CN104742308A - 金属与树脂的复合体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属与树脂的复合体,其包括金属件及与该金属件结合的树脂件。该金属件的表面形成有多个微孔,该微孔包括顶部和位于该顶部远离该树脂件一端的底部,该微孔的顶部与底部相贯通且底部的孔径大于顶部的孔径,该底部具有圆角。该树脂件的部分结构伸入该微孔并充满该微孔的顶部与底部。由于树脂件部分伸该底部,可提供良好的铆合力,该金属与树脂的复合体的连接强度较高。并且,由于该微孔的底部具有圆角,进入该微孔的塑胶件排气较充分,可提升树脂件和金属件的连接强度。本发明同时还提供了该金属与树脂的复合体的制造方法。

Description

金属与树脂的复合体及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种金属与树脂的复合体及其制造方法。
背景技术
[0002] 在实际应用中,常常需要将树脂和金属进行连接形成复合体。
[0003] 现有的树脂和金属连接方法之一是采用粘接剂进行粘合,但通过粘接剂粘合的方 法无法制得连接强度高的金属和树脂的复合体。另一种连接方法是先在金属件表面制成多 个微孔,然后将金属件放入模具内,注射金属与树脂件结合为一体。
[0004] 在金属件表面制作微孔的方法包括喷砂法、聚焦离子束蚀刻、电化学蚀刻等。喷砂 法虽然能提升塑胶件与金属件的接触面积以提升连接强度,但是喷砂法的制程复杂,并且 形成的微孔大小不均,使金属件与塑胶件之间的连接强度较弱。聚焦离子束蚀刻虽然能够 形成倒锥形的小孔以提升结合强度,但是其制作时必须配合真空环境,成本较高,同时其低 加工速度亦不能负荷大面积的加工需求,因此并不适宜投入量产使用。传统的电化学蚀刻 法所形成的微孔为直向孔,因此金属件与树脂件的连接强度仍不佳。
发明内容
[0005] 有鉴于此,有必要提供一种连接强度高的金属与树脂的复合体,以及一种制程简 单的金属与树脂的复合体的制造方法。
[0006] -种金属与树脂的复合体,包括金属件及与该金属件结合的树脂件,该金属件的 表面形成有多个微孔。该微孔包括顶部和位于该顶部远离该树脂件一端的底部,该微孔的 顶部与底部相贯通且底部的孔径大于顶部的孔径,且该底部具有圆角,该树脂件的部分结 构伸入该微孔并充满该微孔的顶部与底部。
[0007] -种金属与树脂的复合体的制造方法,其包括如下步骤:提供一成型的金属件,并 对该金属件进行脱脂除油清洗;将该金属件置于一电解加工装置的工位上,并在该金属件 上方提供一集束电极,该集束电极包括多个加工电极,该加工电极包括加工部,该加工部的 端部之外的表面上设有绝缘层;利用该集束电极对该金属件进行电解加工,以在该金属件 的表面上形成多个微孔,该微孔包括顶部和位于该顶部远离该树脂件的底部,该微孔的顶 部与底部相贯通且底部的孔径大于顶部的孔径,且该底部具有圆角;将该金属件置于一成 型模具中加热;在该模具中注射熔融的树脂件,该树脂件的部分结构伸入该微孔并充满该 微孔的顶部与底部,以形成该金属与树脂的复合体。
[0008] 相较于现有技术,上述金属与树脂的复合体中,金属件包括多个微孔,由于该微孔 包括顶部和相对于顶部孔径较大的底部,伸入底部的部分树脂件可以提供较好的铆合力, 因此,金属件和树脂件的连接强度较高。并且,由于该微孔的底部具有圆角,使得进入该微 孔的塑胶件排气较充分,可进一步提升树脂件和金属件的连接强度。
[0009] 本发明提供的金属与树脂的复合体采用电解加工法制作微孔,由于加工电极的端 部未被绝缘层覆盖,加工电极的端部可在微孔的孔底产生侧蚀,并利用该侧蚀效应蚀刻出 孔径较大的底部,因此不需增加现有的电解加工制程,制程较简单。相较于传统的喷砂法和 聚焦离子束的方法,加工出的微孔大小均匀,且更适合量产。
附图说明
[0010] 图1是本发明实施例一提供的金属与树脂的复合体的剖面图。
[0011] 图2是图1所示金属与树脂的复合体的制造过程的示意图。
[0012] 图3是图2所示的加工电极的剖面图。
[0013] 图4是本发明实施例二提供的金属与树脂的复合体的剖面图。
[0014] 图5是图4所示金属与树脂的复合体的制造过程的示意图。
[0015] 图6是本发明实施例三提供的金属与树脂的复合体的剖面图。
[0016] 主要元件符号说明
Figure CN104742308AD00041
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
