CN103862164B - 金属部件的制造方法和复合成型体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属部件的制造方法和复合成型体。提供在用激光在金属部件的表面形成粗糙面来提高金属部件与树脂部件的密合性的技术中，进一步提高金属部件与树脂部件的密合性、并且还提高即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性的技术。在制造用激光在金属表面以排列的方式形成粗糙面来与树脂部件接合的金属部件的方法中，调整相邻粗糙面的间隔并且调整形成粗糙面的凹凸的深度X与前述凹凸的宽度Y之比X/Y。更具体而言，将相邻粗糙面的间隔调整至250μm以下，将X/Y比值调整至0.5～5.5。优选将凹凸的深度调整至50μm以上。

Description

金属部件的制造方法和复合成型体

技术领域

本发明涉及与树脂部件接合的金属部件的制造方法、以及具备用该制造方法制造的金属部件和树脂部件的复合成型体。

背景技术

一直以来，由金属、合金等构成的金属部件与由热塑性树脂组合物构成的树脂部件一体化而成的复合成型体被用于仪表盘周边的控制箱等汽车内饰件、发动机周边部件、室内装饰部件、数码相机、手机等电子设备的接口连接部、电源端子部等与外界接触的部件。

作为将金属部件与树脂部件一体化的方法，有在金属部件侧的接合面预先形成微小凹凸来通过锚固效应接合的方法；使用粘接剂、双面胶带粘接的方法；在金属部件和/或树脂部件上设置折回片、爪钩等固定构件，使用该固定构件将两者固定的方法；使用螺丝等进行接合的方法等。在这些当中，在复合成型体的设计自由度的方面，尤以在金属部件上形成微小凹凸的方法、使用粘接剂的方法是有效的。

在不使用昂贵的粘接剂的方面，尤以加工金属部件的表面来形成微小凹凸的方法为有利。作为加工金属部件的表面来形成微小凹凸的方法，例如可举出专利文献1所述的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-167475号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1所述的方法用激光在金属部件的表面形成粗糙面，因而可以在上述表面的所期望的范围形成粗糙面，操作也简单，是有效的方法之一。

然而，金属部件与树脂部件一体化而成的复合成型体例如也用于散热结构体，所述散热结构体具备导电性发热部、绝缘部以及导电性散热部，其将热量从导电性发热部经由绝缘部传导至导电性散热部来进行散热。在这种用途中，复合成型体不仅仅要求具有金属部件与树脂部件的密合性，还要求具有即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性。

本发明的目的在于，提供在用激光在金属部件的表面形成粗糙面来提高金属部件与树脂部件的密合性的技术中，进一步提高金属部件与树脂部件的密合性、并且还提高即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性的技术。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述问题而反复进行了深入的研究。结果发现，在制造用激光在金属表面以排列的方式形成粗糙面来与树脂部件接合的金属部件的方法中，调整相邻粗糙面的间隔并且调整形成粗糙面的凹凸的深度与前述凹凸的宽度之比同树脂部件与金属部件的密合性以及即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性之间有相关关系，从而完成了本发明。更具体而言，本发明提供以下的方案。

（1）一种金属部件的制造方法，其特征在于，所述金属部件用激光在金属表面以粗糙面排列的方式形成粗糙面来与树脂部件接合，相邻粗糙面的间隔为250μm以下，形成上述粗糙面的的凹凸的深度X与上述凹凸的宽度Y之比X/Y为0.5～5.5。

（2）根据（1）所述的金属部件的制造方法，其中，上述凹凸的深度为50μm以上。

（3）根据（1）或（2）所述的金属部件的制造方法，其中，上述树脂部件由在热塑性树脂的熔点+20℃以上且热塑性树脂的熔点+30℃以下的温度下测得的、剪切速度1000/秒下的熔融粘度为500Pa·s以下的热塑性树脂组合物构成，上述X/Y比值为0.5～5.5，上述凹凸的深度为50μm以上且250μm以下。

（4）根据（1）～（3）中任一项所述的金属部件的制造方法，其中，上述树脂部件由聚苯硫醚树脂组合物构成，上述X/Y比值为0.5～5.5，上述凹凸的深度为50μm以上且250μm以下。

（5）根据（1）～（3）中任一项所述的金属部件的制造方法，其中，上述树脂部件由液晶性树脂组合物构成，上述X/Y比值为0.5～5.5，上述凹凸的深度为50μm以上且250μm以下。

