CN104152904B - 一种多孔金属处理液及复合体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔金属处理液，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的多孔金属，包括按重量计以下配比的组分：水1000份；无机碱剂65‑195份；有机碱剂85‑245份。一种复合体材料的制备方法，包括以下步骤：1)通过粉末冶金烧结技术形成表面具有孔洞的多孔金属基材；2)使用权利要求1至3任一项所述的多孔金属处理液对所述多孔金属基材进行孔洞表面处理；3)对经过多孔金属处理液处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料。本发明能够有效提高金属与塑料的结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔金属处理液及复合体材料的制备方法。
背景技术
通过化学处理液对金属基材表面进行处理，可以使金属基材表面形成不规则的孔洞，然后再与塑料进行一体化成型制备成复合体材料。由于化学处理液一般都含有强酸强碱以及其他成分的化学试剂，其废液在很大程度上增加了处理成本，而且废液的处理存在不少难度。
已有通过聚焦离子束对金属表面进行蚀刻形成纳米孔点阵，再与树脂进行一体化结合的复合体材料方法。由于聚焦离子束是利用聚焦的方式将热量集中到加工部位来融化金属，这会导致其周边的部位产生较大的热影响区，金属容易发生局部烧灼现象，不利于后续加工处理。按照现有技术，直接通过塑料注塑与金属基材表面结合，结合强度比较有限，难以到理想的程度。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合体材料的制备方法，实现金属与塑料高强结合。
另一目的是提供一种多孔金属处理液，用于所述制备方法可以有效提高金属与塑料的结合强度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔金属处理液，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的多孔金属，包括按重量计以下配比的组分：
水 1000份；
无机碱剂 65-195份；
有机碱剂 85-245份。
优选地：
所述无机碱剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、磷酸一钠、磷酸二钠中的一种或多种。
所述有机碱剂为水合肼、乙二胺、丙二胺、对苯二甲胺、乙胺、对苯二胺、苯基肼、咪唑、吡啶中的一种或多种或其有机衍生碱。
一种复合体材料的制备方法，包括以下步骤：
1)通过粉末冶金烧结技术形成表面具有孔洞的多孔金属基材；
2)使用所述的多孔金属处理液对所述多孔金属基材进行孔洞表面处理；
3)对经过多孔金属处理液处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料。
优选地：
所述多孔金属基材为具有微米级孔洞的铝合金金属基材。
所述塑料为结晶型热塑性塑料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种或多种，优选地，所述塑料添加有质量含量为25％-50％的玻璃纤维。
在步骤1)和2)之间，用化学除油剂对多孔金属基材进行化学除油处理，以清除其表面的污迹，化学除油温度为55-85℃。
步骤2)中，多孔金属处理液表面处理的处理温度为50-80℃，处理时间为7-25min。
步骤3)中，注塑时的模具内的温度控制在128-145℃之间。
本发明的有益技术效果：
根据本发明，在使用粉末冶金烧结技术形成具有微米级孔洞的多孔金属基材后，用多孔金属处理液进行表面润湿处理，改善金属基材与塑料的表面张力系数差异，克服现有技术中金属基材与塑料在进行注塑成型时，由于两者相互之间存在表面张力系数差异的原因而导致塑料不易与金属表面产生有效结合的问题，有效改善金属基材微米级孔洞表面与塑料的结合力，实现金属与塑料高强结合。采用上述配比的成分中，无机碱剂可以蚀刻多孔金属表面，增加孔洞内部深度和表面粗糙度，而有机碱剂可以改善金属与液体之间的液相-固相接触角，使液体可以在金属表面均匀铺张，增加金属与液体之间的接触面积，同时也可以进入微米级孔洞内继续蚀刻金属基材，增加孔洞内部的结合深度。而且，本发明的工艺操作简易，特别适于金属基材与塑料相结合形成复合体制备电子产品结构件，注塑成型之后不易发生结合部位的松动，保证结构件的使用性能，其制作成本低，效果好。此外，本发明应用了多孔金属处理液的处理，但有别于传统的依靠化学处理液形成微米级孔洞的方法，加工处理过程比较环保，且经过多孔金属处理液处理后的金属基材表面基本不发暗，不影响结构件产品的外观。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明中涉及的材料如下：
1、金属：所述的金属使用粉末冶金法制备得到的具有微米级孔洞的、形状化的金属基材，可以是但不限于铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083中的一种。
2、塑料：所说的塑料可以是但不限于结晶型热塑性塑料，例如可以是聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种。所述的树脂以聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚苯硫醚树脂为主要成分，同时其中添加有质量含量为25％-50％的玻璃纤维作为辅助成分。
3、复合体材料：由粉末冶金法制备得到的具有微米级孔洞的、形状化的金属基材，与塑料可以通过注射成型技术一体化而得到复合体材料。该金属基材表面具有微米级孔洞以及经过多孔金属处理液处理，使得塑料可以进入金属孔洞内与处理液的组分发生反应形成化学键而结合成型。
4、多孔金属处理液：
在1000份的水中，可以配有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 65-195份
无机碱剂主要涉及水溶性的碱盐或者水解呈碱性的盐，可以是但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、磷酸一钠、磷酸二钠等。
2)有机碱剂 85-245份
有机碱剂可以是但不限于水合肼、乙二胺、丙二胺、对苯二甲胺、乙胺、对苯二胺、苯基肼、咪唑、吡啶中的一种或几种，还可以是这些有机碱剂的有机衍生碱。
采用上述配比的成分中，无机碱剂可以蚀刻多孔金属表面，增加孔洞内部深度和表面粗糙度，而有机碱剂可以改善金属与液体之间的液相-固相接触角，使液体可以在金属表面均匀铺张，增加金属与液体之间的接触面积，改善金属基材与液态塑料的表面张力系数差异，同时也可以进入微米级孔洞内继续蚀刻金属基材，增加孔洞内部的结合深度。
根据本发明的实施例，一种复合体材料的制备方法可以包括以下的步骤：
1)提供通过粉末冶金烧结法成型的多孔金属基材，可以是但不限于铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083中的一种。
2)用除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度55-85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面活化处理后具有微米级孔洞的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面改性处理。优选的处理工艺参数：a)温度：50-80；b)时间：7-25min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在128-145℃之间。
实施例一：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 65份