[0017] 请参阅图1,本发明实施例一的金属与树脂的复合体10包括金属件110及与金属 件110结合的树脂件120。
[0018] 金属件110的材质可为铝合金、镁合金、不锈钢、铜及铜合金等。金属件110具有 与树脂件120结合的金属件表面111,并且金属件表面111上设有多个微孔112。微孔112 大致呈T型结构,其包括顶部1121和底部1122,底部1122位于顶部1121远离树脂件120 一端的端部。顶部1121与底部1122相贯通,底部1122的孔径大于顶部1121的孔径,并且 底部1122具有圆角。在该实施例中,顶部1121相对于金属件表面111垂直设置。优选地, 多个微孔112为均匀阵列排列的圆形微孔,但不限于此。
[0019] 树脂件120通过注射或者热熔的方式部分侵入到微孔122中与金属件110结合, 其中,树脂件120的部分结构伸入微孔112并充满微孔112的顶部1121和底部1122。由于 底部1122具有圆角结构,深入底部1122的树脂件120排气较充分,可提升树脂件120与金 属件110的连接强度。树脂件120采用结晶型热塑性树脂,例如聚苯硫醚(PPS)与玻璃纤 维的混合物、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。 若为聚苯硫醚与玻璃纤维的混合物时,其中玻璃纤维的质量百分含量优选为20~50%。
[0020] 由于每个微孔112包括孔径较大的底部1122,且部分树脂件填充于底部1122中, 因此,当施加外力使金属件110和树脂件120分离时,填充于底部1122的部分树脂件120 可提供良好的铆合力。所以,相较于传统直向微孔的结构,T型的微孔112能提供更大的摩 擦力,进而使金属件110与树脂件120的连接强度更高。
[0021] 请同时参阅图2和图3,本发明实施例一的金属与树脂的复合体10的制造方法主 要包括如下步骤: 首先,提供一成型的金属件110,并对金属件110进行脱脂除油清洗。金属件110可以 通过机械加工、铸造的方式形成。
[0022] 将金属件110置于电解加工设备之工位上(图未示),并在金属件110上方提供一 集束电极50。集束电极50包括多个加工电极500,在本实施例中,多个加工电极500紧密 贴合且呈阵列状排布,以形成一个平面的加工端面。加工电极500包括用于电解加工的加 工部510以及连接于加工部510 -端的夹持部520,加工部510的尺寸较小,以便于加工微 孔112。加工部510远离夹持部520的一端为加工端部511。加工部510除加工端部511 之外的表面上设有绝缘层530,从而未被绝缘层530覆盖的加工端部511形成了位于加工部 510底部的正向加工区5111以及位于正向加工区5111侧边的侧向加工区5112。由于绝缘 层530可以防止侧蚀,加工部510除了加工端部511以外的区域不会发生侧蚀,而加工端部 511未被绝缘层530覆盖,可以利用加工端部511使微孔112的孔底发生侧蚀,利用正向加 工区5111和侧向加工区5112加工出微孔112的具有圆角的底部1122。
[0023] 利用集束电极50对金属件110进行电解加工,即可在金属件表面111上制作出多 个微孔112。其中,加工电极500的加工部510用于加工微孔112的顶部1121,加工端部 511用于在顶部1121的一端加工底部1122,由于加工端部511的侧蚀效应,使得底部1122 的孔径大于顶部1121的孔径,且底部1122具有圆角。
[0024] 然后,对金属件110进行清洗,再将金属件110嵌入到一成型模具(图未示)中,并 加热金属件110。优选地,金属件110被加热至l〇(T350°C。该加热的方式可为电磁感应加 热。
[0025] 最后,在所述成型模具中注射熔融的树脂件120,树脂件120的部分结构伸入微孔 112并充满微孔112的顶部1121与底部1122,冷却后,树脂件120与金属件110结合于一 体,即获得金属与树脂的复合体10。
[0026] 上述金属与树脂的复合体10中,金属件110包括多个阵列的微孔112,每个微孔 112包括顶部1121及位于顶部1121端部的底部1122,且底部1122的孔径大于顶部1121 的孔径,树脂件120熔融后侵入到微孔112的顶部1121及底部1122中以与金属件110结 合,因此,所述底部1122的存在可有效提升该金属与树脂的复合体10的连接强度。