（6）一种复合成型体，其具备：用（1）～（5）中任一项所述的方法制造的金属部件，以及形成在包括上述粗糙面的上述金属部件的表面的至少一部分的树脂部件。

发明的效果

若为通过本发明的制造方法得到的金属部件，则在与树脂部件一体化时，与树脂部件的密合性非常高，并且上述长期耐久性优异。

附图说明

图1是示出对金属表面照射激光的方法的具体例子的图。

图2是示意性示出实施例和比较例中使用的复合成型体（嵌入成型体）的图，（a）是立体分解图，（b）是立体图，（c）是仅示出金属部的图。

图3是示意性示出实施例中进行的、树脂部与金属部之间的接合强度的测定方法的图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明不限定于以下的实施方式。

金属部件的制造方法

本发明的制造方法用激光以粗糙面排列的方式在金属表面形成粗糙面。接着，将在金属表面形成粗糙面的条件调整为：相邻粗糙面的间隔为250μm以下，形成粗糙面的凹凸的深度与上述凹凸的宽度Y之比X/Y为0.5～5.5。

首先，对形成粗糙面之前的金属部件进行说明。作为构成金属部件的金属材料，可以例示出铝、镁、不锈钢等。此外，金属部件也可以由金属合金构成。此外，金属材料的表面也可以进行过阳极氧化处理等表面处理、涂装。

本发明中使用根据用途等而成型为所期望的形状的金属部件。例如可以通过使熔融的金属等流入所期望的形状的模具而得到所期望的形状的金属部件。此外，为了将金属部件成型为所期望的形状，也可以使用利用机床等的切削加工等。

在如上所述得到的金属部件的表面，用激光形成粗糙面。形成粗糙面的位置、粗糙面的范围的大小考虑树脂部件所形成的位置等来确定。

本发明中用激光在金属表面形成粗糙面。具体而言，照射激光，在开槽加工和熔融再凝固的条件下对金属表面进行粗糙面加工。本实施方式中以照射脉冲波形的激光的情况为例进行说明，因而如图1的（a）所示对金属表面照射激光。在照射过激光的部分形成粗糙面。另外，图1中的空心箭头表示激光的扫描方向。

此外，图1的（a）示出用于以排列的方式形成粗糙面的激光的照射方法。为图1的（a）所述的照射方法时，两个粗糙面大致平行排列。粗糙面排列方向上的脉冲的中心间距为相邻粗糙面的间隔（在本说明书中，有时将相邻粗糙面的间隔称作“影线（hatching）宽度”）。在图1的（a）所示的情况下，影线宽度是固定的，本发明中，影线宽度调整至250μm以下。影线宽度超过250μm时，金属部件与树脂部件的密合性难以提高。更优选的影线宽度的范围为50μm以上且250μm以下。影线宽度为50μm以上时，粗糙面的状态容易变得更加良好。

另外，如图1的（b）所示，也可以不是大致平行地照射激光。在图1的（b）所示的情况下，影线宽度不固定，但只要影线宽度的至少一部分为250μm以下即可。这是因为即便只是一部分的影线宽度在上述范围内，通过与后述的凹凸的深度与凹凸的宽度之比的调整相组合，影线宽度为250μm以下的部分的金属部件与树脂部件的密合性也提高，整体的金属部件与树脂部件的密合性提高。但是，为了使上述密合性非常优异，优选将上述影线宽度的最大值调整至250μm以下。

此外，如图1的（c）所示，激光可以不以直线状进行照射。该情况下，与图1的（b）的情况同样，在影线宽度不固定、只要影线宽度的至少一部分为250μm以下即可这一点、只要影线宽度的最大值为250μm以下即优选这一点上，与图1的（b）的情况相同。

此外，对粗糙面的数量也没有特别限定。粗糙面的数量为3以上时，任意的相邻粗糙面的影线宽度的至少一部分为250μm以下即可。

此外，如果如上所述地以排列的方式形成有粗糙面，则如图1的（d）所示，多个粗糙面彼此可以相交。

如上所述对金属表面照射激光，但本发明的更优选的照射方法为如图1的（e）所示的照射激光的方法，即照射激光使得以沿规定方向排列的方式形成的粗糙面和沿与上述规定的方向不同的方向排列的粗糙面相交。最优选的照射方法为上述相交的角度成大致90°的照射方法。此外，激光的光斑直径（如图1所示的、激光的照射范围为圆时表示照射范围的圆的直径）优选为200μm以下，更优选为40～130μm。

在形成上述粗糙面时，将形成粗糙面的凹凸的深度X与上述凹凸的宽度Y之比X/Y调整至0.5～5.5。X/Y比值小于0.5时，金属部件与树脂部件的密合性、上述长期耐久性容易降低。X/Y比值超过5.5时，激光的操作次数倾向于增加，难以用短时间高效地形成粗糙面，金属部件的制造中的生产率容易降低。

