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且孔洞间相互交错连通使多孔层15形成为三维网络多孔结构。该多孔层15的厚度为1.5-1.8μm。该多孔层15的存在可使得所述塑料件13的部分塑料嵌入到该若干交错腐蚀孔洞中，从而使得塑料件13牢固地结合于钛或钛合金基体11。

本发明所述复合体100的制备方法，使用电化学腐蚀的方法对钛或钛合金基体11进行腐蚀使其表面形成具有若干腐蚀孔洞的多孔层15，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔洞间相互交错连通使多孔层15形成为三维网络多孔结构；然后注射熔融的塑料于多孔层15的表面。该方法工艺简单、绿色环保，由该方法制得的复合体100金属与塑料的结合强度高。

Claims (7)

1.一种金属与塑料的复合体的制备方法，其包括如下步骤：

提供钛或钛合金基体；

使用溶液对该钛或钛合金基体进行浸泡腐蚀，以除去钛或钛合金基体表面的氧化膜；

对浸泡腐蚀后的钛或钛金基体进行电化学腐蚀，以碳酸氢钠的水溶液为电解液，使该钛或钛合金基体表面形成具有若干腐蚀孔洞的多孔层，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错连通使多孔层形成三维网络多孔结构，该多孔层的厚度为1.5-1.8μm；

注射熔融塑料于多孔层的表面，以形成金属与塑料的复合体。

2.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：电化学腐蚀的工艺参数为：该电化学腐蚀以钛或钛合金基体作为阳极，铜片为阴极，电解液中碳酸氢钠的浓度为2-10mol/L，电解液的温度为45-65°C，通过钛或钛合金基体表面的电流密度为4-8mA/cm²，处理时间为6-8h。

3.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：浸泡腐蚀使用的溶液中含有硝酸和氢氟酸。

4.如权利要求3所述的金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：浸泡腐蚀使用的溶液中硝酸的质量百分浓度为18%，氢氟酸的质量百分浓度为10%。

5.一种金属与塑料的复合体，其包括钛或钛合金基体、形成于钛或钛合金基体表面的多孔层及形成于多孔层表面的塑料件，其特征在于：该多孔层中形成有若干腐蚀孔洞，该若干腐蚀孔洞包括纳米级孔径的孔洞和微米级孔径的孔洞，孔径为20nm-10μm，且腐蚀孔洞间相互交错连通使多孔层形成三维网络多孔结构，该多孔层的厚度为1.5-1.8μm。

6.如权利要求5所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：该塑料件中的塑料流入腐蚀孔洞中而与钛或钛合金基体结合成一体。

7.如权利要求5所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：该多孔层采用电化学腐蚀的方法形成于钛或钛合金表面。

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