CN105332034B - 铝合金表面处理剂及其在铝合金表面制备纳米孔洞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝合金表面处理剂，还涉及使用该处理剂在铝合金表面制备纳米孔洞的方法。该铝合金表面处理药剂由A、B、C三种制剂组成。所述A制剂在铝合金表面制造微细孔洞，所述B制剂对A制剂在铝合金表面制造的微细孔洞进行扩孔，所述C制剂对由A和B制剂制造的铝合金表面微细孔洞进行润孔。本发明能够在铝合金表面形成独特的双层立体孔洞结构，提高树脂和铝合金的结合力，容易成型，对铝合金外观基本无影响，适用范围广，对环境无污染，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝合金表面处理剂，还涉及使用该处理剂在铝合金表面制备纳米孔洞的方法。
背景技术
随着汽车、家用电器、工业机器、电子3C产品的多样化发展，人工电子智能产品的大面积普及，作为这些领域共同所需材料的铝合金的需求也逐年上升，对铝合金的精密度和技术性能等要求也相应提高，铝合金和树脂的一体化成型技术也成为近年来提高铝合金性能的技术热点。
传统的铝合金与树脂结合成型技术采用粘合剂在常温或加热的环境下将铝合金和树脂结合在一起，得到的铝合金树脂结合体结合力差，应用受到限制，无法满足产品的结构强度要求，且此类采用粘合剂取得的铝合金树脂结合体，耐酸耐碱性能差，无法进行阳极氧化等化学表面处理。一直以来，人们在不断研究高强度，高结合力的铝合金与树脂结合体的制作方法。
本领域的技术人员提出了铝合金与树脂一体化纳米加工处理技术（NMT），通过将铝合金表面纳米化处理，让树脂直接在铝合金表面上射出成型，使铝合金与树脂可以一体化成型。对于铝合金与树脂的有效结合，NMT是一种最好的方式方法，并取代目前常用的嵌入射出或锌铝、镁铝压铸件，提供一种具有价格竞争优势、性能优良的铝塑一体化产品。与胶合技术相比NMT具有明显的优势，例如减少产品的整体重量、强度优异、加工效率高等。NMT应用范围涵盖车辆、工业设备及3C产品，可以让产品朝更轻薄、更微型的方向发展。
现有公开的铝合金与树脂一体化纳米加工处理技术，采用胺类物质，如氨基甲酸酯、乙二胺等的水溶液对铝合金进行表面处理腐蚀出纳米级的孔洞，并把胺类基团保留在铝合金纳米孔洞中，最后通过胺类基团与注塑材料的反应，将树脂与铝合金结合到一起，从而得到有一定拉伸剪切强度的铝塑一体化产品，而采用此类胺类物质腐蚀的技术，铝合金表面形成的孔洞太小，树脂难以直接注塑进入纳米级的孔洞，降低了铝合金和树脂的结合强度，抗拉伸性能较差，同时树脂和铝合金的结合主要依靠胺类基团，使用的树脂的种类十分有限，目前该技术能采用的树脂只有PPS（聚苯硫醚）,PA（聚酞胺）,PPA（聚邻苯二甲酞胺树脂）,PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酷）四类树脂，实际应用范围也窄，而且采用的胺类物质均为有毒、易挥发的物质，不利于安全生产、环保性能差。如专利（CN 103286996 A）所提到的一种缓冲溶液，铝合金浸泡到pH =10 ~ 13的复合缓冲溶液中，浸入的次数为2到10次，可以在铝合金的氧化膜层外表层形成腐蚀孔得到经过表面处理的铝合金基材，复合缓冲溶液为可溶性磷酸氢盐和可溶性碱的混合溶液。该种方法虽然可以制备出良好的纳米孔洞结构，铝合金与树脂结合力良好，但是制剂中含有磷元素和强碱，对环境污染大。也有通过含有无机卤素化合物的酸性蚀刻液直接在铝合金表面腐蚀，然后注塑得铝塑一体化产品，采用此类蚀刻液腐蚀铝合金表面的技术，存在蚀刻液浓度低则蚀刻时间长，蚀刻液浓度高则反应放热大，温度不好控制的问题，不利于大规模生产，且采用此种方法，铝合金与树脂之间的结合力差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铝合金表面处理剂，并提供一种使用该处理剂在铝合金表面制备纳米孔洞的方法。该铝合金表面处理药剂包括A、B、C三种制剂，不含胺类和含磷物质。A制剂在铝合金表面制造微细孔洞，B制剂对A制剂在铝合金表面制造的微细孔洞进行扩孔，C制剂对由A和B制剂制造的铝合金表面微细孔洞进行润孔。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种铝合金表面处理剂，包括A、B、C 3种制剂：