作为将X/Y比值调整至0.5～5.5的方法，可列举出调整凹凸的深度X、凹凸的宽度Y或这两者的方法。作为调整凹凸的深度X、凹凸的宽度Y或这两者的方法，可列举出下述方法：对照射过一次激光的位置再重复照射第2次、第3次激光（调整扫描次数），或者调整激光的光斑直径，或者调整激光的输出功率，或者调整激光的频率，或者调整激光的扫描速度。对于具体条件，会根据构成金属部件的金属材料的种类等而有所不同，因此根据金属材料的种类等而适当采用优选的条件。

凹凸的深度和宽度采用使用激光显微镜测得的值。此外，如上所述，激光有时以相交的方式照射，该情况下，在相交的部分形成比没有相交的部分更深的凹凸。如此存在相交的部分时，对于相交的部分以外的部分，用上述方法测定凹凸的深度。进而，为了明确确定凹凸的宽度，对于如上所述相交的部分以外的部分，用上述方法测定凹凸的宽度。

在形成上述粗糙面时，进一步优选将形成粗糙面的凹凸的深度调整至50μm以上，更优选调整至50～250μm，进一步优选调整至50～150μm。前述凹凸的深度为50μm以上时，容易稳定得到金属部件与树脂部件的优异的密合性，也容易提高上述长期耐久性。前述凹凸的深度为250μm以下时，激光的操作次数的增加倾向于受抑制，容易用短时间高效地形成粗糙面，容易提高金属部件的制造中的生产率。关于凹凸的深度的调整方法、其具体条件等细节，如上面对于调整X/Y比值的方法的说明中所述。此外，形成粗糙面的凹凸的宽度只要为X/Y比值达到0.5～5.5的范围则没有特别限定，优选调整至10～100μm。

如上所述，本发明将影线宽度和X/Y比值调整至特定范围，优选进一步将粗糙面的凹凸的深度调整至特定范围。

复合成型体的制造方法

本发明的复合成型体使用通过以上方法制造的金属部件来制造。本发明的复合成型体具备上述金属部件和形成在金属部件的表面的至少一部分的树脂部件。

首先，对树脂部件进行简单说明。作为构成树脂部件的材料，没有特别限定，可以使用含有以往公知的热塑性树脂的热塑性组合物。另外，也包括热塑性树脂组合物中除了热塑性树脂以外仅含有微量的杂质等实质上由热塑性树脂构成的情况。

作为热塑性树脂，例如可以举出：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈/苯乙烯树脂（AS）、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯树脂（ABS）、甲基丙烯酸类树脂（PMMA）、氯乙烯（PVC），作为热塑性树脂（通用工程树脂），例如可以举出：聚酰胺（PA）、聚缩醛（POM）、超高分子量聚乙烯（UHPE）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、玻纤强化聚对苯二甲酸乙二醇酯（GF-PET）、聚甲基戊烯（TPX）、聚碳酸酯（PC）、改性聚苯醚（PPE），作为热塑性树脂（超级工程树脂），例如可以举出：聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶性树脂（LCP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚芳酯（PAR）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚酰胺酰亚胺（PAI），作为热固性树脂，例如可以举出：酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯，作为弹性体，例如有热塑性弹性体、橡胶，例如可以举出：苯乙烯-丁二烯类、聚烯烃类、聚氨酯类、聚酯类、聚酰胺类、1,2-聚丁二烯、聚氯乙烯类、离聚物。进而，还可以举出在热塑性树脂中添加了玻璃纤维的物质、聚合物合金（polymeralloy）等。

此外，在不大幅损害本发明的效果的范围内，为了赋予所期望的物性，也可以含有前述玻璃纤维所代表的以往公知的各种无机·有机填料、阻燃剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、光稳定剂、着色剂、炭黑、脱模剂、增塑剂等添加剂。

在热塑性树脂组合物当中，为了获得更良好的密合性，优选使用在热塑性树脂的熔点+20℃以上且热塑性树脂的熔点+30℃以下的温度测得的、剪切速度1000/秒下的熔融粘度为500Pa·s以下的热塑性树脂组合物。另外，该情况下，优选X/Y比值为0.5～5.5，凹凸的深度为50μm以上且250μm以下。上述热塑性树脂组合物除了热塑性树脂以外还可以含有以往公知的填充剂和/或添加剂。