其中：氢氧化钾 65份；
2)有机碱剂 120份
其中：氨水60份，乙二胺60份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度80℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
处理工艺参数：a)温度：80℃ b)时间：18min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在128-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为19.3MPa。
实施例二：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 128份
其中：氢氧化钾 95份，碳酸氢钠33份；
2)有机碱剂 135份
其中：氨水45份，对苯二胺90份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度80℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
处理工艺参数：a)温度：75℃ b)时间：15min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在128-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为20.7MPa。
实施例三：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 190份
其中：氢氧化钾 105份，碳酸氢钠85份；
2)有机碱剂 145份
其中：氨水45份，苯基肼100份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度80℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
工艺参数：a)温度：60℃ b)时间：15min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在128-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为19.8MPa。
实施例四：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 105份
其中：氢氧化钠 70份，磷酸一钠35份；
2)有机碱剂 85份
其中：氨水35份，水合肼50份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
处理工艺参数：a)温度：75℃ b)时间：18min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为19.4MPa。
实施例五：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 125份
其中：氢氧化钠 70份，磷酸二钠55份；
2)有机碱剂 165份
其中：丙二胺35份，水合肼130份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
处理工艺参数：a)温度：70℃ b)时间：15min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为19.1MPa。
实施例六：
1.多孔金属处理液的配制：
在1000份水中，添加有以下重量比的原料：
1)无机碱剂 135份
其中：氢氧化钠 60份，磷酸二钠75份；
2)有机碱剂 245份
其中：乙二胺160份，水合肼85份。
2.一种多孔金属复合体材料的制备方法，具体包括以下的步骤：
1)提供通过形状化的多孔金属基材，所述的多孔金属基材是使用粉末冶金法制备得到的具有形状化的金属基材，可以是铝合金7075、铝合金6262、铝合金6063、铝合金6061、铝合金2024、铝合金2017、铝合金2011、铝合金5086、铝合金5052、铝合金5083等型号中的一种。
2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。
3)将经过表面除油后的多孔金属基材放入金属处理液中进行表面处理。
处理工艺参数：a)温度：55℃ b)时间：10min。
4)将经过金属处理液处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。
结合强度测试：对上述方式所得到的多孔金属与塑料复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度为20.3MPa。
表1实施例与对比例所得复合体平均拉伸强度测试数据对比
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多孔金属处理液，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的多孔金属，其特征在于,包括按重量计以下配比的组分：
水 1000份；
无机碱剂 65-195份；
有机碱剂 85-245份。
其中所述无机碱剂用于蚀刻多孔金属表面以增加多孔金属基材的孔洞内部深度和表面粗糙度，而有机碱剂用于改善金属与液体之间的液相-固相接触角，使多孔金属处理液可以在金属表面均匀铺张，增加金属与液体之间的接触面积。
2.如权利要求1所述的多孔金属处理液，其特征在于,所述无机碱剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、磷酸一钠、磷酸二钠中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的多孔金属处理液，其特征在于,所述有机碱剂为水合肼、乙二胺、丙二胺、对苯二甲胺、乙胺、对苯二胺、苯基肼、咪唑、吡啶中的一种或多种或其有机衍生碱。
4.一种复合体材料的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
1)通过粉末冶金烧结技术形成表面具有孔洞的多孔金属基材；
2)使用权利要求1至3任一项所述的多孔金属处理液对所述多孔金属基材进行孔洞表面处理；
3)对经过多孔金属处理液处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料。
5.如权利要求4所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,所述多孔金属基材为具有微米级孔洞的铝合金金属基材。
6.如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,所述塑料为结晶型热塑性塑料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,所述塑料添加有质量含量为25％-50％的玻璃纤维。
8.如权利要求4至7任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,在步骤1)和2)之间，用化学除油剂对多孔金属基材进行化学除油处理，以清除其表面的污迹，化学除油温度为55-85℃。
9.如权利要求4至7任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,步骤2)中，多孔金属处理液表面处理的处理温度为50-80℃，处理时间为7-25min。
10.如权利要求4至7任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于,步骤3)中，注塑时的模具内的温度控制在128-145℃之间。
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