A制剂由如下重量百分比的组分组成
氢氧化钠1 ~ 8%；
十二烷基苯磺酸钠0.5 ~ 2.5%；
醋酸钠4.5 ~ 8.5%；
表面活性剂0.1 ~ 2.5%；
余量为纯水；
B制剂由如下重量百分比的组分组成：
碳酸钾2.5 ~ 18.5%；
葡萄糖酸钠1.0 ~ 2.5%；
醋酸钠4.5 ~ 8.5%；
添加剂0.3 ~ 2.5%；
余量为纯水；
C制剂由如下重量百分比的组分组成：
十二烷基苯磺酸钠1.5 ~ 5.5%；
碳酸氢钠2.0 ~ 7.5%；
葡萄糖酸钠1.0 ~ 25%；
润湿剂0.1~ 2.5%；
余量为纯水。
进一步的，所述A制剂中表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚 、脂肪酸聚氧乙烯 、季戊四醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇硫酸钠中的至少一种。
进一步的，所述B制剂中添加剂为亚甲基二萘磺酸钠（NNO）、亚甲基双甲基萘磺酸钠（MF）、柠檬酸钠、柠檬酸钾、水杨酸钠、酒石酸钠、酒石酸钾钠、苯甲酸钠中的至少一种。
进一步的，所述C制剂中润湿剂为甘油、丙烯乙二醇、聚乙二醇、司盘85、BYK-194、BYK-191、BYK-190、BYK-180中的至少一种。
本发明铝合金表面处理剂在铝合金表面制备纳米孔洞的方法按如下步骤：
（1）：将铝合金进行前处理，除去铝合金表面的油污、杂质和氧化膜；
（2）：将步骤（1）得到的铝合金基材通过阳极氧化得到表面含有氧化膜层的铝合金；
（3）：步骤（2）得到的含有氧化膜层的铝合金浸泡到A制剂中，在氧化膜层外表层形成腐蚀孔洞，得到经过表面处理的铝合金基材；
（4）：将步骤（3）得到的经过A制剂表面处理的铝合金基材浸泡到B制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行扩孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（5）：将步骤（4）所得含有氧化膜层的铝合金浸泡到C制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行润孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（6）：将经过（5）步骤表面处理的铝合金基材置于鼓风干燥箱中，在温度为60~100℃条件下，干燥10~30min, 制得表面具有独特双层立体纳米孔洞结构的铝合金。
本发明具有如下有益效果：
本发明不含胺类和含磷物质，安全环保。制备出的纳米孔洞形状规整，容易检测测量。经过本发明处理的铝合金，表面平滑，表面具有独特双层立体纳米孔洞结构，内部为蜂窝结构，纳米孔洞的表面圆润光滑，树脂容易进入铝合金孔洞，工艺简单，易大规模生产。
附图说明
图1为本发明铝合金表面处理剂在铝合金表面制备的纳米孔洞的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，并非是对本发明的限定。
下表为实施例1-3的铝合金表面处理剂各成分及其用量。
以实施例1为例说明本发明在铝合金表面制备纳米孔洞的方法：
（1）：将铝合金进行前处理，除去铝合金表面的油污、杂质和氧化膜；
（2）：将步骤（1）得到的铝合金基材通过阳极氧化得到表面含有氧化膜层的铝合金；