在上述方面，聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶性树脂（LCP）等为优选的热塑性树脂，特别优选使用聚苯硫醚（PPS）、液晶性树脂（LCP）。

对复合成型体的制造方法的具体工序没有特别限定，通过使熔融的热塑性树脂组合物进入粗糙面的凹凸来使树脂部件与金属部件一体化即可。

例如可以举出如下方法：将形成有粗糙面的金属部件配置在注塑成型用模具内，向注塑成型用模具内注塑熔融状态的热塑性树脂组合物来制造树脂部件与金属部件的复合成型体。对注塑成型的条件没有特别限定，可以根据热塑性树脂组合物的物性等而适当设定优选的条件。此外，使用传递成型、压缩成型等的方法也是形成树脂部件与金属部件一体化的复合成型体的有效方法。

作为其他例子，可以举出如下方法：预先用注塑成型法等常规成型方法制造树脂部件，将形成有粗糙面的金属部件与上述树脂部件在所期望的接合位置抵接，对抵接面赋予热量，从而使树脂部件的抵接面附近熔融来制造树脂部件与金属部件的复合成型体。

复合成型体

本发明的复合成型体如上所述，具备金属部件和树脂部件。由于以提高与树脂部件的密合性的方式对形成在金属部件的表面的凹凸进行了调整，因此本发明的复合成型体的树脂部件与金属部件的密合性强。

如上所述，由于树脂部件与金属部件的密合性优异，并且即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性也优异，因此本发明的复合成型体可以适宜地用于要求在高温环境下长期稳定而优异的密合性的用途。例如，本发明的复合成型体可以用于散热结构体，所述散热结构体具备导电性发热部、绝缘部以及导电性散热部，其将热量从导电性发热部经由绝缘部传导至导电性散热部来进行散热。在这里，本发明的复合成型体中的树脂部件和金属部件分别对应于散热结构体中的绝缘部和导电性散热部，作为导电性发热部，例如可举出电子部件等。更具体而言，本发明的复合成型体在具有容纳在壳体内的导电性发热部的电气·电子设备中，可用作散热结构体的一部分，所述壳体在内部具有树脂制的轮毂（boss）、保持构件等。在这里，作为电气·电子设备，除了手机以外，还可列举出相机、摄录一体化相机、数码相机等携带用影像电子设备，笔记本电脑、掌上电脑、计算器、电子记事本、个人数字蜂窝系统（PDC）、个人手持式电话系统（PHS）、手机等携带用信息或通信终端，MD、磁带-耳机立体声音响、收音机等携带用音响电子设备，液晶电视·显示器、电话、传真机、手持扫描仪等家用电器等。

实施例

以下示出实施例和比较例对本发明进行具体说明，但本发明并不限定于这些实施例。

嵌件成型体的制造方法

实施例和比较例中使用的复合成型体（嵌件成型体）的示意图示于图2。（a）是立体分解图，（b）是立体图，（c）是仅示出金属部的图。用以下的方法制造该嵌入成型体。另外，图中的尺寸的单位是mm。

作为构成树脂部的热塑性树脂组合物1，使用聚苯硫醚类树脂组合物（作为填充材料含有35质量%玻璃纤维，热塑性树脂的熔点为280℃，在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下测得的剪切速度1000/秒下的熔融粘度为160Pa·s的树脂组合物、宝理塑料株式会社制造、“FORTRON（注册商标）1135MF1”）。

此外，作为构成树脂部的热塑性树脂组合物2，使用液晶性树脂组合物（作为填充材料含有30质量%玻璃纤维、热塑性树脂的熔点为330℃、在热塑性树脂的熔点+20℃的温度下测得的剪切速度1000/秒下的熔融粘度为43Pa·s的树脂组合物、宝理塑料株式会社制造、“VECTRA（注册商标）E130i”）。

另外，熔点和熔融粘度的测定方法如下。

熔点

用差示扫描热量分析装置（Perkin Elmer公司制造DSC），从室温开始以20℃/分钟的升温条件测定热塑性树脂的熔点。如上所示，热塑性树脂组合物1中所含的热塑性树脂的熔点为280℃、热塑性树脂组合物2中所含的热塑性树脂的熔点为330℃。

熔融粘度

使用株式会社东洋精机制作所制造的Capillograph，使用1mmφ×20mmL/平模作为毛细管，测定在规定的料筒温度下、剪切速度1000/秒下的熔融粘度。上述料筒温度对于热塑性树脂组合物1设定为310℃（相当于热塑性树脂的熔点+30℃），对于热塑性树脂组合物2设定为350℃（相当于热塑性树脂的熔点+20℃）。