[0027] 上述金属与树脂的复合体10的制造方法通过电解加工的方法刻蚀出微孔112,相 较于聚焦离子束的方法,该方法可在常压下大面积同步蚀刻微孔112,适宜进行大面积加 工,加工更快速;并且,不需使用真空设备,可降低加工难度,因此,该方法的制程简单,更适 合量产。相较于传统的电解加工的蚀刻直向微孔的方法,该方法不需增加加工步骤,仅更改 加工电极的设计即可,因此不会增加制程。
[0028] 请参阅图4,本发明实施例二的金属与树脂的复合体20包括金属件210和与金属 件210结合的树脂件220。
[0029] 金属件210包括与树脂件220结合的金属件表面211,且金属件表面211上设有 多个T型的微孔212,每个微孔212包括顶部1121和底部1122,底部1122位于顶部1121 远离树脂件120 -端的端部。顶部1121与底部1122相贯通,且底部1122的孔径大于顶部 1121的孔径。与实施例一的不同之处在于:微孔212的顶部1121相对于金属件表面211倾 斜设置。
[0030] 树脂件220的部分结构伸入微孔212并充满微孔212的顶部2121和底部2122。
[0031] 由于微孔212与金属件表面211倾斜设置,当施加外力使金属件210和树脂件220 分离时,所述外力可拆分为与孔底平行的摩擦正向力和与孔底垂直的剪切力,相较于传统 直向孔的结构,斜向的T型微孔212能提供更大的滑动摩擦力,同时填充底部2122的部分 树脂件220能提供良好的铆合力,进而使金属件210与树脂件220的连接强度更高。
[0032] 请参阅图5,制作金属与树脂的复合体20时,首先,提供一成型的金属件210,并对 金属件210进行脱脂除油清洗。
[0033] 将金属件210倾斜放置于电化学加工设备之工位上(图未示),并在金属件210上 方提供一集束电极60。集束电极60包括多个紧密贴合的加工电极500 (参照图3)。加工 电极500包括用于电解加工的加工部510以及连接于加工部510 -端的夹持部520,加工 部510的尺寸较小,以便于加工微孔212。加工部510远离夹持部520的一端具有加工端 部511。加工部510除了加工端部511之外的表面上设有绝缘层530,从而加工端部511形 成了位于加工部510底部的正向加工区5111以及位于正向加工区5111侧边的侧向加工区 5112。由于绝缘层530可以防止侧蚀,而加工端部511未被绝缘层530覆盖,从而可以利用 加工端部511使微孔212的孔底发生侧蚀,利用加工端部加工出微孔212孔底的底部2122。 与实施例一不同的是,多个加工电极500呈阶梯状排列,使排布成的加工端面与倾斜设置 的金属件表面211配合。利用集束电极60对该金属件210进行电解加工,即可完成多个与 金属件表面211倾斜设置的微孔212,其中,加工电极500被绝缘层530覆盖的部分用于形 成微孔212的顶部2121,加工端部2122用于形成微孔212的底部2122,电解加工完成后的 底部2122的孔径大于顶部2121的孔径。
[0034] 接着,如实施例一相同,对金属件210进行清洗,然后将金属件210嵌入到一成型 模具(图未示)中,并加热金属件210。然后,在所述加热的模具中注射熔融的树脂件220,树 脂件220部分侵入金属件表面211的微孔212,冷却后,树脂件220与金属件210结合于一 体,即获得金属与树脂的复合体20。
[0035] 请参阅图6,本发明实施例三的金属与树脂的复合体30包括金属件310和与金属 件310结合的树脂件320,金属件210与树脂件220结合的表面为金属件表面311,其上设 有多个T型微孔,微孔与金属件表面311倾斜设置。与实施例二不同之处在于:多个微孔包 括多个具有第一倾斜方向的第一微孔312和多个具有第二倾斜方向的第二微孔313,该第 一倾斜方向不同于该第二倾斜方向。
[0036] 在本实施例中,第一微孔312的轴向Nl相对于金属件表面311的垂直轴N为向左 倾斜,第二微孔313的轴向N2相对于金属件表面311的垂直轴N为向右倾斜。优选的,第 一微孔312和第二微孔313可相对于金属件表面311的垂直轴N对称设置,但也不限于此, 第一微孔212和第二微孔313的倾斜方向也可以不对称。
[0037] 第一微孔312包括顶部3121和底部3122,底部3122与顶部3121贯通,且底部 3122的孔径大于顶部3121的孔径。同样,第二微孔313包括顶部3131和底部3132,底部 3132与顶部3131贯通,且底部3132的孔径大于顶部3131的孔径。
[0038] 优选地,多个第一微孔312和多个第二微孔313间隔设置,但不限于此。第一微孔 312和第二微孔313可以分别分布于金属件310的一端,也可以随机分布于金属件310上。