（3）：步骤（2）得到的含有氧化膜层的铝合金浸泡到A制剂中，在氧化膜层外表层形成腐蚀孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（4）：将步骤（3）得到的经过A制剂表面处理的铝合金基材浸泡到B制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行扩孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（5）：将步骤（4）所得含有氧化膜层的铝合金浸泡到C制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行润孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（6）：将经过（5）步骤处理的铝合金基材置于鼓风干燥箱中，温度80℃干燥20min，制得表面具有独特的双层立体纳米孔洞结构的铝合金。
图1为实施例1的铝合金表面处理剂及采用上述方法在铝合金表面制备的纳米孔洞的扫描电镜图，由图1可以看出，铝合金表面孔洞密集、孔洞数量多、成型规则、容易测量量化，树脂进入这些纳米孔洞中会与铝合金进行强有力的结合。
Claims (5)
1.一种铝合金表面处理剂，其特征在于，包括A、B、C 3种制剂：
所述A制剂由如下重量百分比的组分组成：
氢氧化钠1 ~ 8%；
十二烷基苯磺酸钠0.5 ~ 2.5%；
醋酸钠4.5 ~ 8.5%；
表面活性剂0.1 ~ 2.5%；
余量为纯水；
所述B制剂由如下重量百分比的组分组成：
碳酸钾2.5 ~ 18.5%；
葡萄糖酸钠1.0 ~ 2.5%；
醋酸钠4.5 ~ 8.5%；
添加剂0.3 ~ 2.5%；
余量为纯水；
所述C制剂由如下重量百分比的组分组成：
十二烷基苯磺酸钠1.5 ~ 5.5%；
碳酸氢钠2.0 ~ 7.5%；
葡萄糖酸钠1.0 ~ 25%；
润湿剂0.1~ 2.5%；
余量为纯水。
2.根据权利要求1所述的铝合金表面处理剂，其特征在于，所述A制剂中表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚 、脂肪酸聚氧乙烯 、季戊四醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇硫酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铝合金表面处理剂，其特征在于，所述B制剂中添加剂为亚甲基二萘磺酸钠（NNO）、亚甲基双甲基萘磺酸钠（MF）、柠檬酸钠、柠檬酸钾、水杨酸钠、酒石酸钠、酒石酸钾钠、苯甲酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的铝合金表面处理剂，其特征在于，所述C制剂中润湿剂为甘油、丙烯乙二醇、聚乙二醇、司盘85、BYK-194、BYK-191、
BYK-190、BYK-180中的至少一种。
5.一种使用权利要求1所述的铝合金表面处理剂在铝合金表面制备纳米孔洞的方法，由如下步骤组成：
（1）：将铝合金进行前处理，除去铝合金表面的油污、杂质和氧化膜；
（2）：将步骤（1）得到的铝合金基材通过阳极氧化得到表面含有氧化膜层的铝合金；
其特征在于：步骤（2）后，
（3）：步骤（2）得到的含有氧化膜层的铝合金浸泡到A制剂中，在氧化膜层外表层形成腐蚀孔洞，得到经过表面处理的铝合金基材；
（4）：将步骤（3）得到的经过A制剂表面处理的铝合金基材浸泡到B制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行扩孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（5）：将步骤（4）所得含有氧化膜层的铝合金基材浸泡到C制剂中，对氧化膜层外表层形成的腐蚀孔洞进行润孔，得到经过表面处理的铝合金基材；
（6）：将经过步骤（5）表面处理的铝合金基材置于鼓风干燥箱中，在温度为60~100℃条件下，干燥10~30min，制得具有独特双层立体纳米孔洞结构的铝合金。
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