作为金属部，使用由铝（A5052、厚度2mm）构成的、如下操作形成有粗糙面的板状物。这些板状的金属部在图2的（a）的斜线所示的部分具有接合面。

粗糙面的形成

使用激光打标机MD-V9900（KEYENCE CORPORATION制造、激光类型：YV04激光、振荡波长：1064nm、最大额定输出功率：13W（平均值）），在输出功率90%、影线宽度0.2mm、频率40kHz、扫描速度1000mm/s、扫描次数0～1000次（具体为表1或表2所示的次数）的条件下，在2处的接合预定面的金属表面形成粗糙面，使得沿规定方向大致平行排列的多个粗糙面与沿相对于上述规定方向旋转90°的方向大致平行排列的多个粗糙面相交，形成网状。另外，激光的光斑直径调整为50μm。

此外，除了粗糙面相交的部分以外，形成粗糙面的凹凸的深度X和宽度Y使用激光显微镜（株式会社KEYENCE CORPORATION制造、“VK-9510”）测定。深度X、宽度Y和X/Y比值的测定结果示于表1和表2。

将这些金属部分别配置于模具，进行一体化工序。成型条件如下。复合成型体的形状如图2所示。

成型条件

·对于热塑性树脂组合物1

成型机：Sodick TR-40VR（立式注塑成型机）

机筒温度：320℃

模具温度：150℃

注塑速度：100mm/s

保压压力：49MPa×5秒

·对于热塑性树脂组合物2

成型机：Sodick TR-40VR（立式注塑成型机）

机筒温度：380℃

模具温度：175℃

注塑速度：70mm/s

保压压力：80MPa×5秒

评价

对于用上述方法制作的复合成型体，评价接合部分的接合强度和剥离后的破坏形态。具体评价方法如下。

接合强度

接合强度的评价如下进行：通过将图2所示形状的复合成型体的金属部的中央沿长度方向垂直切断来将其分割为2个，使用TENSILON UTA-50kN（ORIENTEC Co.,Ltd.制造）作为测定设备，在测定速度1mm/分钟的条件下进行。此外，评价如图3所示，将复合成型体配置在台座上，沿箭头方向挤压剥离树脂部，由此测定接合强度。测定结果示于表1（3次的平均值）。

破坏形态

在接合强度测定后，以目视观察曾为接合部分的区域，评价破坏是在金属部与树脂部的界面发生（界面破坏）还是在金属部或树脂部中发生（母材破坏）。结果示于表1和表2。

长期耐热试验1：热老化（HA）

将用上述方法制作的复合成型体放置在设定于120℃的烘箱中，经过1000小时后取出，对于该复合成型体，用上述方法测定接合强度、评价破坏形态。结果示于表1和表2。

长期耐热试验2：热冲击（HS）

对于用上述方法制作的复合成型体，使用冷热冲击试验机，进行1000个循环的耐热冲击试验，所述耐热冲击试验将以120℃加热2小时后降温至-40℃冷却2小时、然后进一步升温至120℃的过程作为1个循环，然后用上述方法测定接合强度，评价破坏形态。结果示于表1和表2。

表1

表2

如表1和表2所示，确认到，通过使凹凸的深度X与宽度Y之比X/Y为0.5～5.5，可以以更少的激光扫描次数有效且显著地提高树脂部与金属部的接合强度。上述接合强度与初始相比，在HA后和HS后均没有降低。因此，确认到，即使在高温环境下、低温环境下密合性也长期稳定持续的长期耐久性也有所提高。

Claims (4)

1.一种金属部件的制造方法，其特征在于，所述金属部件用激光在金属表面以粗糙面排列的方式形成粗糙面来与树脂部件接合，

所述树脂部件由在热塑性树脂的熔点+20℃以上且热塑性树脂的熔点+30℃以下的温度下测得的、剪切速度1000/秒下的熔融粘度为500Pa·s以下的热塑性树脂组合物构成，

相邻粗糙面的间隔为250μm以下，

形成所述粗糙面的凹凸的深度X与所述凹凸的宽度Y之比X/Y为1.0～5.5，

所述凹凸的深度为50μm以上且250μm以下。

2.根据权利要求1所述的金属部件的制造方法，其中，所述树脂部件由聚苯硫醚树脂组合物构成。

3.根据权利要求1所述的金属部件的制造方法，其中，所述树脂部件由液晶性树脂组合物构成。

4.一种复合成型体，其具备：用权利要求1～3中任一项所述的方法制造的金属部件，以及

形成在包括所述粗糙面的所述金属部件的表面的至少一部分的树脂部件。