[0039] 由于第一微孔312和第二微孔313具有不同的倾斜方向,当外力使金属件310和 树脂件320分离时,金属件310的受力更加均匀,使得金属与树脂的复合体30的连接强度 更高。
[0040] 金属与树脂的复合体30的制造方法和实施例二中的方法相似,不同之处在于:先 将金属件310朝第一倾斜方向放置于工位上,将部分加工电极排列成阶梯状,利用该部分 加工电极500电解加工出多个第一微孔312 ;再将金属件310朝与第一倾斜方向不同的第 二倾斜方向放置于工位上,再利用其余的部分加工电极500排列成阶梯状,电解加工出多 个第二微孔313。如此,便可制作出倾斜方向不同的第一微孔312和第二微孔313。其余加 工步骤请参照实施例二,在此不再赘述。
[0041] 本发明提供的金属与树脂的复合体,在金属件的表面形成有至少一个微孔,微孔 包括顶部和位于顶部端部的底部,树脂件部分部分侵入该微孔而与金属件结合,由于该微 孔包括底部,因此,金属件和树脂件的结合强度较高。由于底部具有圆角,深入底部的树脂 件排气较充分,可提升树脂件与金属件的连接强度。本发明提供的金属与树脂的复合体采 用电解加工法制作微孔,并利用侧蚀效应蚀刻出底部,因此不需增加现有的电解加工制程, 制程较简单。相较于传统的喷砂法和聚焦离子束的方法,加工出的微孔大小均匀,且更适合 量产。
[0042] 本领域的普通技术人员应当理解,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案 进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术 方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1. 一种金属与树脂的复合体,包括金属件及与该金属件结合的树脂件,其特征在于: 该金属件的表面形成有多个微孔,该微孔包括顶部和位于该顶部远离该树脂件一端的底 部,该微孔的顶部与底部相贯通且底部的孔径大于顶部的孔径,该底部具有圆角,该树脂件 的部分结构伸入该微孔并充满该微孔的顶部与底部。
2. 如权利要求1所述的金属与树脂的复合体,其特征在于:该微孔的顶部相对于该金 属件的表面垂直设置。
3. 如权利要求1所述的金属与树脂的复合体,其特征在于:该微孔的顶部相对于该金 属件的表面倾斜设置。
4. 如权利要求1所述的金属与树脂的复合体,其特征在于:该多个微孔阵列设置于该 金属件的表面。
5. 如权利要求1所述的金属与树脂的复合体,其特征在于:该多个微孔包括具有第一 倾斜方向的第一微孔和具有第二倾斜方向的第二微孔,该第一倾斜方向不同于该第二倾斜 方向。
6. -种金属与树脂的复合体的制造方法,其包括如下步骤: 提供一成型的金属件,并对该金属件进行脱脂除油清洗; 将该金属件置于一电解加工装置的工位上,并在该金属件上方提供一集束电极,该集 束电极包括多个加工电极,该加工电极包括加工部,该加工部的端部之外的表面上设有绝 缘层; 利用该集束电极对该金属件进行电解加工,以在该金属件的表面上形成多个微孔,该 微孔包括顶部和位于该顶部远离该树脂件的底部,该微孔的顶部与底部相贯通且底部的孔 径大于顶部的孔径,且该底部具有圆角; 将该金属件置于一成型模具中加热; 在该模具中注射熔融的树脂件,该树脂件的部分结构伸入该微孔并充满该微孔的顶部 与底部,以形成该金属与树脂的复合体。
7. 如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法,其特征在于:该加工电极还 包括与该加工部连接的夹持部,该多个加工电极呈阵列状排布。
8. 如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法,其特征在于:该加工部的端 部用于加工该微孔的底部,其包括位于该加工部底部的正向加工区和位于该正向加工区侧 边的侧向加工区。
9. 如权利要求6所述的金属与树脂的复合体的制造方法,其特征在于:将该金属件倾 斜设置于该工位上,并将该多个加工电极呈阶梯状排布,以与该金属件的表面相配合。
10. 如权利要求9所述的金属与树脂的复合体的制造方法,其特征在于:先将该金属件 朝第一倾斜方向设置于该工位上,利用部分加工电极电解加工出多个第一微孔,再将该金 属件朝不同于第一倾斜方向的第二倾斜方向设置于工位上,利用其余的部分加工电极电解 加工出多个第二微孔。
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